PVA纤维与织物复合增强水泥基材料弯曲韧性研究

水泥基复合材料掺入PVA纤维可以提升基体的韧性,定向分布的纤维织物也具有增韧效果。为了研究PVA纤维与织物复合对水泥基材料弯曲性能的影响,通过改变PVA纤维的掺量和织物配网率对方板试件进行抗弯性能试验,采用3种弯曲韧性的能量评价方法对试验结果进行分析和对比。试验结果表明,PVA纤维和织物在基体中产生协同作用;PVA纤维对基体弯曲韧性的贡献要优于织物;PVA纤维掺量和织物配网率的增加可以在一定程度上提高板在开裂过程中能量吸收的能力。     

高延性纤维增强水泥基复合材料力学性能试验研究

高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC)是一种高韧性延性土木工程材料,通过对13组288个ECC试件进行单轴抗压、劈裂抗拉及四点弯曲等试验,分析聚乙烯醇纤维(PVA)掺量、水胶比及粉煤灰掺量对ECC力学性能的影响规律。研究表明:水胶比及粉煤灰掺量是影响其抗压强度的主要因素,增加PVA掺量,ECC抗压强度变化较小,峰值应变值及极限应变值明显提高,峰值后延性较好;随着水胶比增加,ECC抗拉强度及抗弯强度降低,增加PVA掺量可明显提高抗拉及抗弯强度,PVA掺量为2.0%的ECC抗拉强度较基体提高53%,抗弯强度及弯曲韧度系数分别是相应基体的2.8倍及7倍,ECC在各种破坏荷载作用下可保持良好的整体性,未发生脆性破坏。     

ECC拉伸性能与弯曲性能的试验研究

设计了10组ECC试件,并进行了哑铃型单轴拉伸和薄板四点弯曲试验,研究了粉煤灰掺量、水胶比和PVA纤维体积率对ECC拉伸性能与弯曲性能的影响。结果表明,增加粉煤灰掺量,ECC试件抗拉强度和抗弯强度均先增大后减小,当粉煤灰掺量为1.2时,ECC的受拉应变-硬化特性最明显,极限拉应变可稳定达到4.7%以上;增大水胶比,ECC的抗拉强度和抗弯强度降低,但极限拉应变增大且受拉应变-硬化特性明显;增大PVA体积率可明显提高ECC的抗拉强度、极限拉应变和抗弯强度。     

聚乙烯醇纤维再生混凝土劈裂抗拉强度尺寸效应研究

为研究聚乙烯醇（PVA）纤维再生混凝土劈裂抗拉强度的尺寸效应,以5种再生骨料取代率、5种PVA纤维掺量、3种试件尺寸为变量,对81个立方体试件进行劈裂抗拉试验。结果表明：随着骨料取代率的提高,再生混凝土劈裂抗拉强度先增加后降低,25%再生骨料取代率下再生混凝土劈裂抗拉强度及尺寸效应度表现最佳;PVA纤维可降低再生混凝土劈裂抗拉强度尺寸效应,随着PVA纤维掺量的提高,其尺寸效应先减小后增大,0.1%PVA纤维掺量最优;基于试验数据,给出了试件劈裂抗拉强度的效应律计算式,可进行各种尺寸规格试块的劈裂抗拉强度计算。     

短纤维及混杂纤维砂浆轴向拉伸试验研究

采用自行设计的试验加载装置，对在砂浆中分别掺人钢纤维、PVA纤维以及同时掺人两种纤维的水泥基复合材料进行了直接拉伸试验，成功地获得了完整的应力-应变全曲线．数据采集采用动态应变测试系统，结果表明，在砂浆中掺人钢纤维．可以大大提高基体的抗拉强度及韧性，试件的最终破坏取决于钢纤维与基体之间的界面粘结强度；在砂浆中掺人PVA纤维对提高基体的抗拉强度有限，但却可以较大幅度地提高基体的韧性，试件的破坏是随着纤维的逐渐断裂而破坏。混杂纤维增强砂浆的破坏形式则是由基体、钢纤维、PVA纤维的材料特性共同决定。     

氧化石墨烯改性纤维增强水泥基材料的拉伸性能

为了提高聚乙烯醇（PVA）纤维增强水泥基材料的力学性能,将氧化石墨烯（GO）引入PVA纤维增强水泥基材料中,探究GO掺量在0%~0.05%范围内对材料单轴拉伸性能的影响.结果表明：掺入适量的GO能够有效提高材料的单轴拉伸性能,当GO掺量为0.01%时,28 d时材料的初裂拉伸强度、极限拉伸强度和极限拉伸应变均达到最大值,与未掺GO的对照组相比分别提高了26.97%、31.28%、23.25%;适量的GO可以优化孔隙结构,减少材料内部缺陷,促进水化产物的生成,使微观结构致密化,增强纤维和基体间的界面结合力,从而改善PVA纤维增强水泥基材料的宏观性能.     

SMA/PVA混杂纤维增强水泥基复合材料拉伸性能

为研究形状记忆合金（SMA）/聚乙烯醇（PVA）混杂纤维增强水泥基复合材料（SMA/PVA-ECC）的拉伸性能,开展单轴拉伸试验,分析了SMA/PVA-ECC试件的破坏现象、应力-应变曲线及特征参数,比较了SMA纤维掺量及其直径对试件拉伸性能的影响.结果表明：SMA/PVA-ECC试件卸载后残余裂缝宽度显著减小;SMA纤维掺量及其直径对试件拉伸性能影响显著,当SMA纤维直径为0.2 mm、掺量为0.2%时,试件综合拉伸性能最好,其初裂强度、极限拉伸应力及应变较工程水泥基复合材料（ECC）试件分别提高56.4%、23.6%及13.4%.     

混杂纤维自密实混凝土轴心抗拉强度试验研究

通过在自密实混凝土中单掺、混掺聚丙烯长纤维、高分子聚合物纤维、50 mm钢纤维和35 mm钢纤维四种不同种类和尺寸的纤维,制作成棱柱体和立方体两种试件进行轴心抗拉试验,研究纤维种类、尺寸、掺量等因素对自密实混凝土抗拉强度的影响情况和混杂效应。研究结果表明:当纤维的体积掺量小于0.3%时,纤维对基体抗拉强度的增强效果由强到弱的顺序是:50 mm钢纤维35 mm钢纤维聚丙烯长纤维高分子聚合物纤维;而当纤维掺量较大时,两种合成纤维表现出更好的增强效果;长纤维优于短纤维的增强效果;当固定35 mm钢纤维掺量为20 kg/m~3时,混杂纤维自密实混凝土抗拉强度随着聚丙烯长纤维掺量的增加呈现先升后降的趋势,当其掺量为4 kg/m~3时,增强效果最佳,呈现出正混杂效应。     

混杂纤维对掺沙漠砂混凝土力学性能的影响

将玄武岩纤维和聚丙烯纤维混掺,配制强度等级为C30的混杂纤维掺沙漠砂混凝土,并研究其力学性能及破坏形态的变化趋势。结果表明：在混杂纤维掺量和掺配比例的影响下,掺沙漠砂混凝土的抗压强度和静压弹性模量变化较小;劈裂抗拉强度显著增强;试件的破坏形态更完整,整体性有明显提升;对比单一纤维的掺入方式,混杂纤维对掺沙漠砂混凝土力学性能的改善效果更好。     

钼尾矿对纤维水泥板抗折强度的影响研究

研究了不同掺量PVA纤维、PP纤维和玻璃纤维对试件力学性能的影响以及不同钼尾矿替代率对纤维水泥制品力学强度的影响,并通过试验确定了纤维水泥板的最优配合比。结果表明,以PVA为增强纤维的试件性能优于PP纤维和玻璃纤维。采用模压成型,以PVA纤维和木浆纤维作为复合增强材料,掺钼尾矿所制备的纤维水泥板的抗折强度均高于未掺加钼尾矿的,且当钼尾矿替代量为20%时,其抗折强度最高。     

钢纤维高强混凝土轴拉性能试验研究

完成了22组共110个钢纤维高强混凝土试件的轴拉试验。分析研究了钢纤维高强混凝土的轴拉强度和劈拉强度的关系,钢纤维高强混凝土轴拉性能随钢纤维体积掺量、基体强度及钢纤维类型的变化规律。给出了钢纤维高强混凝土轴拉应力-应变全曲线的数学模型,根据试验数据的回归分析确定了曲线相关的参数。研究成果对钢纤维高强混凝土在结构中的应用提供了依据。     

纤维桥接裂缝过程与分布对水泥基材料弯曲性能影响

对3类不同粉煤灰掺量下形成的聚乙烯醇(PVA)纤维水泥基材料,通过三点弯曲试验测试,研究了PVA纤维水泥基材料的弯曲性能;通过对PVA纤维水泥基材料断裂面处纤维表面、纤维嵌入端和纤维拉断或拔出端的扫描电镜影像分析,研究了PVA纤维-(水泥)基体界面微观结构,揭示了PVA纤维桥接裂缝过程;通过PVA纤维水泥基材料样本抛光表面的荧光影像,量化测定了PVA纤维在基体中的分布.结果表明:掺入粉煤灰后PVA纤维对水泥基材料增强增韧作用增加,高掺量下效果更显著;掺入粉煤灰后裂缝处PVA纤维的桥接应力和纤维-基体界面黏结力降低,随着裂缝的扩展,PVA纤维由短距离滑动转变为长距离滑动,纤维桥接裂缝的效率提高,增强增韧的作用增加;掺入粉煤灰后基体结构更加均匀,PVA纤维分布系数增大,PVA纤维对水泥基材料的增强增韧作用提高.     

碳纤维编织网增强超高韧性水泥基复合材料弯曲性能的试验研究

短纤维增强超高韧性水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,通常称为ECC材料)可以将传统水泥基材料在抗拉荷载下单一裂纹的宏观开裂模式转化为多条细密裂缝的微观开裂模式,其极限拉伸应变可达2%甚至达6%,具有典型的应变硬化特性、显著的韧性特征和优良的耐久性能。纤维编织网增强混凝土(Textile Reinforced Concrete,简称TRC)同样是一种新型的纤维增强水泥基复合材料,在这种复合材料结构中,直接将纤维粗纱沿混凝土结构中的应力主向连续布置,纤维对基体的增强效果得到了显著提高。采用纤维编织网与PVA短纤维相结合研究开发新型混凝土结构防裂新技术,结合PVA短纤维增强ECC和纤维编织网两种材料的优点,可以获得更为优良的抗裂和控制裂缝的能力,从而极大程度地提高混凝土结构的耐久性和使用寿命。通过四点弯曲试验,研究纤维编织网表面处理方法、水胶比、PVA纤维掺量对此种复合材料裂缝控制能力和承载能力的影响,并与TRC的弯曲性能作了比较。     

PVA纤维直径对水泥基复合材料抗拉性能的影响

研究了由2种性能相似、直径不同的聚乙烯醇(PVA)纤维增强的水泥基复合材料的单轴抗拉性能.试验结果表明:材料抗拉性能受纤维直径影响显著,在基材配比、纤维掺量均相同时,采用直径较大(d_f=39μm)PVA纤维的复合可获得应变硬化与多点开裂模式,其极限抗拉应变可达到2.6%;而采用直径较小(d_f=15μm)PVA纤维的复合材料却表现出明显的应变软化与单点开裂模式,其极限抗拉应变仅为0.1%左右;当采用细PVA纤维时,复合材料的抗拉强度有所提高;其主要原因是纤维的粗细影响了纤维的桥接应力.保证纤维从水泥石中拔出而非断裂是优化纤维桥接性能的基本条件.     

PVA纤维增强型水泥基复合材料高温后力学性能试验

为了研究聚乙烯醇（PVA）纤维增强型水泥基复合材料高温后的力学性能,对30组共90个试件进行了力学性能试验,测得材料的立方体抗压强度、抗折强度、弹性模量、轴心抗压强度以及棱柱体单轴抗压应力-应变全曲线,并与相应基体的力学性能进行对比分析。结果表明:当加热温度低于200 ℃时,PVA纤维的掺入可有效改善水泥基复合材料的抗折强度和棱柱体单轴受压峰值荷载后的延性性能和韧性性能,降低弹性模量,对立方体抗压强度和棱柱体轴心抗压强度影响不大;温度高于200 ℃后,抗折强度、弹性模量和峰值荷载后的延性性能与韧性性能与基体接近,立方体抗压强度和轴心抗压强度均低于基体,轴心抗压强度下降幅度远远大于立方体抗压强度。     

挤压纤维增强水泥板及复合梁抗弯与耐久性能

研究了水灰比、纤维种类、掺量和水泥基材对挤压成型纤维水泥板及其复合梁的力学性能与耐久性能的影响。结果表明掺加纤维后板材韧性有显著改善;PVA纤维增强板材当纤维掺量达1.7%时表现应变硬化,出现多点开裂;PP纤维则呈现应变软化。两种纤维增强水泥基材料性能的差异是由于纤维自身性能的不同。以纤维增强板为底板,制作的纤维板/混凝土复合梁的极限荷载和相应挠度,与普通混凝土梁相比都得以改善;同时与普通混凝土梁相比,复合梁的抗氯离子渗透性能更好。     

配筋钢纤维自应力混凝土的抗拉强度计算

通过直接拉伸试验，测量了配筋钢纤维自应力混凝土的抗拉强度，试验参数包括3个自应力等级，3个纤维体积率，4种配筋率。试验结果表明，在钢筋和钢纤维联合作用下，自应力混凝土的抗拉强度得到明显的提高，并由统计分析给出了钢筋纤维自应务混凝土的抗拉强度计算公式。     

Model for post-yield tension stiffening and rebar rupture in concrete members

A tension stiffening model is presented which enables the calculation of average tensile stresses in concrete, after yielding of reinforcement, in reinforced concrete elements subjected to uniaxial tension, shear or flexure. To determine the average tensile stress-strain relationship for concrete, a crack analysis approach is employed taking into account the bond mechanism between concrete and deformed reinforcing bars, and numerical analyses are conducted to determine the tensile behavior of reinforced concrete members including post-yield response. Analytical parametric studies are conducted to determine the influence of various parameters including concrete compressive strength and reinforcement yield strength, ultimate strength, hardening stress, and hardening strain. Analysis results obtained from the proposed model, when compared to experimental results for uniaxial members, indicate good agreement for structural behavior after yielding of reinforcement. The proposed model makes it possible to accurately calculate reinforcement stresses at crack locations and, thus, average strain conditions which result in rupture of reinforcement. This leads to more realistic predictions of the uniaxial, flexural, and shear ductility of reinforced concrete members.     

超高韧性水泥基材料的制备技术

分别采用活性粉末混凝土(RPC)和渗浇钢纤维混凝土(SIFCON)两种制备工艺,根据水泥基材料结构的多尺度特征,研究了由碳酸钙晶须和微钢纤维复合增强的超高韧性水泥基材料(Ultra-High-Toughness Cementitious Composite,简称UHTCC)的制备技术,测试UHTCC不同配比的抗压强度、抗折强度、抗弯强度以及单轴拉伸性能,采用折压比、韧性指数等多个指标对UHTCC的韧性进行了评价。试验表明:UHTCC的抗压强度、抗折强度、抗弯强度以及延性和韧性都远高于普通钢纤维混凝土,其抗弯强度最高达65.1MPa、韧性指数I20最高达49.21,单轴拉伸试验时呈现明显的假应变硬化行为,极限拉应变可达4%~8%。相对而言,利用SIFCON工艺制得的水泥基材料韧性更高。     

混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料的弯曲性能预测

基于混凝土断裂力学与细观力学理论,同时考虑钢纤维(SF)/聚乙烯醇(PVA)混杂纤维对应变硬化水泥基复合材料(SHCC)弯曲性能的影响,提出了一种适用于SF/PVA纤维混杂SHCC(SF-PVA/SHCC)弯曲性能的预测方法.开展了SF-PVA/SHCC弯曲性能试验,分析了纤维种类和掺量对SHCC抗弯强度、极限弯曲挠度及弯曲荷载挠度曲线的影响.结果表明所提出的弯曲性能计算方法可以较好地预测SF-PVA/SHCC的抗弯强度和极限弯曲挠度.