纤维及矿物掺合料对煤矸石混凝土力学性能的改性研究

以煤矸石全替代普通混凝土中粗骨料的煤矸石混凝土为基础,研究不同体积掺量的聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯(PP)及钢(ST)纤维对其力学性能的影响。选取最优力学性能下的纤维种类与掺量,继而探求其对单掺粉煤灰及粉煤灰/矿粉复掺替代部分水泥时的煤矸石混凝土力学性能的改性作用,得出最佳改性煤矸石混凝土配合比。结果表明,PVA、PP纤维掺量过多抑制了煤矸石混凝土的强度发展,存在最佳掺量,ST纤维在体积掺量为2%时,相较其他组可以最大幅度提高煤矸石混凝土的力学性能,其中对混凝土劈裂抗拉强度具有最佳改性效果。随着粉煤灰替代率的增加,降低了煤矸石混凝土的强度,30%替代率下粉煤灰/矿粉掺比为1∶2时煤矸石混凝土出现了矿物掺合料替代组合中的强度峰值,2%体积掺量的ST纤维对此时煤矸石混凝土改性后,使其达到了最优力学性能。     

低模量聚酯纤维/水泥基复合材料抗冲击性能及损伤机制

研究聚酯纤维长径比、掺量对混凝土抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度、断裂韧性及冲击荷载等力学性能的影响;运用复合材料理论和纤维间距理论对聚酯纤维/混凝土增韧阻裂机制进行研究,结合SEM观察微观形貌分析纤维长径比与掺量对增韧阻裂机制的影响;采用正交试验设计方法及激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)研究冲击高度、试件厚度、长径比及掺量对纤维/混凝土抗冲击性能的影响。结果表明,长径比为300与600的聚酯纤维会降低混凝土抗压强度,低掺量长径比为150的聚酯纤维通过提高混凝土致密程度使混凝土抗压强度有所提升;在抗拉强度方面长径比为150的聚酯纤维主要以缺陷形式存在,长径比为300的聚酯纤维对改善混凝土内部拉结作用最显著,3%(与胶凝材料体积比)掺量聚酯纤维对提高混凝土抗折强度最显著;对于混凝土断裂韧性,长径比为300与600的聚酯纤维/混凝土断裂韧性提高明显,通过SEM微观形貌发现纤维拉结作用产生的微裂纹会提高混凝土耗能能力,从而提高混凝土极限荷载与破坏时中心挠度,长径比为300的聚酯纤维/混凝土抗拉强度变化规律与复合材料理论和纤维间距理论分析结果较吻合;冲击高度为影响冲击荷载大小的主要因素,纤维长径比较纤维掺量影响较大,通过LSCM三维损伤形貌分析得出长径比为150的聚酯纤维对混凝土材料损伤改善效果较显著,同等掺量下长径比为150的聚酯纤维间距较小导致混凝土局部力学性能提高,从而提高混凝土抗冲击性能。      

钢纤维混凝土多轴损伤比强度准则

细聚丙烯(PP,直径小于100 μm)纤维混凝土I型断裂强度随纤维含量增加呈现先增后减的变化规律,其机理尚不明晰。而且由于纤维数量过多,现有数值方法无法精细刻画细纤维混凝土力学行为。对此通过考虑细PP纤维亲水性提升基体局部水灰比的强度正效应和纤维桥接力强度贡献低于砂浆的强度负效应,并引入纤维直径等效系数(r_f),实现介观尺度细聚丙烯纤维混凝土(PFRC)力学行为模拟。研究表明：纤维直径等效系数(r_f)建议小于10;当纤维微量添加时,细PP纤维提升基体局部水灰比,使基体强度上升,此时正效应高于负效应;随着纤维含量增加,由于纤维桥接力贡献无法补偿相应面积基体强度,负效应持续增长,PFRC宏观I型断裂强度下降。

     

冲击荷载作用下混杂纤维混凝土能量耗散与破碎分形研究

为了研究聚丙烯纤维含量和长径比对混凝土劈裂强度以及分形维数的影响，首先通过在含钢混凝土中添加不同含量和长径比的聚丙烯纤维制作混杂纤维混凝土试样，再利用分离式霍普金森压杆对试样进行高应变率动态劈裂力学试验。实验以相同冲击气压(0.2 MPa)对直径65 mm,高35 mm的10组试件进行测试。研究结果表明：聚丙烯纤维体积掺量为0.05%、0.1%时，长径比在3 000～9 000区间，混杂纤维混凝土的动态劈裂强度与能耗随掺量和长径比的增加有明显上升；在掺量为0.15%时，混杂纤维混凝土的动态劈裂强度与能耗均有所降低。各实验组中混杂纤维混凝土的分形维数均在2.3～2.6之间且小于普通混凝土，说明混杂纤维的添加可使混凝土的韧性、阻裂性能提升。     

基于搜索锥算法的纤维分布特征及对BFRC的增强机制

混凝土基体内部纤维的取向、分布及纤维的接触点是影响纤维混凝土力学性能的重要因素,也是目前研究的薄弱环节.本实验研究纤维掺量对玄武岩纤维增强混凝土(BFRC)三轴力学性能的增强机制,采用CT技术和搜索锥算法实现BF的获取与识别,重点分析纤维掺量在1.5 kg/m3、3 kg/m3、4.5 kg/m3时BF分布角度、效率指数及接触点变化规律,揭示纤维形态学特征对BFRC力学性能的增强机理.结果表明:纤维掺量保持不变,峰值应力随围压的增大而增大;围压保持2 MPa不变,随着纤维掺量的提高,材料的峰值应力先增加后下降,最佳掺量为3 kg/m3,此时峰值应力为44.48 MPa,相比普通混凝土增加了99.64％.纤维追踪后发现:纤维在混凝土基体中乱向分布;在笛卡尔坐标系Z轴的方向角γ下,80～90°范围内纤维分布较多,纤维倾向于水平放置,近似与竖向裂缝垂直;在方向角α下,30～50°范围内纤维分布较多,对于控制斜向裂缝最为有利;不同掺量下的纤维效率指数eiy分别为0.57、0.65、0.55,进一步说明纤维倾向于平行Y轴;随着纤维掺量的增加(1.5 kg/m3、3 kg/m3、4.5 kg/m3),纤维接触率分别为0％、25％、49％,纤维结团现象愈发明显,三轴强度分别为26.63 MPa、44.48 MPa、42.43 MPa,纤维接触在一定程度上影响BFRC的三轴力学性能.     

纤维长径比对环氧复合材料动态力学性能的影响

本文研究不同纤维长径比对碳纤和玻纤环氧复合材料动态力学性能的影响.结果表明,随长径比的增大,材料的力学内耗下降而模量增加;在低长径比,碳纤复合材料的内耗值比玻纤复合材料的高.达到一定长径比后,内耗值和模量值趋于连续纤维复合材料的值.温度越高,基体模量下降,达到相同纤维刚度的使用效率所需要的长径比就越大.用材料在外载荷或热缩应力作用下,纤维及其界面上沿纤维方向上的应力大小和分布随长径比的变化规律解释上述现象.     

混杂工艺对椰壳-大麻/聚丙烯复合材料力学性能的影响

采用正交分析法,讨论混杂工艺和复合工艺对椰壳-大麻/聚丙烯（PP）复合材料力学性能的影响。结果表明,混杂处理后的椰壳-大麻/PP复合材料的力学性能均比相同复合工艺条件下的大麻/PP复合材料有较大程度的改善。椰壳纤维与大麻纤维质量比对混杂椰壳-大麻/PP复合材料力学性能影响最大,且混杂椰壳-大麻/PP复合材料的力学性能随椰壳纤维含量的增加而线性增大;混杂针刺毡中PP纤维质量分数对混杂椰壳-大麻/PP复合材料的抗弯强度影响较大,最初混杂椰壳-大麻/PP复合材料的抗弯强度随PP纤维质量分数的增加而减小,随后又随PP纤维质量分数的增加有一定程度的增大,而混杂椰壳-大麻/PP复合材料的抗拉强度则随PP纤维质量分数的增大而线性减小;混杂椰壳-大麻/PP复合材料的力学性能随复合层压温度的升高呈下降趋势。      

高应变率下多尺寸聚丙烯纤维混凝土动态压缩力学性能研究

采用Φ74 mm的分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson pressure bar,SHPB)试验装置,对两种尺寸聚丙烯细纤维和一种尺寸聚丙烯粗纤维单掺及混掺的混凝土试件进行冲击压缩试验,对比分析粗、细纤维及不同纤维掺量比的多尺寸纤维混凝土试件在五种不同应变率下的动态压缩强度、动态压缩变形、动态压缩韧性和破坏特征,研究聚丙烯纤维混凝土的动态压缩力学性能.结果表明:随应变率的增加,素混凝土及纤维混凝土的动态压缩强度、动态压缩变形和动态压缩韧性表现出显著的应变率效应;在试验应变率范围内,粗聚丙烯纤维混凝土的动态抗压强度最高,相对素混凝土增幅为132.36％～213.85％;多尺寸聚丙烯纤维混凝土的动态强度增长因子与素混凝土基本一致;掺入多尺寸聚丙烯纤维可有效增大混凝土在不同应变率下的动态峰值应变和动态极限应变;多尺寸聚丙烯纤维混凝土的动态极限韧性较高,其中细聚丙烯纤维含量为1.2 kg/m3时混凝土动态极限韧性最高,增幅为121.11％.     

聚丙烯纤维灌浆料及其钢筋套筒连接受力性能试验研究

为改善装配式结构节点的力学连接性能,对聚丙烯(PP)纤维灌浆料进行材性性能及其钢筋套筒连接接头的力学性能研究.选用不同掺量、长度PP纤维的灌浆料进行力学性能试验,确定PP纤维最佳掺量(占普通(JZ)灌浆料的体积比)和长度分别为0.5％和9 mm.以JZ灌浆料为对照组,设置了4d、6d、8d(d为钢筋直径)3种锚固长度的...     

短切玻璃纤维增强硬质聚氨酯的弹性模量

采用一步法制备玻纤增强硬质聚氨酯的复合材料(RPU).不同长径比的玻纤增强RPU的性能差异显著.长径比为40的玻纤表现出最优的增强性能.当玻纤用量为10%时,长径比为20、40和100的玻纤增强材料的弹性模量分别为9.39MPa、10.5 MPa和9.59MPa,其中长径比为40的玻纤增强材料的弹性模量比未增强的增加了55%,而长径比为20和100的玻纤增强分别为38.7%和41.7%;该材料增强的压缩弹性模量与拉伸弹性模量规律几乎一致.SEM图表明适宜长径比的纤维本身的拉伸强度对增强硬泡塑料的力学性能起到了重要作用.     

基于仿真方法的CFRP复合材料孔隙率与超声衰减系数的关系

为从超声衰减机制角度解释碳纤维增强树脂基（CFRP）复合材料孔隙率P与超声衰减系数α之间呈非唯一对应关系的原因,针对厚度为2 mm的热压罐成型单向CFRP层板,建立了具有不同孔隙尺寸的CFRP模型（P=0.5%~3.5%）,并采用数值计算方法得到衰减系数α值。当孔隙横向尺寸D=56 μm,即归一化波数kD=2π D/λ <1（超声波波长λ ≈560 μm）时,α随P增大而缓慢线性增加;当D=93 μm（kD ≈ 1）时,α随P增大呈对数增长。仿真结果表明,超声波在含孔隙CFRP中传播时,随着归一化波数的不同,超声波衰减可能包括瑞利散射和随机散射两种机制,孔隙形貌的随机复杂性导致CFRP孔隙率与超声衰减系数之间呈现非唯一对应关系。     

颗粒级配对Si_(3)N_(4)w/Si_(3)N_(4)复合材料弯曲强度与介电性能的影响EI北大核心CSCD

为了获得一种弯曲和介电性能良好的氮化物陶瓷材料,本工作首先以氮化硅晶须(Si_(3)N_(4w))为原料,采用喷雾造粒工艺制备3种具有不同粒径分布的Si_(3)N_(4w)球形颗粒粉体,研究雾化盘转速对Si_(3)N_(4w)球形颗粒粉体粒径分布的影响。然后以喷雾造粒得到的Si_(3)N_(4w)球形颗粒为原料,采用干压法制备3种颗粒级配的Si_(3)N_(4w)预制体,研究颗粒级配Si_(3)N_(4w)预制体的孔径分布。采用化学气相渗透(CVI)和先驱体浸渍裂解(PIP)工艺在3种颗粒级配的Si_(3)N_(4w)预制体中进一步制备Si_(3)N_(4)基体,研究Si_(3)N_(4w)/Si_(3)N_(4)复合材料制备过程中的物相和微结构演变以及颗粒级配对Si_(3)N_(4w)/Si_(3)N_(4)复合材料的微结构、密度、弯曲强度和介电性能的影响。结果表明:3种颗粒级配的Si_(3)N_(4w)预制体均具有二级孔隙特征,其中小孔孔径均约为0.7μm,大孔孔径分别为45.2,30.1μm和21.3μm。在制备的3种颗粒级配的Si_(3)N_(4w)/Si_(3)N_(4)复合材料中,S13样品的颗粒级配效果最好,复合材料的弯曲强度达到81.59 MPa。此外,该样品的介电常数和介电损耗分别为5.08和0.018。良好的弯曲强度和介电性能表明制备的Si_(3)N_(4w)/Si_(3)N_(4)复合材料有望应用于导弹天线罩领域。     

Compressive stress–strain behavior of steel fiber reinforced-recycled aggregate concrete

The use of recycled aggregate from construction and demolition waste (CDW) as replacement of fine and coarse natural aggregate has increased in recent years in order to reduce the high consumption of natural resources by the civil construction sector. In this work, an experimental investigation was carried out to investigate the influence of steel fiber reinforcement on the stress–strain behavior of concrete made with CDW aggregates. In addition, the flexural strength and splitting tensile strength of the mixtures were also determined. Natural coarse and fine aggregates were replaced by recycled coarse aggregate (RCA) and recycled fine aggregate (RFA) at two levels, 0% and 25%, by volume. Hooked end steel fibers with 35 mm of length and aspect ratio of 65 were used as reinforcement in a volume fraction of 0.75%. The research results show that the addition of steel fiber and recycled aggregate increased the mechanical strength and modified the fracture process relative to that of the reference concrete. The stress–strain behavior of recycled aggregate concrete was affected by the recycled aggregate and presented a more brittle behavior than the reference one. With the addition of steel fiber the toughness, measured by the slope of the descending branch of the stress–strain curve, of the recycled concretes was increased and their behavior under compression becomes similar to that of the fiber-reinforced natural aggregate concrete.     

介质层参数对表面型等离子体显示器性能优化的研究

以提高等离子体放电效率为目标, 采用实验测试的方法研究了不同介质层的介电常数和厚度对着火电压、静态margin、放电效率和真空紫外辐射的影响。结果表明, 适当的增加介质层参数ε_r/d, 虽然提高了放电过程中产生的能量损失, 但其同时也可以有效增强阴极区的电场和电子温度, 使得放电产生的分子态VUV强度大幅上升进而带来放电发光效率的提高。因此, 优化介质层参数可以作为今后提高等离子体放电效率的有效途径之一。     

纳米SiO2对钢纤维/混凝土高温后力学性能及微观结构的影响

研究了掺纳米SiO₂的钢纤维混凝土(NSFC)、 钢纤维混凝土(SFRC)和普通混凝土(NC)三种材料在不同加热温度后的抗压、 劈裂和抗折强度等力学性能, 对不同温度热处理后的微观结构进行了SEM分析, 对钢纤维与过渡区界面的相结构进行了XRD分析。结果表明: 在测试温度范围内, NSFC的抗压、 劈裂和抗折强度均高于SFRC和NC的强度, 且在400 ℃时达到最大值。在常温下, NSFC的抗压、 劈裂和抗折强度较NC分别提高27.01%、 63.28%和54.12%, 400 ℃高温热处理后比NC分别高35.09%、 84.62%和87.23%; SEM分析表明, 在钢纤维与过渡区的界面处, 致密度提高, 显微硬度提高。由于固相反应, 使界面区结构发生变化, 在钢纤维表层形成扩散渗透层(白亮层), 即化合物层, 呈锯齿状, XRD分析证明, 白亮层主要由FeSi₂和复杂的水化硅酸钙组成, 从而增强了钢纤维与基体的粘结力, 提高了混凝土的高温力学性能。     

多因素对再生混凝土力学性能及抗冻性的影响

为研究不同因素、不同水平对再生混凝土力学性能的作用。该文通过正交试验研究钢纤维掺量、再生粗骨料掺量和粉煤灰掺量对再生混凝土力学性能(抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度)的影响,确定各因素对再生混凝土力学性能的影响程度,并加以量化表征,并提出多因素共同作用下再生混凝土力学性能的多元非线性回归模型且进行验证。在此基础上,该文进一步研究再生混凝土的抗冻性。结果表明:再生混凝土的力学性能随钢纤维掺量的增加而提高;随粉煤灰掺量增加而降低;再生粗骨料掺量对再生混凝土的力学性能影响较小。钢纤维的掺入可提高再生粗骨料的掺量。再生混凝土力学性能的实测值与通过建立的回归模型得到的计算值的最大误差在6.5%以内。此外,钢纤维的掺入和减少再生粗骨料的掺量均可以提高再生混凝土的抗冻性。     

含粗骨料超高性能混凝土力学性能研究及机理分析

为探索含粗骨料超高性能混凝土的各项力学性能,研究了粗骨料体积掺量(0kg/m~3、280kg/m~3、400kg/m~3、480kg/m~3、560kg/m~3)、纤维掺量(2%、2.5%)以及纤维形态(平直型、端钩型)对超高性能混凝土抗压强度、弹性模量以及四点弯曲强度的影响,并引入纤维取向系数和纤维有效长度,探索粗骨料掺量对弯曲强度影响的微观机理。结果表明,粗骨料体积掺量对含粗骨料超高性能混凝土抗压强度的影响不大(0.4%~4.5%);对弹性模量的提高效果显著,最高可提高7.8%;对抗弯强度具有不利影响,并且随着粗骨料掺量增大,纤维取向系数下降,纤维有效长度减小,负面影响扩大。当粗骨料体积掺量为560kg/m~3时,弯曲强度下降了21.2%。增加纤维掺量或者掺入端钩型纤维可提高弯曲强度,掺入端钩型钢纤维可显著增大纤维有效长度,从而大幅度提高弯曲强度。     

混杂纤维增强水泥基复合材料弯曲韧性与纤维增强指数的定量关系

基于掺加CaCO₃晶须的混杂纤维增强水泥基复合材料梁和板四点弯曲试验,提出了确定弯曲韧性指标与纤维增强指数（S）关系的数学公式。S考虑了纤维抗拉强度和机械锚固性能对混杂纤维/水泥复合材料弯拉性能的影响,物理意义明确。公式为二次函数形式,可以反映混杂纤维体系对混杂纤维/水泥复合材料增韧效果,而通过确定二次函数极值,能对纤维配比进行优化。该数学模型对钢-合成纤维和钢-植物纤维增强水泥复合材料均有良好的适用性,且无需考虑基体（水泥砂浆或混凝土）和试件形状（梁或板）。另外,该公式不仅适用于指定挠度处弯曲韧性和等效抗弯强度表征的韧性指标,对ASTM C1018规定的弯曲韧性指标,如I₅、I₁₀、I₃₀和I₅₀等也同样适用。