短切玄武岩纤维混凝土力学性能试验与分析

为了研究短切玄武岩纤维掺量变化对混凝土基本力学性能的影响,对6种不同体积掺量的短切玄武岩纤维混凝土(BFRC)分别进行立方体抗压、轴心抗压、劈裂抗拉、抗折试验;基于试验结果,通过BP(Back Propagation)神经网路强度预测模型的构建,对附加纤维掺量的混凝土进行强度训练及预测。试验实测数据表明:掺入短切玄武岩纤维对混凝土早期抗压强度的发展有着延缓作用;当纤维掺量为0.1%时,抗压强度达到峰值。随着纤维掺量的增加,劈拉强度增幅较大,抗折强度保持上升趋势。通过BP神经网络的训练及发展趋势预测,结果表明:当纤维体积掺量为0.1%时,抗压强度达到最大值;劈拉强度与抗折强度则随着纤维掺量的增加而持续增大。基于试验数据及预测结果,得出短切玄武岩纤维的最佳体积掺量。     

微胶囊-玄武岩纤维/水泥复合材料的力学性能

以水泥、玄武岩纤维和脲醛/环氧树脂微胶囊为主要材料,制备水泥基复合材料标准试样,研究纤维掺量、纤维长度、微胶囊质量分数、水灰质量比和养护龄期对复合材料抗折强度和抗压强度的影响,利用正交实验确定微胶囊-玄武岩纤维/水泥自修复复合材料力学性能的最优配比。实验结果表明：抗折强度随着纤维掺量的增加而增加,抗压强度随着纤维掺量增加而减小;随着纤维长度的增加,抗折强度略有增加,抗压强度略有降低;抗折强度随着微胶囊质量分数的增加呈现出先增加后减小的趋势,而抗压强度则呈现下降趋势;抗折强度与抗压强度随养护龄期的增加而呈增加的趋势;材料经损伤后修复,抗折强度修复率为117%,恢复率为103%,抗压强度修复率为71%,恢复率为97%。     

冻融循环作用下玄武岩纤维-矿渣粉-粉煤灰混凝土压拉强度试验与细观结构

对玄武岩纤维-矿渣粉-粉煤灰混凝土(BF-SP-FAC)进行了单轴抗压试验、劈裂抗拉试验、冻融循环试验、气孔结构测试试验和SEM分析.研究了不同冻融次数下BF-SP-FAC冻融损伤量、抗压强度、抗拉强度的变化,分析了气孔结构参数(含气量、气孔比表面积、气泡间距系数和气泡平均弦长)与BF-SP-FAC抗压强度、抗拉强度、...     

碳纳米管-碳纤维复合改性混凝土力学性能研究

碳纳米管-碳纤维复合增强体(CNTs-CF)是一种在碳纤维(CF)表面引入碳纳米管(CNTs)构筑而成的新型纤维材料。按照利用CNTs-CF作为跨尺度增强组分对混凝土进行改性的思路,制备出五种CNTs-CF体积掺量(0%、0.1%、0.2%、0.3%和0.4%)的碳纳米管-碳纤维复合改性混凝土(CCMC),测试了CCMC的抗压强度、抗折强度、折压比(抗折强度与抗压强度的比值)及破坏形态等性能指标,进而结合扫描电镜(SEM)图像,分析了CNTs-CF对混凝土基本力学性能的增效机理。结果表明：掺加适量的CNTs-CF有利于混凝土抗压强度和抗折强度的提升,并且CNTs-CF在混凝土基体中的体积掺量存在相对最佳值。与未配置CNTs-CF的普通混凝土相比,当CNTs-CF体积掺量为0.3%时,CCMC的抗压强度提高了8.79%,抗折强度提高了27.76%。在本试验的纤维掺量范围内,CCMC的折压比随CNTs-CF体积掺量的增加呈现出递增趋势,提高幅度为8.47%～19.16%。掺入CNTs-CF后,混凝土的脆性破坏特征有所减弱,在受荷失效时,其仍可保持较好的完整性,坏而不散、裂而不断。CNTs-...     

玄武岩纤维-碳纤维混杂平纹织物增强环氧树脂基复合材料的制备与力学性能

对以平纹织物为增强体的混杂纤维复合材料（HFRP）的刚度和强度进行研究。设计热压工艺并制备7组具有不同混杂比的玄武岩纤维-碳纤维（玄-碳）混杂增强环氧树脂基复合材料试样进行拉伸试验。基于平纹织物的结构特征,对传统混合定律加以修正,提出以平纹织物为增强体的HFRP刚度估算模型。基于HFRP层合板的破坏机制,提出材料仅发生一次破坏的临界混杂比,并分成三个混杂比范围给出强度估算模型。最终以体现分散度的混杂效应系数对估算结果加以修正。结果表明：计算值与试验值近似,预估模型计算所得临界混杂比与试样拉伸试验时的应力-应变曲线分析结果相符,模型可为今后的实际应用提供理论依据。本文提出的预估方法可以反应混杂比和分散度对平纹织物为增强体的HFRP强度和刚度的影响,扩展了混合定律的应用范围。     

玄武岩纤维耐碱性及对混凝土力学性能的影响

为研究玄武岩纤维的耐碱性能及其对混凝土力学性能的影响规律,试验将玄武岩纤维分别置于不同碱浓度、不同温度的溶液中浸泡 1天、3天和5天后,测量其质量损失率;并在偏光显微镜下观察腐蚀后的表面形貌;同时研究了3种不同玄武岩纤维掺量的混凝土强度性能,采用SEM观察混凝土中纤维的腐蚀情况。结果表明,随着碱溶液浓度和浸泡温度的提高,纤维的质量损失率增加,表面剥落严重。玄武岩纤维混凝土与空白样相比7天的力学性能变化不大,而养护28天的抗压、抗折强度则随纤维掺量的增加有明显的下降,电镜照片显示混凝土中纤维表面被腐蚀,混凝土强度损失可能与玄武岩纤维耐碱性能不强有关。      

玄武岩纤维粉煤灰增强陶粒混凝土力学性能试验研究

为研究玄武岩纤维（BF）、陶粒（C）和粉煤灰(FA)对玄武岩陶粒粉煤灰混凝土（BCFC）力学性能的影响,应用正交试验法开展9组BCFC抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度试验并进行极差和方差分析。结果表明：当玄武岩纤维体积率为0.3%,陶粒代石子率为8%,粉煤灰代水泥率为5%时,BCFC强度综合表现最佳;玄武岩纤维掺入混凝土中能显著提高BCFC的强度,三因素对BCFC抗折强度的增强效应最大,玄武岩纤维、陶粒和粉煤灰对BCFC抗折强度的最大提升幅度分别为34.9%、5.08%和1.94%;玄武岩纤维体积率是影响BCFC强度的特别显著性因素。对玄武岩纤维增韧BCFC机理进行分析,最后建立BCFC强度回归方程且精确度较高。     

玄武岩纤维混凝土的动态力学性能

采用Φ100 mm分离式霍普金森压杆 (SHPB) 试验装置研究了不同纤维体积掺量的玄武岩纤维混凝土在不同应变率下的冲击压缩力学性能 , 并对试验的有效性进行了分析。结果表明: 玄武岩纤维混凝土的动态强度增长因子与平均应变率的对数近似呈线性关系 , 强度与变形能力随平均应变率的提高而线性增加 , 体现了很强的应变率相关性 ; 纤维体积掺量为 0. 1 %的玄武岩纤维混凝土较素混凝土的动态抗压强度提高了 26 % , 变形能力提高了 14 %; 纤维体积掺量分别为 0. 2 %、 0. 3 %的玄武岩纤维混凝土的动态抗压强度比素混凝土高出 25 %左右 , 而变形能力较素混凝土无明显优势 ; 在玄武岩纤维混凝土的 SHPB试验中 , 试件破坏时刻为 123. 3～239.μ45 s , 近似恒应变率加载时间比例约为 62 % , 且应变率曲线的波动范围控制在 23 %左右 , 能够较好地满足应力均匀分布及恒应变率加载要求 , 表明 SHPB试验结果可靠。      

玄武岩纤维对喷射混凝土力学性能及微观结构的影响机制

通过力学性能实验研究了玄武岩纤维（BF）对玄武岩纤维/喷射混凝土（BF/SC）基本力学性能及韧性的影响规律,同时借助扫描SEM及核磁共振（NMR）实验对BF/SC的微观结构进行研究。结果表明:添加BF可以显著提高BF/SC的抗压强度、劈裂抗拉强度和抗弯强度;相较于素SC,掺量为3 kg/m3及7.5 kg/m3的BF/SC抗弯试块韧性较好,其能量吸收能力分别为素SC的2.42倍和2.69倍。BF在SC内部具有较好的分散性,与SC基体界面粘结性较好。适量BF有效地抑制了大体积孔隙的生成,其中掺量为3 kg/m3的BF/SC大孔径孔隙占比仅为0.25%,但过多BF掺入会导致纤维结团及孔隙率增加,因此在本文实验条件下纤维掺量为3 kg/m3时BF/SC性能最好。      

微胶囊层间增韧碳纤维/环氧树脂复合材料力学性能的超声导波评价

选用微胶囊作为改性材料,采用热压机层压成型工艺制备出微胶囊层间增韧T300碳纤维/环氧树脂(CF/EP)复合材料.通过双悬臂梁(DCB)Ⅰ型层间断裂试验评估了CF/EP复合材料的增韧效果.利用超声导波技术对普通CF/EP复合材料和增韧CF/EP复合材料层间力学性能进行评价.通过SEM对CF/EP复合材料层间断面微观形貌...     

玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土的高应变率力学行为

采用Φ100 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)系统研究了玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土(BFRGC)的高应变率力学行为,包括抗压强度、变形及能量吸收特性的应变率效应问题。结果表明：地质聚合物混凝土材料的高应变率力学性能呈现出显著的应变率相关性;BFRGC的强度特性相对于地质聚合物混凝土(GC)无明显改善,而变形及能量吸收能力较 GC有明显提高。     

PVA及玄武岩纤维对水泥基复合材料力学性能的影响

在水泥基复合材料中掺入适量纤维可显著改善其物理力学性能,但有机-无机混杂纤维对水泥材料性能的影响目前研究不多。进行了单掺PVA纤维、单掺玄武岩纤维以及复掺两种纤维的水泥基复合材料力学性能实验。结果表明,单掺1.6%(体积分数)的短PVA纤维时,水泥基复合材料的抗折强度降低7%、抗压强度提升31%、折压比降低24%;单掺0.3%(体积分数)的短玄武岩纤维时,水泥基复合材料的抗折强度降低8%、抗压强度提升15.7%、折压比降低20%;掺0.3%(体积分数)短玄武岩纤维和0.5%(体积分数)短PVA纤维时,水泥基复合材料的抗折强度几乎无影响,抗压强度显著提升,折压比相对减少,其综合性能最优。     

玄武岩纤维增韧混凝土冲击性能

采用三点弯曲冲击试验装置, 结合超声波测试技术, 研究了玄武岩纤维质量分数为0%～0.60%时, 玄武岩纤维增韧混凝土（Basalt Fiber Reinforced Concrete, BFRC）的冲击性能及其损伤演化规律, 研究了混凝土冲击破坏过程中基于超声波波速的损伤演化过程, 并应用体视显微镜观测了冲击过程中试件表面裂纹的发展, 分析了玄武岩纤维提高混凝土冲击韧性的机制。结果表明: 玄武岩纤维对混凝土的抗压强度无明显改善, 但可以显著提高混凝土的冲击韧性, 当纤维质量比为0.36%时冲击韧性提高了2.2倍。各玄武岩纤维掺量下混凝土的冲击破坏均表现出脆性特征, 但玄武岩纤维的加入有效提高了混凝土对冲击能量的吸收, 其临近破坏时损伤变量较素混凝土提高了40%～83%; 玄武岩纤维混凝土冲击破坏过程表现出多缝开裂的特征, 在最终破坏时主裂缝附近有明显的副裂缝出现。      

Experimental study on the mechanical properties and microstructure of chopped basalt fibre reinforced concrete

With high ductility and sufficient durability, fibre reinforced concrete (FRC) is widely used. In this study, the effects of the volume fraction and length of basalt fibre (BF) on the mechanical properties of FRC were analyzed. Coupling with the scanning electron microscope (SEM) and mercury intrusion porosimeter (MIP), the microstructure of BF concrete was studied also. The results show that adding BF significantly improves the tensile strength, flexural strength and toughness index, whereas the compressive strength shows no obvious increase. Furthermore, the length of BF presents an influence on the mechanical properties. Compared with the plain concrete, the compressive, splitting tensile and flexural strength of concrete reinforced with 12 mm BF increase by −0.18–4.68%, 14.08–24.34% and 6.30–9.58% respectively. As the BF length increasing to 22 mm, corresponding strengths increase by 0.55–5.72%, 14.96–25.51% and 7.35–10.37%, separately. A good bond between the BF and the matrix interface is observed in the early age. However, this bond shows degradation to a certain extent at 28 days. Moreover, the MIP results indicate that the concrete containing BF presents higher porosity.     

UHMWPE纤维混凝土动态压缩力学性能研究

试验研究了一种捻制超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维增强的新型纤维混凝土动态压缩力学性能。研制了4种纤维体积掺量(0.3%、0.5%、0.7%、1.0%)的C70等级纤维混凝土,采用Φ100 mm分离式霍普金森压杆进行冲击压缩试验,研究了纤维混凝土在140~255 s~(-1)应变率下的动态压缩力学性能。试验结果表明:UHMWPE纤维混凝土抗压强度、峰值应变和弹性模量具有明显的应变率敏感性;纤维混凝土抗压强度应变率敏感性弱于素混凝土,但其弹性模量应变率敏感性强于素混凝土;动态强度增长因子与应变率对数呈线性关系,具体关系与纤维掺量相关。     

Thermophysical properties of ultrafine basalt fiber

An experimental study of the dependence of the thermal conductivity of an ultrafine basalt fiber on the temperature, pressure, and density of the material is reported.Translated from Inzhenerno-Fizicheskii Zhurnal, Vol. 30, No. 4, pp. 680–685, April, 1976.     

碱侵蚀对玄武岩纤维/沥青流变性能的影响

为增强玄武岩纤维（BF）/沥青流变性能,采用1.0 mol/L及2.5 mol/L NaOH溶液对BF进行侵蚀,通过ESEM试验和FTIR试验对其表面细观形貌进行了细观观测及分析。结果表明：原样BF表面光滑,NaOH侵蚀后的BF呈现明显的NaOH产物包裹BF现象,且随着NaOH的浓度及侵蚀时间的增加,BF的-OH含量增加;通过ESEM试验、动态剪切流变仪（DSR）试验及低温弯曲流变仪（BBR）试验,研究了BF/沥青的拉拔断口形貌及流变性能。结果表明：随着BF的侵蚀程度越严重,沥青与BF粘结性能和BF/沥青流变性能越好,且得到了NaOH对BF侵蚀的最佳侵蚀时间和浓度分别为45 min和2.5 mol/L。     

稀土改性对玄武岩纤维增强氰酸酯树脂复合材料性能的影响

采用自制稀土改性剂改性玄武岩纤维（La-BF）布增强双酚A型二氰酸酯（BADCy）制备了La-BF/BADCy复合材料。采用SEM和FTIR分析了改性对BF表面产生的影响,TG分析研究了改性对BF/BADCy复合材料热稳定性的影响,使用电子万能试验机研究改性对不同质量分数的BF/BADCy弯曲性能的影响,通过阻抗分析仪分析了改性对La-BF/BADCy复合材料介电性能的影响。结果表明,改性减少了BF的表面缺陷,并引入了结晶状凸起,有利于提高BF/BADCy复合材料的界面性能;通过改性提高了BF/BADCy复合材料的热稳定性,初始分解温度提高了145℃;当BF的质量分数为12wt%时,改性使BF/BADCy复合材料弯曲模量提高到4.19 GPa,弯曲强度达到110 MPa以上。在1 MHz~3 GHz范围内,La-BF/BADCy复合材料的介电常数稳定在1.9左右。因此稀土改性是一种能够有效提高BF/BADCy复合材料弯曲性能、热稳定性及介电性能的表面改性方法。      

Enhancement of the mechanical properties of polylactic acid/basalt fiber composites via in-situ assembling silica nanospheres on the interface

A valid strategy to tailor the properties of polylactic acid for more extensive applications was introducing filler.In this work,basalt fiber assembled with in-situ SiO2 nanoparticles on the surface was successfully prepared via hydrothermal method and it was further treated with coupling agent KH-550 to improve interfacial interaction between polylactic acid(PLA)and basalt fibers(BF).It was demonstrated that the introduction of BFS could increase the crystallization of PLA and resulted in forming trans-crystallization based on TG and DSC results.The tensile strength of PLA/BF composites raised from 39 MPa to 62.5 MPa with increasing the fiber loading from 1 wt％to 10 wt％.Furthermore,the interfacial interaction could be effectively improved by assembling SiO2(especially with 250 nm in diameter)on BF surface to build mechanical locking,which could keep the PLA matrix in place during the mechanical deformation with the tensile strength value raised from 62.5 MPa to 74.0 MPa.It is noticeable that the impact and flexural properties were effectively increased with the incorporation of in-situ SiO2 nanoparticles.The further KH-550 treatment made a positive impact as well.For instance,the impact strength and flexural strength of the sample with SiO2 and KH-550 modification were improved to 22.49 kJ/m2 and 146.83 MPa and it enhanced about 42.16％and 41.04％than those of neat PLA,respectively.Therefore,an efficient enhancement of mechanical performance was achieved and this concept of assembling in-situ SiO2 on silica-based fiber as a modifier was a novel and simple path to design the interfacial construction and properties of the polymer composites.