PVA-ECC的弯曲韧性方板法试验研究

主要研究了PVA纤维体积掺量对纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)弯曲韧性的影响,对PVC纤维体积掺量分别为0%,0.5%,1.0%,1.5%,2.0%的PVA-ECC试件的抗压强度和方板法弯曲性能等进行试验研究,分析了PVA纤维在ECC中的作用机理,并对PVA-ECC方板进行能量评价。结果表明:PVA纤维体积掺量的改变对ECC材料的抗压强度影响甚微,PVA纤维体积掺量的增加对方板法弯曲韧性试验中ECC试件的初裂荷载影响不大,但峰值荷载有明显的提高,跨中挠度增加明显且裂缝宽度减小;PVA-ECC方板弯曲韧性随PVA纤维体积掺量增大而提高且体积掺量为2.0%时增韧的效果最佳。     

国产PVA纤维增强水泥基复合材料力学性能研究

工程用水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,简称ECC)的高延性、高韧性和独特的多缝开裂特性,满足可持续发展社会对基础设施建设高安全性和高耐久性的要求。目前配置ECC的聚乙烯醇纤维(Polyvinyl Alcohol,简称PVA)主要由日本可乐丽公司生产,成本较高,使ECC在实际工程中的大规模应用变得十分困难。为此,研究国产PVA-ECC的可行性及制备方法十分必要。首先基于微观力学模型,对采用国产PVA纤维配制ECC的可行性进行了探讨,并通过参数分析,确定了国产PVA-ECC配合比的优化方向。对设计的11组不同配合比的ECC试件进行单轴压缩试验和四点弯试验,研究水泥/粉煤灰比、水胶比、PVA纤维体积掺量对ECC抗拉强度、弯曲韧性和抗压强度的影响,据此提出了国产PVA-ECC的较优配合比。国产PVA-ECC的研发,降低ECC的成本,使得ECC大量应用于工程实践成为可能。     

PVA-ECC的弯曲韧性试验研究

ECC抗压强度较高,但韧性性能较差,易发生脆性破坏。为了扩大PVA-ECC的应用范围,提高韧性性能,对纤维体积掺量分别为0%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%情况下PVA-ECC的抗压强度、方板法弯曲性能等进行试验研究,通过采用《纤维混凝土试验方法标准》提出的能量法、韧性指数法和基于板开裂后吸收能量的韧性评价等3种方法分析基体混凝土与PVA-ECC的韧性对比试验数据,研究PVA纤维的加入对ECC韧性性能的影响。     

高性能纤维增强水泥基复合材料的力学性能试验研究

采用聚乙烯醇纤维(Polyvinyl Alcohol,简称PVA纤维)制备高性能纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC),通过立方体抗压强度和梁四点弯曲试验分别研究不同PVA纤维体积掺入量、不同砂胶比以及粉煤灰掺入量对PVA-ECC材料的抗压强度与弯曲性能的影响。结果表明:随着纤维掺入量的增加PVA-ECC抗压强度逐渐降低,但弯曲延性增强。砂胶比的降低使得纤维更好的分散,延性效果得到明显改善。粉煤灰掺量的增加改善了PVA-ECC搅拌时的流动度,梁的抗弯承载力有所降低,但延性提高。     

聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料单轴受压强度与变形特性分析

通过对不同聚乙烯醇(PVA)纤维体积掺量、水胶比、砂胶比的工程纤维增强水泥基复合材料(ECC)进行单轴受压性能试验,测得了其抗压强度及单轴受压应力-应变全曲线,主要分析PVA-ECC的破坏形态、受压性能及试件尺寸、加载速率对PVA-ECC立方体抗压强度的影响。结果表明:随着PVA纤维体积掺量的增加,PVA-ECC的抗压强度、峰值应变及极限应变均明显增大,试件塑性变形能力也越好;水胶比增大,PVA-ECC的抗压强度降低,但试件达到峰值后延性增加;砂胶比为0.36时,PVA-ECC的抗压强度和压缩韧性最大。PVA-ECC的立方体抗压强度存在尺寸效应:f100cu∶f70.7cu∶f40cu=0.93∶1∶1.15;加载速率越大,PVA-ECC的立方体抗压强度越高,且对于不同强度的PVA-ECC,加载速率的影响趋势相同。根据试验结果得出立方体抗压强度、峰值应变与纤维体积掺量的关系、轴心抗压强度与立方体抗压强度的关系。     

混杂纤维延性水泥基材料单轴受压力学特性

针对纤维增强延性水泥基材料(ECC)在高强度等级下的抗压韧性退化问题,在传统ECC体系中附加微细钢纤维,制备混杂聚乙烯醇(PVA)-钢纤维增强延性水泥基材料.通过圆柱体抗压试验研究混杂纤维延性水泥基材料的单轴受压力学特性.结果表明:随着钢纤维掺量的增加,材料受压应力-应变曲线的上升段斜率呈增大趋势,而曲线下降段逐渐平缓,残余应力水平显著提升;混杂纤维延性水泥基材料的单轴抗压强度、弹性模量和峰值应变随钢纤维掺量增加小幅提升,而材料抗压韧性指标的提升效果较为显著;PVA纤维与钢纤维混杂在改善ECC抗压韧性方面具有独特优势,实现了高强ECC的抗压韧性.     

沙漠砂PVA-ECC材料力学性能试验研究

PVA纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)具有韧性高、吸能能力强、高耐久性和不易发生脆性破坏等优点,但其材料中的细砂采用的是最大粒径1.18mm的精细河砂,用砂量较大、成本较高,且不利于水土保持和环境保护。以沙漠砂部分替代PVA-ECC中的天然河砂,提出沙漠砂PVA-ECC,以水胶比、粉煤灰掺量、PVA纤维掺量、沙漠砂替代量4个因素设计了四因素四水平的正交试验,通过对沙漠砂PVA-ECC 7d,28d的抗压性能、抗劈裂性能和抗折性能进行极差和方差分析,确定了沙漠砂PVA-ECC的最优配合比。结果表明:水胶比、粉煤灰掺量是影响沙漠砂PVA-ECC抗压强度的最显著因素,沙漠砂的替代量对PVA-ECC的抗压强度、抗劈裂强度和抗折强度影响较小。     

考虑多参数影响的水泥基复合材料单轴抗压性能试验研究

考虑聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol,PVA)纤维含量、水胶比、砂胶比、尺寸效应、形状效应等参数的影响,对10组工程用水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,ECC)试件进行单轴抗压试验,探究了各参数对ECC单轴抗压强度、弹性模量、泊松比、应力-应变关系及抗压韧性的影响规律。结果表明:PVA纤维的掺量对ECC单轴抗压强度和弹性模量影响较小,但ECC较水泥砂浆基体的泊松比有所增加,试验得到的ECC泊松比平均值为0.26;且随着PVA掺量的提高,ECC的抗压韧性明显提高。ECC的单轴抗压强度随水胶比的减小而线性增加,但水胶比过小时会降低ECC的抗压韧性。ECC抗压试验得出合理的砂胶比为0.17;增大试件的尺寸对ECC单轴抗压强度影响较小,但可能降低其韧性;ECC棱柱体单轴抗压强度和韧性均明显低于其立方体单轴抗压强度。     

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。     

PVA-ECC受压弹性模量及泊松比试验研究

通过对20组试件进行抗压试验,研究PVA-ECC材料的弹性模量及泊松比,拟合得到弹性模量与抗压强度之间的关系;并根据试验结果,对复合材料弹性模量计算模型进行了修正,得到适用于PVA-ECC材料的弹性模量计算模型。试验结果表明:PVA纤维可以改善基材的压缩韧性,提高其极限压应变,降低基材的弹性模量,且抗压强度与弹性模量均随纤维体积率的提高而降低;而纤维体积率的变化对PVA-ECC泊松比影响不明显,试验工况下所测泊松比在0.19～0.20范围内。研究结果可为PVA-ECC材料的深入研究与工程应用提供依据。     

高延性水泥基复合材料高温作用后的拉伸性能

高温是高延性水泥基复合材料(ECC)在服役过程中可能面临的最不利工况之一,对比研究了聚乙烯醇纤维增强ECC(PVA-ECC)与钢纤维/聚乙烯醇纤维混杂增强ECC(HyECC)在常温以及200℃、400℃、600℃高温作用后的拉伸性能。研究发现,常温下利用钢纤维等量替代PVA纤维将劣化PVA-ECC的拉伸应变硬化能力。高温对PVA-ECC和HyECC的拉伸强度和拉伸韧性均有明显的劣化作用,高温作用后均已不具备拉伸应变硬化能力;PVA-ECC的拉伸强度与拉伸韧性随温度呈指数型衰减,钢纤维可以减缓HyECC拉伸强度与拉伸韧性的衰减速率;高温作用改变了PVA-ECC和HyECC的微观结构,PVA纤维在200℃时的软化以及400℃后的分解是2种ECC材料拉伸性能高温劣化的主要原因。     

高温后PVA纤维增强水泥基复合材料力学性能试验研究

对经过100℃、200℃、400℃、600℃高温处理后的聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)进行了单轴压缩试验、单轴拉伸试验、剪切试验和四点弯曲试验,对不同温度下的试验结果进行了对比分析,拟合了高温后PVA-ECC各项性能的退化曲线,并通过扫描电镜观察了微观结构。结果表明:PVA-ECC在常温下能够表现出良好的变形能力;当温度由常温升至100℃时,抗压强度大幅下降,继续升至200℃时则有一定提高;当温度超过200℃以后,抗压强度、抗拉强度和极限拉应变均降低,试件由延性破坏变为脆性破坏;常温下,PVA-ECC试件表面密实完整,经过400℃高温处理后,试件呈现出稀疏多孔结构,温度超过600℃时,试件表面呈片状、海绵状形态。     

纤维掺量对再生砖粉ECC流动性能及力学性能的影响

为更好地掌握再生砖粉超高韧性水泥基复合材料(ECC)的工作性能和力学性能,为再生砖粉ECC的研究与推广提供依据与参考,通过试验研究了不同聚乙烯醇(PVA)纤维体积掺量对再生砖粉ECC流动性能及力学性能的影响.结果表明:再生砖粉全取代石英砂会在一定程度上削弱ECC的力学性能;随着PVA纤维体积掺量在1.25％～2.0％范...     

箍筋约束ECC轴心受压性能试验研究

为研究箍筋约束工程纤维增强水泥基复合材料(ECC)的受压性能,对12组共36个箍筋约束的配筋ECC圆形截面短柱进行了轴心受压试验,分析了箍筋屈服强度和间距、ECC强度与PVA纤维体积掺量对约束ECC应力-应变曲线的影响。结果表明：试件的破坏形态均为纵筋压屈、核心ECC压碎,由于PVA纤维的桥接作用,提高了柱的整体性,保护层ECC外鼓但并未剥落;提高箍筋屈服强度、减小约束箍筋间距、采用低强度ECC及增加PVA纤维体积掺量,约束ECC应力-应变曲线的下降段较为平缓,短柱的延性得到改善,相对于较强的箍筋约束作用,PVA纤维对约束ECC变形的影响则较小。基于试验结果的分析,提出了考虑有效约束指标与PVA纤维体积掺量的箍筋约束ECC峰值应力及其对应应变计算式,建立了约束ECC应力-应变全曲线方程,计算曲线与实测曲线吻合较好。     

FRP筋-ECC梁受弯性能

为探究纤维增强复合材料筋增强高延性纤维增强水泥基复合材料梁(FRP筋-ECC梁)的受弯性能,对其正截面受弯全过程进行了理论分析和数值计算。首先,基于平截面假定和材料本构模型,获得FRP筋增强ECC梁受弯全过程截面应力分布,推导各受力阶段正截面受弯承载力计算公式; 采用MATLAB进行数值计算,对FRP筋-ECC梁受弯全过程进行分析; 将计算获得的荷载-挠度曲线与已有试验曲线对比,验证模型的正确性。然后,基于所提出的理论模型进行参数分析,分析ECC抗压强度及FRP筋配筋率对梁受弯性能的影响。最后,基于所提出的FRP筋-ECC梁延性系数计算公式,分析FRP筋配筋率及ECC抗压强度对梁延性性能的影响,并指出FRP筋-ECC梁的延性变化与梁的破坏模式有很大相关性。结果表明:ECC抗压强度和FPR筋配筋率的变化均可改变梁的破坏模式,但FRP筋配筋率的影响更大; ECC抗压强度对梁的初裂荷载、极限承载能力有较大影响; 配筋率可明显提高梁的短期刚度和极限承载力,但对梁的初裂荷载影响较小。     

应变硬化水泥基复合材料(SHCC)弯曲韧性研究

砂浆、混凝土等水泥基复合材料易于开裂、耐久性低劣的主要原因是其抗拉强度低、韧性差。高模量聚乙烯醇（PVA）纤维的添加可以增强水泥基材料的韧性，使其呈现准应变硬化和多微缝开裂特性，从而显著改善结构的耐久性。通过四点弯曲试验研究了PVA纤维体积掺量分别为0、0.75%、1.5%的抗折强度，按照ASTM方法确定了SHCC的弯曲韧度指数，通过JCI方法得到了SHCC的弯曲韧性系数。结果表明，最大抗弯承载力和最大挠度均随纤维掺量的增加而增加。结果可由纤维增强材料的应变硬化特性来解释。同时，与数值模拟结果的比较也证实了上述结论。     

An artificial neural network model on tensile behavior of hybrid steel-PVA fiber reinforced concrete containing fly ash and slag power

The tensile behavior of hybrid fiber reinforced concrete (HFRC) is important to the design of HFRC and HFRC structure. This study used an artificial neural network (ANN) model to describe the tensile behavior of HFRC. This ANN model can describe well the tensile stress-strain curve of HFRC with the consideration of 23 features of HFRC. In the model, three methods to process output features (no-processed, mid-processed, and processed) are discussed and the mid-processed method is recommended to achieve a better reproduction of the experimental data. This means the strain should be normalized while the stress doesn’t need normalization. To prepare the database of the model, both many direct tensile test results and the relevant literature data are collected. Moreover, a traditional equation-based model is also established and compared with the ANN model. The results show that the ANN model has a better prediction than the equation-based model in terms of the tensile stress-strain curve, tensile strength, and strain corresponding to tensile strength of HFRC. Finally, the sensitivity analysis of the ANN model is also performed to analyze the contribution of each input feature to the tensile strength and strain corresponding to tensile strength. The mechanical properties of plain concrete make the main contribution to the tensile strength and strain corresponding to tensile strength, while steel fibers tend to make more contributions to these two items than PVA fibers.     

钢筋活性粉末混凝土简支梁正截面受力性能试验研究

通过轴压和轴拉试验,得到了活性粉末混凝土受压和受拉应力-应变全曲线方程。通过6根钢筋活性粉末混凝土梁受弯性能试验,得到了此类梁在各级荷载作用下纯弯区段受压边缘压应变及应变沿梁高的分布,获得了试验梁的开裂弯矩和极限弯矩,考察了试验梁的变形及裂缝分布与开展。试验结果表明：钢筋活性粉末混凝土试验梁受压边缘极限压应变为5500×10-6,纯弯区段开裂应变为750×10-6,截面抵抗矩塑性影响系数计算应考虑纵向受拉钢筋的有利影响。建立了考虑截面受拉区拉应力贡献的正截面承载力计算公式和反映钢筋活性粉末混凝土梁自身受力特点的刚度及裂缝宽度计算方法,可供钢筋活性粉末混凝土梁设计时参考。图9表10参11     

基于压电主动传感技术的高温后PVA-ECC梁冲击损伤监测研究

研究了低速冲击荷载作用下具有高温损伤的聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料（PVA-ECC）梁的损伤特征,对比分析不同温度损伤与室温下的PVA-ECC梁,在同一跌落高度和落锤质量上进行了一系列的落锤低速冲击试验,模拟冲击能量对梁的影响结果。采用压电陶瓷智能骨料传感器的主动监测方法和扫频波信号,监测落锤低速冲击作用下PVA-ECC梁的裂纹产生、发展、断裂全过程与波衰减的规律。基于小波包能量法分析重复冲击试验下的PVA-ECC梁裂缝发展演化。建立了PVA-ECC梁三维有限元模型,通过有限元分析得出300 ℃高温加热后的PVA-ECC梁低速冲击裂纹开展全过程,并与实测结果进行对比。结果表明:高温损伤造成PVA-ECC梁的抗冲击性能减弱;室温下的PVA-ECC梁有一定抗冲击能力,但当温度达到PVA纤维的熔点（230 ℃）时,PVA-ECC梁中的PVA纤维消失,产生孔隙,形成素水泥砂浆梁,不具有抗冲击能力;高温损伤造成PVA-ECC丧失了高强度、韧性、耐疲劳的能力特性。