钢-PVA混杂纤维水泥基复合材料抗压力学性能及经济性研究

纤维增强延性水泥基材料(ECC)造价昂贵,在实际工程应用中尚未被推广。在传统ECC体系中加入钢纤维,并按照不同体积分数(0%、25%、50%、75%、100%)将国产PVA纤维替代日产PVA纤维,制备极具性价比的钢-PVA混杂纤维增强延性水泥基材料,通过立方体轴心抗压试验研究混杂纤维延性水泥基材料的单轴受压力学性能。结果表明：随着国产PVA纤维的增加,钢-PVA混杂纤维水泥基复合材料的抗压强度先减小后增加,抗压韧性指数先增强后减弱,而峰值应变提升效果较为显著;相较于普通水泥基材料,钢-PVA混杂纤维水泥基复合材料具有更好的完整性和延性;综合材料抗压性能与材料造价,国产PVA纤维替代日产PVA纤维配制钢-PVA混杂纤维水泥基复合材料可以实现功能价值和经济价值的协同最大化。     

混杂纤维增韧水泥基复合材料的静动态弯拉性能

为了掌握钢纤维-聚乙烯纤维(PE纤维)混杂对水泥基材料静动态弯拉性能的影响规律,通过三点弯拉试验和落锤冲击试验方法,研究了钢-PE纤维混杂(掺量保持体积分数2.0%不变)增韧水泥基复合材料(HFTCC)的静动态弯拉性能,分析了钢纤维与PE纤维的混杂效应以及相应的增韧机理。结果表明：HFTCC静态弯拉性能与钢-PE纤维中PE纤维掺量正相关,而动态弯拉性能与钢纤维掺量表现出较强的正相关。1.5%(体积分数) PE纤维与0.5%钢纤维混杂表现出最佳的静态弯拉峰值应力;1.5%钢纤维0.5%PE纤维表现出最佳的动态弯拉能量吸收。在静态弯拉下,钢-PE混杂纤维相较于2.0%钢纤维对HFTCC峰值强度及能量吸收提升幅度分别为26.5%～31.7%与14.8%～56.8%;HFTCC的动态强度增长因子(DIF)与能量吸收表现出明显的应变率效应。钢纤维和PE纤维适当混杂可对HFTCC发挥较好的协同增强增韧效应,从而有效提升HFTCC的静动态弯拉性能。     

纤维混杂及其与膨胀剂复合对水泥基材料的物理性能的影响

选用不同尺度的钢纤维、高弹维纶纤维、低弹聚丙烯纤维,按二元或三元混杂增强水泥基复合材料,系统研究了其限缩与抗渗性能及其与膨胀剂的复合效应,并通过孔结构测试剖析了纤维混杂增强及其与膨胀剂复合对提高水泥基的限缩与抗渗能力的机理.     

高性能PVA纤维增强水泥基复合材料的弯曲行为

高韧性的PVA-HPFRCC具有很高的能量吸收能力,但强度通常较低。本文采用工业废料(粉煤灰、硅灰等)替代部分水泥来制备高强度的PVA-HPFRCC,并研究粉煤灰、硅灰掺量以及PVA纤维体积掺量对高强度HPFRCC的弯曲行为的影响。研究结果表明:大掺量粉煤灰替代水泥可有效改善HPFRCC的应变-硬化特性,当粉煤灰掺量达到胶凝材料重量的60%时,其应变-硬化特性发挥的最为明显;增加PVA纤维体积掺量可提高HPFRCC的抗弯承载力和达到极限荷载时的变形能力,硅灰则降低了HPFRCC的韧性。     

PBO纤维和碳纤维混杂增强混凝土抗弯曲性能研究

采用PBO纤维与碳纤维混杂复合材料片材增强加固混凝土,设计了3种混杂比的复合材料片材对混凝土进行增强实验,采用3点抗弯曲试验测试纤维片材对混凝土抗弯曲性能增强效果。结果表明,掺有纤维片材的混凝土抗弯曲强度比素混凝土明显提高,两种纤维层间混杂增强后抗弯曲强度呈现出正的混杂效应,破坏形式由素混凝土的脆性断裂转变纤维混凝土的层间韧性断裂。     

断裂韧度对PVA纤维水泥基材料弯曲性能的影响

对加入超强吸水性能SAP颗粒形成的聚乙烯醇(PVA)纤维增强水泥基材料,通过楔劈拉伸试验研究了材料的断裂韧度,三点弯曲试验研究了材料的弯曲性能,同时基于微观力学机理分析了断裂韧度对PVA纤维水泥基材料延性的影响.断裂试验结果表明:水泥基体断裂韧度随SAP颗粒掺量增大而减小;弯曲试验结果表明:开裂强度与弯曲强度随SAP颗粒掺量增大而降低,但弯曲韧度随SAP颗粒掺量增大而提高;依据能量准则与强度准则发现:掺入SAP颗粒后的PVA纤维水泥基材料的延性提高与高的E值与S值相关.     

PVA纤维增强水泥基复合材料高温性能研究

对PVA纤维增强水泥基复合材料的高温性能进行研究,分别测试了该材料在经受不同高温后的质量损失、抗压强度以及弯曲韧性,并对其微观结构变化进行了分析.结果表明,相比于普通水泥基材料,PVA纤维增强水泥基复合材料的抗压强度高,变形能力大,抗折强度高,弯曲韧性优越,其中纤维掺量为2％的试块28 d抗压强度达到45.98 MPa,抗折强度可达到14.10 MPa,最大挠度达到0.68 mm;高温处理后掺有PVA纤维的试块完整性良好,没有出现破坏性断裂,只表现为微小裂纹;随着温度的升高,不同纤维掺量砂浆试块的质量损失增大,抗压强度和抗折强度以一定的速率下降,但在800 ℃高温处理后试块仍具有一定的抗压强度和弯曲韧性,纤维掺量为2％的试块的抗压强度能达到18.9 MPa,最大挠度可保持在0.12 mm;根据微观测试可以看出,随着温度的升高,纤维缓慢熔出使试块内部出现相互交错的孔隙通道可有效防止试块高温爆裂,试块内部结构由致密变为松散蜂窝状.     

塑钢纤维磷渣混凝土弯曲性能研究

以不掺塑钢纤维的磷渣混凝土为基准,对纤维长度为30 mm、40 mm、55 mm和纤维掺量为3 kg/m³、6 kg/m³、9 kg/m³的塑钢纤维磷渣混凝土进行四点弯曲试验,研究不同纤维长度和纤维掺量对磷渣混凝土弯曲性能的影响规律。研究结果表明:随着塑钢纤维长度和掺量的增加,磷渣混凝土的抗弯强度随之增加,塑钢纤维长度为55 mm,掺量为3 kg/m³时,对磷渣混凝土抗弯强度增强效果最佳,抗弯强度比基准组提高了56%;随着塑钢纤维长度和掺量的增加,磷渣混凝土弯曲韧性指数不断增大,弯曲韧性不断提高,塑钢纤维长度为55 mm,掺量为9 kg/m³时,弯曲韧性指数I₂₀比基准组提高了9.8倍。     

超高韧性水泥基复合材料弯曲韧性研究

为研究超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)的弯曲韧性,开展了薄板试件四点弯曲加载试验,结合对试件弯拉荷载和跨中挠度的分析,探究了纤维体积掺量、粉煤灰掺量、水胶比三因素对UHTCC弯曲韧性的影响规律,分析了韧性指数IU与极限跨中挠度的变化规律.结果 表明,纤维掺量越大,材料弯曲韧性越好;粉煤灰掺量在F/C为1.2时各阶段韧性指数最大,表明粉煤灰掺量对UHTCC弯曲韧性的影响存在一个最佳值;水胶比为0.24、0.28时韧性指数未达到I50,且水胶比为0.26时峰值荷载对应的韧性指数IU最大,表明过大或过小水胶比都会降低UHTCC持续耗能的能力;在不同因素影响下,峰值荷载所对应的韧性指数IU与极限跨中挠度具有良好的相关性,且峰值荷载处于应变硬化阶段末期,几乎包括荷载-挠度曲线的全部,使用IU能够较好地反映UHTCC的能量吸收能力.     

混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料(HyFRSHCC)的力学性能

为提高高性能纤维增强水泥基复合材料的性价比,设计了一种由聚乙烯醇(PVA)纤维、钢纤维以及碳酸钙晶须作为增强材料,水泥砂浆作为基体的混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料(HyFRSHCC).通过单轴压缩试验和四点弯曲试验对这种HyFRSHCC的抗压和抗弯性能进行了研究.结果表明HyFRSHCC的抗压强度高于基体材料,且在破坏时能保持良好的整体性;在弯曲荷载作用下表现出显著的应变硬化特征及多缝开裂行为,具有较高的能量吸收能力与变形能力.扫描电子显微镜(SEM)的观察结果表明碳酸钙晶须在材料破坏过程中限制了微裂缝的发展,而PVA纤维与钢纤维实现了对宏观裂缝的控制.通过引入碳酸钙晶须和钢纤维可以适量代替价格较高的PVA纤维,降低纤维增强应变硬化水泥基复合材料的成本.     

钢-聚丙烯混杂纤维再生混凝土弯曲韧性研究

为了研究纤维对再生混凝土(RAC)的增韧效果,取体积掺量为0.5％、1.0％、1.5％的钢纤维和0.6％、0.9％、1.2％的聚丙烯纤维以单掺和混掺的方式掺入RAC中,采用四点弯曲试验对其弯曲性能进行研究,并分析了其微观增韧机理.结果表明:钢纤维和聚丙烯纤维的掺入对RAC弯曲破坏时承受的最大荷载、初裂挠度及韧性指数均有很大的改善,且混杂纤维改善效果优于单掺纤维.当钢纤维体积掺量为1.0％聚丙烯体积掺量为0.9％时,混杂纤维再生混凝土表现出良好的混杂效应,对弯曲性能的改善最为理想.     

聚乙烯醇纤维复合水泥基材料性能的研究进展

基于聚乙烯醇（properties of polyvinyl alcohol,PVA）纤维的各种性能优异性及其发展前景,PVA纤维作为一种性能优良并且价钱低廉的材料,能够改善水泥基材料抗压强度低、抗折强度低、抗裂性能差等缺点。同时PVA纤维是当前一种较好的水泥混凝土增强材料,并且PVA纤维具有价格低、强度高等特点,是一种化学合成纤维,在水泥基混合料中的增强效果比其他纤维要显著,但目前PVA纤维在水泥基材料中的实际应用还未受到太多关注,因此,本文将以PVA纤维作为主要研究对象,介绍PVA纤维对复合水泥基材料力学及耐久性能的影响。     

麻纤维/玻璃纤维混杂增强聚丙烯复合材料的性能研究

采用新的混杂复合工艺,将不同形式的玻璃纤维、剑麻纤维、玻璃纤维毡与黄麻纤维毡用不同的混杂方式（Ⅰ层内,Ⅱ夹芯）混杂增强聚丙烯.研究结果表明,在强度和刚性得到明显改善的同时,冲击韧性得到了大幅度的提升,而且短纤维层内混杂和连续纤维夹芯混杂呈现出不同的特点,不同的铺层设计导致力学性能有明显差异.通过对材料断面的电镜分析看出,用短玻璃纤维和麻纤维毡混杂增强聚丙烯时,冲击破坏过程以界面脱黏为主,而用玻璃纤维毡和麻纤维毡混杂增强时,破坏断面中玻璃纤维存在大量的拔出现象.利用混杂效应理论公式计算了混杂效应系数,并和实测值进行了比较.     

混杂纤维复合材料的平面剪切性能

研究了基体韧性和铺层方式对玻璃纤维、碳纤维及其混杂纤维复合材料平面剪切性能的影响。结果表明，玻璃、碳及其混杂纤维复合材料的平面剪切应力-应变曲线均具有非线性特征；在脆性基体中选用混杂结构，其复合材料的剪切性能具有正的混杂效应。     

混杂纤维应变硬化水泥基复合材料(SHCC)研究进展

应变硬化水泥基复合材料(SHCC)是近20年发展起来的一种新型纤维增强水泥基复合材料,而混杂纤维SHCC通过调节不同纤维的比例关系,可便捷的获得满足工程需要的强度、变形、动态力学性能或经济性等要求.本文对混杂纤维SHCC的临界纤维掺量理论、准静态力学性能试验研究、动态力学性能试验研究进行了综述,最后就混杂纤维SHCC的研究存在的不足和发展方向进行了评述和展望.     

应变硬化水泥基复合材料高温后弯曲韧性研究

传统水泥基材料强度低、韧性差,表现出明显的脆性破坏.掺加聚乙烯醇(PVA)纤维的应变硬化水泥基复合材料(SHCC)可以改善传统水泥基材料的脆性,常温下表现出明显的应变硬化特征,提高了基材的强度和韧性.通过四点弯曲试验研究在不同温度作用下SHCC的弯曲韧性,结果表明,随着温度的升高,SHCC的强度和韧性呈现下降趋势,100℃之前降幅较小;约在10％以内;200℃时开始大幅下降(降低约50％),300℃时丧失韧性,发生脆性破坏.试验还表明,内掺Protectosil MH50硅烷乳液防水剂时,高温作用下,其韧性降低规律与未掺加防水剂时大致相同,但同条件下会使SHCC的强度略微降低.     

PVA纤维表面改性对水泥基复合材料弯曲性能的影响

采用有机硅柔软剂对国产聚乙烯醇(PVA)纤维进行表面改性,并制备了纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)。采用扫描电子显微镜研究了有机硅柔软剂改性对PVA纤维表面结构的影响,用三点弯曲试验研究了有机硅柔软剂改性的PVA纤维对PVA-ECC复合材料弯曲性能的影响。研究结果表明:随着有机硅柔软剂含量的增加,PVA-ECC的极限弯曲强度和极限跨中挠度均先增加再减小,当有机硅柔软剂质量分数为7%时,极限弯曲强度和极限跨中挠度达到最大值,分别为5.627 MPa和2.123 mm;用ASTM C1609标准分析PVA-ECC三点弯曲韧性,当有机硅柔软剂质量分数为7%时,弯曲韧性达到最大值。     

焦炭-水泥基复合材料电磁屏蔽性能的研究

研究了焦炭和碳纤维的掺量,焦炭细度,减水剂,样品厚度对材料电磁屏蔽性能的影响。分别利用两电极法和同轴电缆法测试了材料的电阻和电磁屏蔽效能。研究结果表明,增加焦炭的掺量对水泥基材料导电性能的影响不显著,但增加焦炭细度能明显提高水泥基材料的导电性能;而样品厚度对水泥基材料的电磁屏蔽性能影响不大;焦炭-水泥基材料掺入碳纤维后能使材料的导电性能和电磁屏蔽性能明显提高。     

多尺度纤维增强水泥基材料的研究进展

随着现代工程技术的不断进步,超高层、超深井、大跨度等复杂恶劣环境对水泥基材料提出了更高的要求,鉴于水泥基材料是一种具有多尺度结构特征的复合材料,因此使用多尺度纤维是增强水泥基材料性能的有效途径.本文在综述国内外水泥基材料多尺度特征研究进展的基础上,介绍了水泥基材料的多尺度模型发展概况,指出了目前的研究中各个尺度模型之间的联系不够紧密的不足;总结了水泥基材料内部裂纹由微观至宏观的多尺度扩展、破坏过程;论述了单一纤维和多尺度纤维增强水泥基材料的研究现状,提出了目前应加强对多尺度纤维的增强机理的研究、开发性价比更高的纤维体系等建议.最后对多尺度纤维增强水泥基材料的研究方向进行了展望.     

混杂纤维复合材料热性能异性研究

本文对碳纤维，玻璃纤维混杂纤维复合材料进行了热膨胀系数计算，计算结果表明，环向碳纤维的加入可使碳纤维增强复合材料的纵向热膨胀系数趋于正值，而同等厚度环向玻璃纤维的加入却使碳纤维增强复合材料的纵向热膨胀系数更趋于负值，从而增加了复合材料零膨胀设计范围。