自密实PVA-ECC早期开裂性能试验研究

为研究纤维体积掺量对自密实聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(自密实PVA-ECC)早期抗裂性能的影响,基于分形理论分析了自密实PVA-ECC表面裂缝的分布特性,提出了约束状态下裂缝扩展模型。结果表明:掺入纤维使得自密实PVA-ECC试件表面裂缝更少、短、细,可有效抑制其表面早期裂缝的产生和扩展;掺0.1%纤维试件表面最大裂缝宽度及总开裂面积较未掺纤维试件分别降低28.41%、28.61%,纤维掺量增至0.4%时,试件表面无可见裂缝;自密实PVA-ECC试件表面早期裂缝分布具有分形特征;所提出的裂缝扩展模型能很好地预测自密实PVA-ECC早期收缩开裂规律,计算误差不超过6%。     

混杂纤维自密实混凝土早期开裂模拟分析

自密实混凝土水胶比较低,自由水分较少,如配制不当比普通混凝土更易发生早期开裂。本文利用有限元法建立了纤维自密实混凝土早期开裂新型平板法模型,研究了自密实混凝土随纤维种类、掺量的改变其早期抗裂性能变化的规律,结果表明:钢纤维对自密实混凝土早期开裂有一定影响,尤其当体积掺量超过1.5%后其抗裂性能得到了很大程度的提高;钢纤维与聚丙烯腈纤维共同作用也会影响自密实混凝土的早期开裂,在钢纤维掺量为0.8%情况下当聚丙烯腈纤维掺量在0.9kg/m3~1.5kg/m3范围内其抗裂性能提高得最为显著。     

SMA/PVA混杂纤维增强水泥基复合材料拉伸性能

为研究形状记忆合金（SMA）/聚乙烯醇（PVA）混杂纤维增强水泥基复合材料（SMA/PVA-ECC）的拉伸性能,开展单轴拉伸试验,分析了SMA/PVA-ECC试件的破坏现象、应力-应变曲线及特征参数,比较了SMA纤维掺量及其直径对试件拉伸性能的影响.结果表明：SMA/PVA-ECC试件卸载后残余裂缝宽度显著减小;SMA纤维掺量及其直径对试件拉伸性能影响显著,当SMA纤维直径为0.2 mm、掺量为0.2%时,试件综合拉伸性能最好,其初裂强度、极限拉伸应力及应变较工程水泥基复合材料（ECC）试件分别提高56.4%、23.6%及13.4%.     

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。     

PVA-ECC徐变性能试验研究

基于7组聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)试件的轴心受压徐变试验,研究了不同纤维掺量和加荷龄期条件下PVA-ECC的徐变性能.结果表明:在试验掺量范围内,纤维掺量越大,PVA-ECC的徐变能力越大;PVA-ECC的徐变随加荷龄期的延长而降低,晚龄期加载试件的徐变小于早龄期加载试件.结合已有混凝土徐变计算模型和本文试验结果,提出了估算PVA-ECC徐变的2种模型,其计算值与试验值吻合较好.     

矿物掺合料对PVA-ECC性能的影响

研究了单掺粉煤灰和复掺粉煤灰与硅灰代替部分水泥对PVA-ECC试件力学性能、裂缝宽度及抗渗性能的影响。结果表明,单掺粉煤灰会导致PVA-ECC试件强度下降,但可显著增加其韧性。复掺粉煤灰与硅灰时,PVA-ECC试件表现出优异的应变硬化特性以及多缝开裂现象,力学性能得到提升,基体均匀性增加,抗渗性能得到改善,最大提升了约33%。试验得到了具有良好性能的粉煤灰-硅灰-水泥三元体系PVA-ECC试件,其极限拉伸应变达到2.07%,抗压强度达到42.6 MPa,裂缝宽度较小且分布均匀,渗透系数仅为2.136×10-~(11)m/s,抗渗性能较优。     

纳米黏土水泥砂浆开裂性能试验研究

为了研究纳米黏土对水泥基材料抗裂性能的影响规律,分别考虑2种粒径纳米偏高岭土(NMK)和2种粒径纳米凹凸棒石黏土(NMA),利用平板刀口约束试验,研究了纳米黏土水泥砂浆(NCM)早期开裂过程,基于分形理论揭示了NCM表面裂缝的分布特性,给出了NCM最大裂缝宽度的计算方法。研究结果表明:纳米黏土导致水泥砂浆起裂时刻提前16～18 h,NMA试件起裂时刻较NMK试件提前2～4 h,纳米黏土粒径越小,试件起裂时刻越早;然而,纳米黏土有效地抑制了砂浆裂缝的扩展,NCM表面裂缝细而疏,粒径较大NMK、NMA砂浆表面单位开裂面积较普通水泥砂浆试件分别降低99.7%、72.3%(3 d)和78.8%、50.8%(28 d);NCM表面裂缝分布具有分形特征,其表面裂缝分形维数较普通水泥砂浆小,纳米黏土粒径越大,裂缝分形维数越小;建立了裂缝分形维数与NCM弹性模量和收缩拉应力之间的定量关系;与试验结果相比,NCM最大裂缝宽度理论计算值误差不超过11.1%。     

钢纤维混凝土抗弯性能及断面处纤维分布规律研究

通过对5组钢纤维自密实混凝土的抗弯性能试验,对其抗弯性能进行分析,采用新方法统计和分析钢纤维自密实混凝土试件断面纤维的分布规律,对比钢纤维自密实混凝土力学性能与纤维分布的关系。研究结果表明:钢纤维掺量越大或纤维长度越长,抗弯性能和弯曲韧性越好;纤维掺量越多,在混凝土中纤维根数越多,断面处纤维分布越均匀;钢纤维掺量、钢纤维在试件断面处分布的均匀程度、根数及钢纤维外露长度与角度的不同,影响钢纤维自密实混凝土试件的抗弯强度与弯曲韧性。     

剑麻纤维自密实轻骨料混凝土梁裂缝宽度试验研究

通过对强度等级为C40的剑麻纤维自密实轻骨料混凝土梁进行抗弯性能试验,研究了剑麻纤维的掺量和配筋率对自密实轻骨料混凝土梁的裂缝形态、裂缝间距和裂缝宽度的影响,通过最大裂缝宽度计算公式进行了理论分析。试验结果表明,与未掺加纤维的混凝土试块和试验梁相比,剑麻纤维掺量为1 kg/m~3、2 kg/m~3和3 kg/m~3时混凝土试块的劈裂抗拉强度提高6.57%、23.87%、31.49%,试验梁的开裂荷载提高了0、12.5%和35%;掺加剑麻纤维可有效限制裂缝的产生和发展,并改善裂缝形态,与未掺剑麻纤维的试验梁相比,掺加1 kg/m~3、2 kg/m~3和3 kg/m~3的剑麻纤维可使自密实轻骨料混凝土梁最大裂缝宽度减小5%、12%和27%。     

自密实清水混凝土的早龄期抗裂性能研究

自密实清水混凝土结合了自密实混凝土和清水混凝土的优点,具有广阔的应用前景。但由于直接暴露于环境中,开裂不仅影响美观,更直接引起耐久性问题。采用平板诱导开裂试验,以粉煤灰掺量及纤维掺量为主要参数,通过试验研究自密实清水混凝土开裂性能。结果表明,粉煤灰掺量在15%~30%范围内,随粉煤灰掺量增加,自密实清水混凝土的抗裂性能提高;玄武岩纤维在1.0~1.6kg/m~3掺量内对混凝土的开裂时间影响较小,但随纤维掺量的增加,自密实清水混凝土的抗裂性能显著提高。玄武岩纤维掺量为1.6kg/m~3时,其开裂面积仅为未掺的40.7%。     

纤维对水泥混凝土早期塑性开裂性能及抗冲击性能的影响

依据现行标准,对不同纤维掺量的改性纤维水泥混凝土试件进行了早期收缩开裂试验.结果表明,纤维的加入可缓解和抑制水泥混凝土试件早期塑性收缩裂缝的产生和发展,减少并细化裂缝,且随纤维掺量的增加,这种效果更加明显.     

定向钢纤维增强水泥基复合材料断裂细观数值模拟

采用随机生成算法投放钢纤维,建立了随机乱向、定向钢纤维增强水泥基复合材料（SFRC、ASFRC）三点弯曲梁细观有限元数值模型,计算了不同纤维掺量下SFRC试件和ASFRC试件加载断裂的全过程,分析了三点弯曲梁开裂截面处的纤维应力,研究了定向钢纤维的细观增强机理.结果表明：SFRC试件和ASFRC试件荷载-裂缝张开口位移全曲线的模拟值与试验值符合较好,峰值荷载的误差在10%以内;SFRC试件和ASFRC试件的峰值荷载与纤维合力的最大值均随着纤维掺量的增加而增大,当纤维掺量为0.8%、1.2%、2.0%时,ASFRC试件的峰值荷载较SFRC试件提高了75%、111%、141%,纤维合力的最大值较SFRC试件增大了202%、144%、127%;定向钢纤维可以有效改善水泥基复合材料的断裂性能,显著提高钢纤维的利用率,延缓裂缝的扩展.     

粉煤灰对聚乙烯醇纤维水泥基材料弯曲性能与微观结构影响

采用3点弯曲试验,结合宏观裂缝形态与PVA纤维桥接状态,研究了不同粉煤灰掺量下聚乙烯醇纤维水泥基材料(PVA-ECC)的弯曲性能;通过分析试件断裂面处纤维表面、纤维嵌入端和纤维拉断或拔出端的扫描电镜形貌,研究了不同粉煤灰掺量下PVA纤维-基体界面微观结构特征。结果表明:不同粉煤灰掺量下PVA纤维对水泥基材料的增强增韧效果不同,高掺量下增强增韧的效果显著;随粉煤灰掺量增加,基体结构特征更均匀,裂缝处PVA纤维的桥接应力和纤维-基体界面黏结力降低,桥接裂缝的PVA纤维状态由少量纤维短距离滑动拔出转变为大量纤维长距离滑动拔出,纤维桥接裂缝的效率提高,增强增韧的作用增加。     

用巴塞罗那试验法分析混凝土中钢纤维的分布规律

为研究混凝土基体中钢纤维的空间分布情况,利用巴塞罗那(BCN)试验所推荐的局部受压法对钢纤维掺量分别为20,35,50kg/m~3的混凝土立方体试件在局部受压时的开裂后韧性进行了测试;根据钢纤维混凝土试件在不同方向上局部受压的荷载-位移全曲线,对钢纤维在试件中的分布情况进行了分析及预测,并与利用电磁感应法测得的钢纤维空间分布情况进行了对比.研究表明:在BCN立方体局部受压试验中,混凝土的开裂后韧性随着钢纤维掺量的增加而显著提高;测试方向不同时,钢纤维掺量相同的混凝土立方体试件中纤维限制裂缝扩展的作用不同,从而表现出不同的力学性能,进而可以预测不同方向上的纤维分布情况;采用BCN试验与采用电磁感应法所测得的纤维分布规律相近.     

短切玄武岩纤维桥联作用对湿喷混凝土力学性能的影响

通过抗拉、抗压及抗弯性能试验,研究了20mm短切玄武岩纤维对喷射混凝土力学性能的影响规律。结果表明,玄武岩纤维体积掺量在3kg/m~3时,玄武岩纤维混凝土的力学性能最优,抗压、抗拉、抗折强度的增幅可达33%、23%、40%,掺量再增加时力学性能下降。端钩型钢纤维掺量为20kg/m~3时对混凝土各项力学性能的增幅仅为6%~8%,其效果弱于最佳掺量的玄武岩纤维混凝土。混凝土开裂后,乱向分布的纤维会将力传递到裂缝两侧的表面,使裂缝的发展得到抑制,试件可以继续受力,玄武岩纤维的桥联作用对抑制湿喷混凝土开裂有较大的帮助。     

玄武岩纤维自密实混凝土的性能试验研究

研究了玄武岩纤维体积掺量对自密实混凝土工作性能及力学性能的影响;并以体积掺量为0.3%的钢纤维自密实混凝土抗折试验为参照对象,分析了纤维掺入对自密实混凝土韧性的影响。研究表明,在自密实混凝土中掺入玄武岩纤维会影响拌合物的工作性能,并且玄武岩纤维掺量越大,影响越明显;抗压强度随着玄武岩纤维掺量的增加而降低;玄武岩纤维的掺入限制了自密实混凝土在受压破坏过程中裂缝的开展和延伸,随玄武岩纤维掺量的增加,抗折强度提高,折压比也随之增大,玄武岩纤维起到了一定的增韧效果,但是不如钢纤维明显。     

掺玄武岩纤维自密实混凝土强度及抗冻性能试验研究

通过试验研究了玄武岩纤维掺量对自密实混凝土工作性能、强度及抗冻性能的影响。结果表明,掺入玄武岩纤维后,自密实混凝土坍落度、坍落扩展度、J环坍落扩展度均下降,混凝土流动性降低,填充性能变差,通过钢筋间隙的能力逐渐减弱;随着玄武岩纤维掺量的增加,混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度均先提高后降低,当玄武岩纤维掺量为2 kg/m3时,混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度最高;掺加适量的玄武岩纤维有利于填充混凝土内部孔隙和裂缝,提高混凝土的抗冻性能,当玄武岩纤维掺量为2 kg/m3时,混凝土的抗冻性能最佳。     

钢-聚丙烯混杂纤维锂渣混凝土早期抗裂性能试验研究

对4组不同锂渣掺量的C50混凝土进行早期抗裂性能试验和立方体抗压试验,得出锂渣掺量为20%时,单位面积上的总开裂面积最小,早期抗裂性能和28 d抗压强度均优于其他试验组。在此基础上,单掺钢纤维、聚丙烯纤维以及二者复掺进行早期抗裂试验。结果表明:在锂渣掺量20%情况下,混凝土的早期抗裂性能排序为:两者混掺单掺聚丙烯纤维单掺钢纤维不掺纤维。其中,聚丙烯纤维掺量为1.8 kg/m~3的混杂纤维试件24 h内均未出现裂缝。     

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。     

聚丙烯纤维砂浆拉伸试验及三维分形破裂面分析

运用分形理论及递归算法编制VB程序,随机构造出纤维砂浆拉伸试件三维分形破裂面进行分析。结果表明,聚丙烯纤维水泥基材拉伸承载力由水泥基材三维破裂面正截面承载力、水泥基材三维破裂面拉力方向截面承载力以及聚丙烯纤维-水泥基材粘结力三部分构成,较未掺纤维试件仅有水泥基材正截面承载力有所提高。采用所提出的三维分形破裂面的分析方法随机统计分析了聚丙烯纤维砂浆试件的直接拉伸承载力,与试验值相差在5%以内。因此,水泥基材中大量乱向分布的低弹性模量纤维能够阻碍裂缝的扩展,形成更为复杂的破裂面,提高了纤维水泥基材的抗拉强度。