合成纤维与钢纤维对超高性能混凝土的影响研究

为降低超高性能混凝土的生产成本,以合成纤维替代钢纤维是一种有效途径。基于胶砂试验,分析了不同长度和类别合成纤维对超高性能混凝土流动性与力学强度的影响,结果显示,高强度合成纤维不利于超高性能混凝土流动,但可有效提高抗折强度和抗压强度。对钢纤维与超高分子质量聚乙烯纤维混凝土开展了弯曲韧性试验,结果表明超高分子质量聚乙烯纤维具备增韧效果。     

钢纤维增强混凝土细观压缩断裂模拟与性能分析

韧性城市构筑需要更多高强、高韧的混凝土基础设施，现有钢纤维增强混凝土(SFRC)细观力学模型与断裂性能模拟研究仍存在挑战。本文借助Python软件对Abaqus前处理二次开发，建立了SFRC三维细观模型，全局插入内聚力单元模拟骨料与混凝土基体之间的界面，研究钢纤维体积率V_SF、混凝土基体强度、骨料粒径对SFRC单轴压缩断裂性能的影响。结果表明：V_SF在0%～2.0%时，V_SF越大，SFRC抗裂性能越好，且残余应力更大；V_SF为2.0%时，SFRC应力较未加入钢纤维混凝土提高了60.64%;当基体强度增加时，SFRC的韧性也随之提高，C60、C80混凝土所对应的最大应力值与C40混凝土相比分别提高了66.48%、91.39%,SFRC的应力-步长曲线在弹性阶段变得更陡峭；骨料粒径在5～7 mm时，随着骨料粒径的增加，SFRC的抗裂性能显著增强。显然将分散、不定向的韧性钢纤维加入脆性混凝土基体中可有效增强混凝土设施的抗震韧性和抗裂性能。     

超高性能混凝土在中国的研究和应用

超高性能混凝土作为一种新型水泥基材料,具有强度高,耐久性优异的优点.本文综述了超高性能混凝土在中国的研究和应用.使用常规辅助性胶凝材料取代水泥和硅灰,在普通工艺下,也可制备出满足性能要求的超高性能混凝土.硅灰和纳米二氧化硅可加速超高性能混凝土胶凝材料的水化速度,但矿粉延缓了超高性能混凝土胶凝材料的水化速度.超高性能混凝土具有均匀致密的微观结构.超高性能混凝土的抗拉、抗弯、抗剪、粘结强度、峰值应变等均远大于普通混凝土,掺入钢纤维可显著增大超高性能混凝土的韧性.超高性能混凝土的抗冻性和抗锈蚀性能均优于普通混凝土.自从中国2005年第一次将超高性能混凝土应用于工程中,超高性能混凝土已经广泛应用于电缆槽盖板、高速铁路、地铁、桥梁、挂檐板和人行道盖板中.     

钢-聚丙烯混杂纤维增强超高性能混凝土强度试验研究

考虑钢纤维体积率、聚丙烯纤维体积率和长径比三种因素,设计并制作了171个超高性能混凝土试块,进行立方体抗压强度、轴心抗压强度和劈裂抗拉强度试验,分析纤维特征参数对超高性能混凝土强度的影响规律.结果表明,掺入钢-聚丙烯混杂纤维后,超高性能混凝土的立方体抗压强度可提高36.3％,轴心抗压强度可提高31.9％,劈裂抗拉强度可提高539％;混杂纤维最佳配比为,钢纤维体积率1.50％、聚丙烯纤维长径比167、体积率0.10％;基于试验结果建立了考虑纤维参数的超高性能混凝土立方体抗压强度预测模型,提出了超高性能混凝土轴心抗压强度、劈裂抗拉强度与立方体抗压强度的关系式.     

单一纤维喷射混凝土的力学性能试验研究

由于隧道施工过程中的塌方现象与喷射混凝土的质量密切相关,故研究强度高、韧性好的高性能喷射混凝土是地下工程施工所亟需研究的内容之一。本文分别对单掺钢纤维、聚丙烯纤维和仿钢纤维喷射混凝土的抗压强度、抗折强度和折压比进行了试验研究,并将其与普通喷射混凝土的力学性能进行了比较。结果表明,适当掺量的纤维喷射混凝土较普通喷射混凝土的抗压强度、抗折强度及折压比都有明显提高;当仿钢纤维掺量为0.3%时的强度及折压比为最优,并以价格优廉、分散性好、不易锈蚀等优点可以取代钢纤维和聚丙烯纤维在工程中的应用。     

超高性能混凝土抗折强度尺寸效应EI北大核心CSCD

通过3个强度等级、2种钢纤维类型和4组钢纤维掺量超高性能混凝土(UHPC)小梁试件的抗折试验,研究了强度等级、钢纤维类型和体积掺量对超高性能混凝土抗折强度及尺寸效应的影响。结果表明:随UHPC强度等级的增加,小梁试件抗折强度尺寸效应趋于明显,R160级试件抗折强度尺寸效应约为R120试件的1.26倍。钢纤维掺量对UHPC抗折强度尺寸效应有较大影响,钢纤维掺量越大,尺寸效应越明显,掺入3%(体积分数)平直型钢纤维和端勾型钢纤维的R120级UHPC小梁试件抗折强度尺寸效应比未掺加钢纤维的试件提高了71%和78%。建议了UHPC抗折强度尺寸换算系数,提出了UHPC抗折强度尺寸效应律计算公式。     

高强轻质混凝土力学特性试验研究

随着轻质混凝土在工程中需求的不断增大,钢纤维成为提高其力学性能的重要途径。针对钢纤维对轻质混凝土抗压强度及抗折强度的影响,对高强轻质混凝土力学特性分别进行了抗压强度试验及抗折强度试验研究。结果表明,向混凝土材料中添加钢纤维,可明显提高轻质混凝土材料的抗压强度及抗折性能。     

混杂纤维混凝土力学性能研究

纤维以其塑性变形小、强度高、韧性大等优点在混凝土中得到越来越广泛的应用,但由于不同纤维的尺度与性能不同,导致其对混凝土的力学性能影响结果不同,因此本文分别对单掺、双掺仿钢纤维和聚丙烯纤维混凝土、钢纤维混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度进行了试验研究,并将其与普通混凝土的力学性能进行比较。结果表明,纤维混凝土较普通混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度都有明显提高,且混杂纤维较单一纤维混凝土的强度提高更为明显,混杂纤维混凝土的强度与钢纤维混凝土强度相差不大,并以成本低、分散性好、不易锈蚀等优点可以取代钢纤维在某些工程中的应用。     

磨细矿渣对钢纤维混凝土性能影响试验研究

通过掺入20%～30%的磨细矿渣,改变水胶比和钢纤维体积率等条件配制钢纤维高性能混凝土,研究了钢纤维高性能混凝土的流变性能、立方体抗压强度、劈裂抗拉强度等参数的变化规律,探讨了磨细矿渣对钢纤维高性能混凝土的增强作用机理和力学特性影响。     

三维编织钢纤维增强混凝土的冲击压缩性能

采用三维钢纤维编织技术与渍浆纤维混凝土成型工艺,成功制备出钢纤维体积率(φf)为5%(SC05)和10%(SC10)的三维编织钢纤维增强混凝土(3-D braid steel fiber reinforced concrete,3D-BSFC),采用直径为75mm的分离式霍普金森压杆(Split Hopkinson Pressure Bar,SHPB)装置研究了混凝土基体材料(SC0)及其相应的3D-BSFC试样在3种应变率下的冲击压缩力学性能。结果表明:在应变率约120s–1下,基体抗压强度为C50,试样SC0、试样SC05和试样SC10的冲击压缩强度分别是其静态强度的2.99倍、1.73倍和1.12倍,峰值应变达到0.0043,0.0079和0.0088,冲击弹性模量分别是其静态弹性模量的1.43倍、1.35倍和1.38倍,冲击压缩韧性指数分别达到1.22、3.12和8.21,与基准试样SC0相比,在应变率分别约为120s–1和130s–1时,试样SC05的冲击压缩强度分别提高了29%和21%,试样SC10分别提高了50%和45%。当应变率提高到130s–1时,试样SC0、试样SC05和试样SC10的峰值应变分别降低到0.0042,0.0060和0.0058,冲击压缩韧性指数分别提高到1.38,3.69和9.10。因此,3D-BSFC是应变率敏感材料,随着应变率的提高,材料的强度、弹性模量和韧性均有明显提高,峰值应变有所降低,而且φf越高,钢纤维的动态增强和增韧效果越明显。     

沸石粉取代部分硅灰的超高性能混凝土力学性能研究

相比于硅灰,沸石粉是一种可就地取材、价格低廉的矿物掺合料。采用沸石粉取代硅灰制备超高性能混凝土(UHPC),研究了沸石粉掺量、水胶比和钢纤维体积掺量对沸石粉UHPC力学性能的影响。结果表明:沸石粉取代部分硅灰降低了UHPC的3 d强度,而随着龄期的增加,15%(质量分数)取代率的沸石粉增加了其强度,30%(质量分数)沸石粉取代率影响不大;沸石粉有助于改善UHPC后期韧性;水胶比的增加降低了沸石粉UHPC强度,但水胶比为0.16和0.14的试件强度相差不大;适量钢纤维有助于提高沸石粉UHPC强度,其最佳体积掺量范围为2.5%~3.0%。     

硅灰对钢纤维混凝土耐久性能的影响研究

为提高钢纤维混凝土耐久性能,采用复掺的方式,选择高品质的硅灰掺入到钢纤维的混凝土结构中。在保证基准配合比相同的情况下,通过不同的硅灰与钢纤维配合比,探讨硅灰对钢纤维混凝土耐久性能的影响。通过实验结果表明,随着硅灰掺入钢纤维混凝土量的增加,混凝土的抗折强度、抗压强度和劈裂强度、抗冻性能都明显提高,并在12%硅灰+1.2%钢纤维时达到最大。     

钢纤维高强混凝土的抗剪强度

通过68个100mm×100mm×400mm,102个150mm×150mm×150mm高强混凝土和钢纤维高强混凝土试件的直接双面剪切实验、立方体抗压实验和劈裂抗拉实验,分析了钢纤维体积率、钢纤维类型对剪压强度比及剪拉强度比的影响,探讨了高强混凝土及钢纤维高强混凝土抗剪强度与抗压强度、劈拉强度的关系。研究表明:随钢纤维体积率的增大,剪压强度比呈上升趋势,剪拉强度比呈下降趋势。随抗压强度的提高,钢纤维高强混凝土抗剪强度的提高幅度大于高强混凝土的。通过对实验结果的统计分析,提出钢纤维高强混凝土抗剪强度与抗压强度、劈拉强度的关系式,得到不同类型钢纤维对高强混凝土抗剪强度和初裂抗剪强度的增强系数,建议了钢纤维高强混凝土抗剪强度的计算公式,供设计与施工参考。     

微细钢纤维对高弹性模量混凝土力学性能的影响

基于修正的Furnas堆积模型和骨料紧密堆积试验设计了一种高弹性模量混凝土,并利用微细钢纤维改善高弹性模量混凝土的韧性,研究了钢纤维体积掺量对骨料紧密堆积状态下混凝土流动性能、强度、弹性模量及弯曲韧性的影响规律。结果表明:采用紧密堆积骨料和适量微细钢纤维可以构筑高弹性模量韧性混凝土,其静弹性模量和动弹性模量最高分别可达50.15 GPa和53.23 GPa,断裂能可达5 680.45 N/m,残余弯曲韧度比从0增加到0.43;高弹性模量混凝土的流动性能随着钢纤维掺量的增加而降低,抗折强度、弹性模量及弯曲韧性则均随着钢纤维掺量的增加而增加,混凝土的抗压强度随着钢纤维掺量增加先增加后降低。在骨料紧密堆积状态下,综合考虑流动性能、力学性能和工程经济性,高弹性模量混凝土中微细钢纤维的合理掺量为0.4%(体积分数)。     

定向分布钢纤维对超高性能混凝土的增强作用EI北大核心CSCD

将细短钢纤维定向分布在水泥浆中制备超高性能混凝土(UHPC),在不同的钢纤维体积掺量下,对比分析了定向分布钢纤维UHPC(D-UHPC)与乱向分布钢纤维UHPC(L-UHPC)的抗压、抗折和弯曲抗拉等强度,通过弯曲韧性、钢纤维与UHPC基体的界面黏结强度及宏观、细观照片来揭示其增强作用机理。结果表明:随着钢纤维掺量的增加,L-UHPC的抗压强度先增大后减小,D-UHPC的抗压强度则持续增大;两种UHPC的抗折强度均随着钢纤维体积掺量的增加而不断增大;在相同的钢纤维体积掺量下,D-UHPC的抗折强度均比L-UHPC的更高;试样受弯断裂过程中,D-UHPC所产生的裂缝宽度比L-UHPC的更窄,且出现了更多细小裂缝,可通过分散吸收荷载而表现出更高的弯曲韧性;D-UHPC的初裂挠度、极限抗拉挠度、初裂强度、极限抗拉强度和韧性指数在相同的钢纤维体积掺量时均比L-UHPC的有大幅度增加;钢纤维的埋入角越大,拔出荷载峰值越小,且荷载峰值对应的挠度越大,显示出钢纤维方向对UHPC力学性能的显著影响。     

一种桥梁裂缝修补改性材料粘接强度及受力影响分析

为解决重载运输下桥梁裂缝修补问题,试验制备了一种苯丙乳液(SAE)改性超细混凝土修补材料。结果表明,SAE含量增加会使试件抗折强度先升后降,抗压强度下降,界面粘接性能和抗疲劳性能提高;当添加15%SAE时,材料极限拉应力、拉应变分别为2.34 MPa、2.25%,增幅分别为81.4%和562%,材料韧性提高;SAE含量12%最为适宜,此时,修补材料的极限拉应力、拉应变分别为1.78MPa、2.02%,界面粘接强度为1.9 MPa,凝结时间短,抗疲劳性能良好。试验制备的SAE改性修补材料可以作为不中断交通重载运输情况下的桥梁裂缝修补材料使用。     

钢纤维对机制砂混凝土韧性的影响

以机制砂混凝土为研究对象,以混凝土的韧性特征为研究指标,以钢纤维为研究因素,系统研究了钢纤维类型、长径比、掺量对机制砂混凝土韧性指数、等效弯折强度、抗折初裂强度及弯曲韧性比的影响规律。结果表明:切断型钢纤维能够有效改善机制砂混凝土的弯曲韧性;长径比为65的钢纤维具有较大优势;机制砂混凝土的弯曲韧性随着钢纤维体积掺量的增加,整体韧性提高,在掺量1%时,机制砂混凝土弯曲韧性的增长比最大。     

纳米材料对超高性能混凝土动态力学特性的影响实验研究

对掺入不同种类和含量纳米材料的超高性能混凝土分别进行了静、动态压缩和劈裂试验,分析了纳米材料种类及其含量对超高性能混凝土材料动态力学特性的影响,给出了超高性能混凝土动态增长因子曲线.结果表明:超高性能混凝土为应变率敏感性材料,超高性能混凝土的动态强度随着应变率的增大而增强;纳米材料种类对超高性能混凝土动态强度的影响不明显,但对其动态增长因子影响比较显著;纳米材料含量对超高性能混凝土动态强度和动态增长因子影响明显,适宜的掺量能够更有效地改善超高性能混凝土的动态力学性能.     

超早强混杂纤维混凝土断裂性能的研究

本文全面分析和研究了超早强混杂纤维混凝土的断裂性能,实验采用不同的钢纤维体积率,对混凝土试件进行三点弯曲实验,量化各纤维体积率对断裂韧性韧性的影响效果,寻求通过优化配合比设计,有效的提高混杂纤维混凝土阻裂增韧机制。结果表明,随着钢纤维用量的增加,超早强混杂纤维混凝土的断裂性能及其增益比增加较为显著,同时改变了混凝土随龄期增加而韧性降低的现象。纤维混杂掺入超早强普通混凝土中,能够起到较好的改善基体的耗能能力、增强韧性的作用,并且在这过程中,增强韧性的作用是钢纤维起主导作用。     

钢纤维增强聚合物砼的应用

钢纤维增强聚合物混凝土是由乳胶、钢纤维和混凝土复合而成的高性能混凝土材料，它具有比钢筋混和钢纤维混凝土更为优良的抗拉、抗折、抗疲劳强度、冲击韧性及变形性能。以S118线路面罩而铺装为工程实例，论述了钢纤维增强聚合物混凝土路面铺筑中的工程应用技术问题。