钢纤维-聚丙烯纤维混杂对再生混凝土抗冲击性能的影响

为研究钢纤维(SF)与聚丙烯纤维(PPF)混杂后对再生混凝土(RAC)抗冲击性能的影响,采用落锤弯曲冲击试验装置对素RAC、SF/RAC、PPF/RAC和SF-PPF/RAC进行抗冲击试验;分析了不同纤维掺量和掺入方式对RAC抗冲击性能的影响;采用数理统计模型对冲击试验结果进行拟合和失效概率预测,并对SF-PPF/RAC抗冲击性能的阻裂增强机制进行深入分析。结果表明:单掺或混杂纤维均可提高RAC的抗冲击性能;其中混合掺入体积分数为1.5vol%的SF和体积分数为0.9vol%的PPF时,RAC抗冲击耗能的提高幅度最大,RAC基体的延性和韧性最佳。SF-PPF/RAC的抗冲击次数很好地服从两参数Weibull分布。SF与PPF混杂对改善RAC的抗冲击性能呈现出优异的混杂增强效应。      

金属网增强混凝土抗低速冲击试验与数值模拟研究

利用自制的模拟弹体冲击装置对不同类型金属网增强混凝土试件进行低速冲击试验,发现在素混凝土中加入金属网可以有效改善它的变形和破坏形态。此外,设置不同工况分析弹体冲击次数和金属网层数的变化对试件抗冲击性能的影响。结果表明:对于同一种试件,随着冲击次数的增加,试件的抗冲击性能在下降;在一定范围内增加金属网层数,可以显著提高试件的抗冲击性能;试验中,含有6层金属网试件的抗冲击性能较好,它能有效抵抗弹体3次以上的冲击作用,能承受7.65 kJ以上的冲击能量,且在受到弹体3次冲击后,其产生的弹坑尺寸较相同条件下含有2层和4层金属网的试件分别降低66.7%和47.6%,底面挠度分别降低69.9%和37.5%。最后,借助有限元分析软件LS-DYNA对冲击试验进行数值模拟,进一步完善试验结果。     

低温下玄武岩纤维混凝土的抗冲击性能

采用直径15μm的两种长度的玄武岩纤维,制成不同纤维体积掺量的玄武岩纤维混凝土。对其进行抗冲击试验,分析玄武岩纤维混凝土在低温环境下的抗冲击性能。结果表明:玄武岩纤维能够提高混凝土在低温环境下的抗冲击次数。对试验结果进行统计分析和失效概率预测,结果表明:威布尔分布可以有效地对基于U形试件的玄武岩纤维混凝土抗冲击性能进行统计分析。以玄武岩纤维混凝土在冲击试验中的初裂和终裂次数的自然对数来评价其抗冲击性能,则在相同的失效概率情况下,玄武岩纤维混凝土的抗冲击性能与玄武岩纤维的掺量近似呈线性关系。且在相同的失效概率和玄武岩纤维掺量的条件下,18mm长纤维对混凝土的抗冲击性能的改善作用优于6mm短纤维。     

钢纤维对再生混凝土抗冲击性能的影响

为研究不同再生骨料取代率、钢纤维掺量和纤维类型对再生混凝土(RAC)抗冲击性能的影响,采用自由落锤冲击试验装置,对其进行抗冲击试验.利用两参数Weibull分布函数模型对试件抗冲击初裂次数和破坏冲击次数的概率分布规律,进行了拟合检验和失效概率预测分析;并以抗冲击延性比、抗裂性能定量评价了钢纤维再生混凝土(SFRAC)的...     

钢筋与结构型合成纤维对混凝土抗冲击性能混杂效应的分析

为了研究钢筋与结构型合成纤维混杂后对混凝土抗冲击性能的影响,采用改进的自由落球冲击试验装置,对素混凝土、钢筋混凝土、结构型合成纤维增强混凝土以及钢筋-结构型合成纤维混杂增强的混凝土试件的抗冲击性能进行了试验研究,分析了钢筋、结构型合成纤维以及钢筋与结构型合成纤维混杂后对混凝土抗冲击性能的影响及其增强机理。同时,利用Weibull分布理论分析了试件初裂冲击次数和破坏冲击次数的分布规律。研究表明:结构型合成纤维可以提高混凝土抗冲击性能;对于提高混凝土的抗冲击性能,钢筋与结构型合成纤维表现出显著的正混杂效应;两参数Weibull分布能较好的描述钢筋-结构型合成纤维混凝土抗冲击次数的分布特征。     

稻壳灰橡胶混凝土抗冻融性能及微观结构

为研究稻壳灰橡胶混凝土(RRC)的抗冻融性能，对比分析在氯盐环境下冻融循环后，普通混凝土(Normal concrete,NC)、橡胶混凝土(Rubber concrete,RC)和RRC的质量损失、相对动弹模量损失、强度损失及微观结构特征，同时对相对动弹模量与相对抗压强度的关系进行拟合分析。结果发现：随冻融循环次数增加，稻壳灰橡胶混凝土表面坑蚀愈明显，内部孔隙增多，微裂缝发展并贯通，宏观强度显著降低，相对动弹模量与抗压强度有良好相关性，拟合结果较优。橡胶的高弹性和稻壳灰极高的火山灰效应有效缓解了冻胀力带来的损伤，各冻融阶段RRC的损伤程度均明显优于NC，其中以稻壳灰掺量(占胶凝材料质量比)为10%、橡胶掺量(等体积取代砂)为10%时的RRC力学性能与抗冻融性能综合最优，经历120次冻融循环后，其抗压强度损失率较NC降低了18%。     

码头面层纤维混凝土的抗冲击性能与增韧机理

在C30素水泥混凝土中分别添加聚丙烯纤维、尼龙纤维、钢纤维配制纤维混凝土,进行抗弯曲冲击试验。以初裂次数、终裂次数、冲击韧性评价混凝土抗冲击性能的优劣。试验结果表明:添加钢纤维、聚丙烯纤维、尼龙纤维混凝土的冲击韧性分别是素混凝土冲击韧性的15.1倍、3.4倍、2.7倍。结合冲击破坏断裂特征,分析了纤维混凝土承受冲击载荷作用的几种能量吸收机制,对增韧机理进行了分析。钢纤维、聚丙烯纤维、尼龙纤维混凝土,纤维拔出功消耗能量分别是纤维断裂功消耗能量的25倍、1.72倍、0.93倍。纤维的滑移、拔出、断裂是聚丙烯纤维、尼龙纤维混凝土提高抗冲击性能的主要因素,钢纤维混凝土的抗冲击能力提高幅度最大除了纤维的滑移、拔出因素外,还归功于钢纤维对裂纹面的桥接作用。     

聚丙烯纤维水泥基复合材料的抗冻性能研究

为改善桥梁伸缩缝处混凝土结构的冻害问题,本试验成功制备了加入聚丙烯纤维的超韧性水泥基复合材料(PP-ECC),对其进行了抗冻性能研究,采用先干搅再湿搅的搅拌工艺,并以试件质量损失为评价指标,分析了冻融循环条件下材料的抗冻性能;以抗压、抗折、抗拉等指标为依据,研究了该复合材料经受不同冻融次数后的力学性能变化,并对PP-ECC的体积膨胀变形进行了时程分析。结果表明,随着冻融次数的增加,抗压、抗折、抗拉强度呈下降趋势,试件质量损失逐渐增大;冻融体积膨胀应变随着冻融温度的交替升降也呈现出时程规律性变化,此外,最大膨胀应变随着冻融次数的增加而明显增大。最后通过在相同冻融循环次数后与普通混凝土相对比,可知PP-ECC材料的基本性能指标,包括质量损失率、抗压强度、极限抗拉强度、极限拉应变、抗折强度以及抗冻融体积膨胀变形性能等仍能保持较高的水平,极限拉应变是普通混凝土的120～400倍,有显著的拉伸韧性,并且300次冻融循环后PP-ECC的质量损失率低于5%,该研究成果可为PP-ECC在国内寒冷地带桥梁伸缩缝无缝化的推广应用提供一定的理论参考。     

太阳能光谱选择性吸收涂层研究进展

采用高速研磨搅拌加水掺法,制备出含不同质量分数的纳米SiO2混杂纤维（NSPF）混凝土,通过力学试验测得立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、变形性能及冲击韧性。通过与钢纤维／聚丙烯二元混杂纤维（SPF）混凝土进行比较,NSPF混凝土的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、疲劳次数、弹性模量、初裂抗冲击次数和破坏抗冲击次数分别提高10...     

玄武岩纤维混凝土在冻融环境下的力学性能研究

为了研究玄武岩纤维混凝土在西北寒冷地区盐冻作用下,性能是否满足工程要求,对此,该文对玄武岩纤维混凝土在冻融循环作用下的力学性能进行研究,研究结果表明以下3点：1）在75次冻融循环前,素混凝土和纤维掺入量分别为0.04%、0.08%和0.12%玄武岩纤维混凝土的质量损失率均增长缓慢,在75次冻融循环后,其质量损失率快速增大。2）在50次冻融循环前,素混凝土和不同掺量玄武岩纤维混凝土的相对动弹性模量变化较小,在50次冻融循环后,其相对动弹性模量快速变小。3）在相同冻融次数条件下,素混凝土质量损失率最大,而相对动弹性模量最小,纤维掺入量为0.12%玄武岩纤维混凝土质量损失率最小,而相对动弹性模量最大。以上研究可供类似混凝土工程参考。     

不同冻融介质作用下混凝土力学性能衰减模型

通过快速冻融试验,研究了三种不同冻融介质(水、3.5wt%NaCl、飞机除冰液)对混凝土质量损失、动弹模量以及力学性能的影响,比较了三种冻融介质对混凝土损伤程度的大小,分析了混凝土相对动弹性模量与相对剩余抗压强度和相对剩余抗折强度之间的关系,基于相对动弹性模量建立了相对剩余抗压强度和相对剩余抗折强度衰减方程。结果表明:3.5wt%NaCl溶液对混凝土的损伤度要远大于单纯水冻融循环对混凝土的损伤度,飞机除冰液对混凝土冻融损伤具有抑制作用;混凝土抗压、抗折强度以及相对动弹性模量随着冻融循环次数的增加而降低;三种冻融介质下混凝土抗压、抗折强度损失率大小关系为:3.5wt%NaCl水飞机除冰液;相对动弹性模量与相对剩余抗压强度、相对剩余抗折强度相关性好,可以通过测定混凝土相对动弹性模量来评估混凝土相对剩余强度。     

Freeze-thaw influence on the flexural properties of ductile fiber-reinforced cementitious composites (DFRCCs) for durable infrastructures

Ductile fiber-reinforced cementitious composites (DFRCCs) are innovative cementitious materials characterized by multiple cracking and pseudo strain-hardening behavior under static flexure. This paper investigates the effects of freeze-thaw cycles, and water-to-binder ratio (W/B) as well as reinforcing fiber combination on flexural properties and cracking procedure of DFRCC prismatic specimens. The DFRCC materials used in the present study are reinforced with hybrid polyvinyl alcohol (PVA) and ultra-high molecular weight polyethylene (PE) at the 1.5% volume fraction. These DFRCC materials were tested for modulus of rupture (MOR), relative dynamic modulus of elasticity, and change in mass. The test results for freezing and thawing actions within 300 cycles indicate that freeze-thaw cycles have little effect on the MOR of the DFRCC materials, whereas freeze-thaw cycles have a negative effect on multiple cracking behavior and deformation capacity of DFRCC prismatic specimens under flexural loadings. The results of durability tests show that the DFRCC specimens remain durable after 300 cycles of freezing and thawing actions.     

纳米碳纤维增强混凝土抗冻性能试验

对六种不同纳米碳纤维掺量的72个纳米碳纤维/混凝土试件进行了慢冻融循环试验,通过测量纳米碳纤维/混凝土经不同冻融循环次数作用后的抗剥落能力、质量损失率、相对动弹性模量和抗压强度损失率,研究了纳米碳纤维掺量对纳米碳纤维/混凝土抗冻性能的影响。另外进行了纳米碳纤维/混凝土的FE-SEM试验和压汞试验,分析了纳米碳纤维对纳米碳纤维/混凝土抗冻性能的微观改性机制。结果表明:纳米碳纤维通过改善混凝土的微观形貌,细化其孔隙结构,提高其整体性和密实度,显著改善了混凝土的抗冻性能;纳米碳纤维掺量为3vol%时,纳米碳纤维/混凝土的抗冻性能最佳。同普通混凝土相比,300次冻融循环后,纳米碳纤维/混凝土的相对动弹性模量提高了33.2%,抗剥落能力显著增强;相同冻融次数下,随着纳米碳纤维掺量的增加,纳米碳纤维/混凝土相对动弹性模量和抗压强度损失率均先增大后减小,质量损失率先减小后增大。但纳米碳纤维掺量最大为5vol%时,纳米碳纤维/混凝土的抗冻性能仍优于普通混凝土;冻融循环次数越多,纳米碳纤维对混凝土抗冻性能的改善作用越显著。      

超高性能混凝土与普通混凝土的黏结抗冻性能

对147个超高性能混凝土与普通混凝土的100mm×100mm×100mm立方体黏结试件进行了冻融循环后的黏结性能研究,测量了冻融后试件的相对动弹性模量、质量损失率以及劈裂抗拉强度,研究了超高性能混凝土中的钢纤维掺量、普通混凝土的强度等级、黏结面形式、试件的浇筑方向等因素对黏结试件抗冻性能的影响。结果表明,冻融循环结束后,所有黏结试件中的超高性能混凝土部分都没有出现损伤,超高性能混凝土可以作为普通混凝土结构的理想外围护材料;随着冻融循环次数的增加,黏结试件的相对动弹性模量逐渐减小,质量损失率先降低后增加,黏结试件的劈裂抗拉强度线性下降;影响黏结试件冻融后劈裂抗拉强度下降速度的关键因素是超高性能混凝土中的钢纤维掺量和黏结面的形式。     

The Macro and Micro Effects of Graphene Oxide and Silica Fume on the Performance of Concrete under Standard Curing Conditions

Herein, the properties of concrete containing graphene oxide (GO) and silica fume (SF) are systematically investigated. The results show that the excellent properties of GO and SF have a significant improvement effect on the performance of concrete. Among them, the compressive, splitting tensile, and flexural strength of B-1 group (GO, 0.01 wt% and SF, 2.5 wt%) are increased by 11.04%, 12.23%, 20.11% compared with the reference group after 3 days of curing. Meanwhile, the water penetration height of B-1 group is decreased by 59.67% compared with reference group. The mass loss and relative dynamic modulus loss are 5.32% and 8.89% after 75 freeze-thaw cycles, which are much lower than the reference group. Moreover, the micromodification mechanism of GO and SF on the concrete is investigated by using X-ray diffraction analysis, scanning electron microscopy, and mercury intrusion porosimetry. The results show that the incorporation of GO and SF promotes the early hydration reaction of cement, improves the internal structure of the matrix, and enhances the compactness of the matrix.     

橡胶/混凝土盐冻循环后性能劣化及微观结构

制备普通混凝土(Normal concrete,NC)和橡胶/混凝土基体(Rubber/NC),研究盐冻循环60次内,表观现象、剥落量、抗压强度损失等性能指标劣化过程,采用超声波无损检测法评价混凝土盐冻循环破坏前后超声参数变化,建立相对波速、损伤度与抗压强度的关系,利用SEM观察盐冻循环损伤前后试件微结构变化。结果表明:随盐冻循环次数增加,混凝土试件表面剥蚀愈显著,剥落量增加,内部损伤、强度损失逐渐加剧,超声参数与抗压强度具有密切相关性;混凝土经历盐冻破坏后,内部结构呈疏松絮状,孔隙、裂纹愈加显现,密实度下降,造成宏观力学性能劣化。但弹性橡胶细集料掺入后有效缓解结冰压引起的内部开裂和孔隙扩大,各阶段橡胶/混凝土基体劣化程度均优于普通混凝土,以橡胶掺量 (与胶凝材料质量比) 10% (10%Rubber/NC)各性能指标最优,经历60次盐冻循环后,普通混凝土抗压强度损失率为58.5%,10%Rubber/NC抗压强度损失率为48.0%。      

Frost resistance and microstructure of Engineered Cementitious Composites: Influence of fly ash and micro poly-vinyl-alcohol fiber

One of the most damaging environmental conditions to concrete structure is cyclic freezing and thawing. This paper discusses the influence of the high volumes of fly ash (FA) and micro poly-vinyl-alcohol (PVA) fibers on the cyclic freeze-thaw resistance and microstructure of the Engineered Cementitious Composites (ECC). ECC mixtures with two different FA-cement (FA/C) ratios (1.2 and 2.2 by weight), and at constant water-cementitious materials (fly ash and cement) ratio of 0.27 are prepared. To compare the behavior of ECC with ECC matrix, all of the preceding properties are also investigated for ECC matrix mixtures of same composition without PVA fiber. For frost resistance, mixtures are exposed to the freeze and thaw cycles up to 300 cycles in accordance with ASTM C666, Procedure A. Experimental tests consist of measuring the residual mechanical properties (flexural strength, mid-span beam deflection and flexural stress - deflection curve), ultrasonic pulse velocity and mass loss. The roles of PVA fibers and FA are discussed through the analysis of microstructure and fiber-matrix interactions as function of frost exposure. The microstructural characterization by measuring pore size distributions is examined before and after exposure to frost deterioration by using mercury intrusion porosimetry (MIP). The air-void characteristics of mixtures are also studied using linear transverse method. Test results confirm that both ECC mixtures with high volumes of FA remain durable, and show a tensile strain capacity of more than 2% even after 300 freezing and thawing cycles. On the other hand, before completing 300 freezing and thawing cycles, matrix (ECC without fiber) specimens have severely deteriorated, requiring removal from the freeze-thaw machine. Therefore, results indicate that the addition of micro PVA fiber to the ECC matrix substantially improved the frost resistance. The results of freeze-thaw tests also indicated that the reduction of residual physical and mechanical properties with increasing number of freeze-thaw cycles is relatively more for ECC mixture with FA/C ratio of 2.2 than for ECC mixture with FA/C ratio of 1.2.     

不同超低温温度区间冻融循环作用混凝土弹性模量软化性能试验研究

通过混凝土经历10℃~-40℃、10℃~-80℃和10℃~-160℃等3种典型的超低温温度区间冻融循环作用试验,探讨不同的温度区间和冻融循环作用次数对混凝土弹性模量的影响。结果表明,随冻融循环作用次数的增加,上限温度时因冻融损伤累积使混凝土的弹性模量呈逐渐软化趋势,其中下限温度较低温度区间的变化趋势最为明显;下限温度时因混凝土内孔隙水结冰使混凝土弹性模量呈先增大后减小趋势,且较上限温度时的变化幅度更大。不同温度区间的混凝土相对弹性模量差以及上下限温度时单次冻融软化指标和累积冻融软化指标均存在明显的差异且变化规律较为复杂。该文还由试验结果拟合出混凝土相对弹性模量与超低温冻融循环作用的温度区间和次数间的关系式。所获得的这些结果可为LNG储罐类混凝土结构的设计和安全性能评估提供参考。     

盐冻融循环条件下沥青高温流变性能及微观结构

利用动态剪切流变仪(DSR)和原子力显微镜(AFM)对冻融循环前后的基质沥青和胶粉改性沥青进行测试,比较分析了不同盐浓度和冻融循环次数下两种沥青的动态黏弹参数及微观结构,并测试了冻融前后两种沥青的基本指标。结果表明:经历冻融循环后,基质沥青储存模量和车辙因子均增加,疲劳因子减小,而胶粉改性沥青没有明显变化,冻融循环增加了基质沥青的高温弹性性能,但显著降低了抗疲劳性能,而冻融循环对胶粉改性沥青的高温性能影响不大;AFM观测表明基质沥青出现"蜂形"结构,冻融循环后"蜂形"变大、变长,而胶粉改性沥青的结构几乎没有变化,因此北方寒冷地区使用胶粉改性沥青作为路面材料更具优势。     

Laboratory investigations on the mechanical properties degradation of granite under freeze-thaw cycles

To understand the deteriorate characteristics of granite in cold regions, the influences of freeze-thaw cycles on the mechanical properties need to be investigated. The rock specimens (biotite granite from Tibet in China) were frozen and thawed in a temperature and humidity controlled container where the temperature varied from + 40 to − 40 °C and the humidity was kept at 100% continuously. The freeze-thaw tests were conducted for one cycle including 4 h of freezing and 4 h of thawing, and the number of cycles was from 0 to 150. The deterioration of the specimens was examined by the changes of strength, deformation characteristics, elastic modulus, cohesive strength and internal frictional angle in a series of uniaxial and triaxial compression tests. The experimental results show that (1) the axial strain corresponding to the peak stress increases with an increasing of confining pressure and freeze-thaw cycles; (2) The compressive strength decayed exponentially with the number of freeze-thaw cycles, as well as elastic modulus and cohesive strength; (3) the internal frictional angle remained constant in the process of freeze-thaw cycles; (4) The interrelation among compressive strength, confining pressure and number of cycles can be described by Mohr-Coulomb strength criterion.