基于正交试验的聚丙烯泡沫混凝土基本力学性能研究

通过正交试验，研究了聚丙烯泡沫混凝土(PPFC)的基本力学性能及应力-应变本构关系。研究表明：在试验变量范围内，增加聚丙烯纤维(PP)体积掺量(0.5%、1.0%和1.5%),PPFC试件立方体抗压、轴心抗压和劈裂抗拉强度均依次降低；增大PP长度(3、6和9 mm),PPFC试件立方体抗压、轴心抗压和劈裂抗拉强度均先增大后减小；PPFC试件立方体抗压强度随粉煤灰(FA)质量掺量(40%、45%和50%)增加先增大后减小，轴心抗压强度和劈裂抗拉强度随FA掺量增加均依次减小。基于直观分析法，可得正交试验最优配合比组合为A₁B₂C₂,即PP体积掺量为0.5%,PP长度为6 mm, FA质量掺量为45%。PPFC受压试件破坏形态均为压剪破坏，破坏裂缝主要为斜裂缝，并伴有竖向裂缝，破坏面一般为斜面破坏；劈裂受拉试件破坏形态均为劈裂破坏，破坏裂缝均为沿荷载施加方向的竖向裂缝。基于单因素变量法可得，增加PP体积掺量(0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%、0.5%和0.6%),PPFC试件立方体抗压、轴心抗压和劈裂抗拉强度均先增...     

碳纳米管增强水泥净浆的动态力学特性EI北大核心CSCD

利用分离式Hopkinson压杆(SHPB)装置对不同掺量(占水泥的质量分数)碳纳米管(CNTs)的水泥净浆试样在冲击荷载下的动力学特性展开研究,并利用扫描电子显微镜揭示了含CNTs水泥净浆的微观形貌特征。结果表明:在恒定冲击荷载下,试样的动态抗压强度、弹性模量和峰值韧度均随CNTs掺量的增加呈现出先增加后减小的趋势;CNTs掺量为0.1%时,三者达到最大值,与空白对照试样相比,其增幅分别为34.1%、70.0%和15.4%;试样的破坏程度表现出相反的变化规律,0.1%CNTs掺量的试样破碎程度最低,分形维数较空白试样减小了22.3%;适量的CNTs可改善水泥基体的孔径分布,对孔洞、裂缝进行填充与桥接,使其更加致密,但当其掺量过高极易发生团聚,降低基体的力学性能。     

碳纳米管/水泥基复合材料导电性与力敏特性研究

为改善水泥基复合材料的导电性,通过添加一定掺量的碳纳米管,制备了碳纳米管/水泥基复合材料。采用四电极伏安法和扫描电子显微镜的测试方法研究了碳纳米管的掺量对碳纳米管/水泥基复合材料的导电性和力敏特性的影响。试验结果表明,0.05%~0.5%的碳纳米管掺量处于渗流区内,此时试件的电阻率随碳纳米管掺量的增加而降低;在循环轴压应力作用下,试件的电阻率随应力的增大而减小,随应力的减小而增大,且变化曲线呈可回复近似单调的变化规律,同时试件的电阻相对变化率以及力敏灵敏度随碳纳米管掺量的增加而增大,显示出良好的力敏特性。这表明碳纳米管/水泥基复合材料的导电性与其受载过程有着密切的关联性,从而有望用于混凝土内部应力及损伤的监测。     

基于建筑施工造价管理的碳纤维复合材料开发与应用

基于建筑施工造价管理需要对建筑工程用碳纤维进行了表面改性处理,研究了碳纤维掺量和碳纤维长短对复合材料抗压强度和抗折强度的影响。结果表明,碳纤维与 SiO₂涂层改性碳纤维掺量对水泥基复合材料强度的影响趋势相同,即水泥基复合材料的抗折强度随着碳纤维掺量或者碳纤维长度增加逐渐增大,而抗压强度随碳纤维掺量增加先增大后减小,在碳纤维或 SiO₂涂层改性碳纤维掺量达到 0.6% 时取得抗压强度最大值。相同纤维掺量和相同纤维长度前提下,SiO₂涂层改性碳纤维对水泥基复合材料的改善效果优于未改性的碳纤维。涂层改性碳纤维和碳纤维增强水泥基复合材料的破坏机制都为纤维拔出破坏和断裂破坏,但是 SiO₂涂层改性碳纤维与基体的粘合力更强而造成拔出破坏更为显著。     

高温下玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土的动态压缩力学行为

为研究高温下玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土(BFRGC)的动态压缩力学行为,本文制备了纤维体积掺量为0%、0.1%、0.2%、0.3%的BFRGC试件,并对其进行了不同温度(20、200、400、600、800℃)下的动态冲击试验。结果表明：BFRGC试件静态抗压强度、动态抗压强度和比能量吸收具有明显的温度强化效应和高温损伤效应,峰值应变表现出显著的温度塑化效应。BFRGC试件的静态抗压强度、动态抗压强度的温度阀值为400℃。随着温度的升高,BFRGC试件的静态抗压强度、动态抗压强度和比能量吸收均先增大后减小,峰值应变不断增大。掺加适量的玄武岩纤维可以提高常温及高温下地质聚合物混凝土的静态抗压强度和动态力学性能,且其最佳掺量为0.1%。     

不同应变率下橡胶混凝土抗压性能及能量特性研究

对四种橡胶体积掺量(0%、5%、10%、20%)的级配良好橡胶混凝土开展单轴抗压试验,对力学性能和破坏形态方面进行分析,得到了橡胶混凝土综合性能最优时的橡胶掺量,进而对最优掺量组进行不同应变率下的单轴压缩试验,并分析了不同应变率下橡胶混凝土的能量特性。试验结果表明,橡胶混凝土表现为裂而不散的类延性破坏,而非普通混凝土的脆性破坏。随着橡胶掺量的增加,抗压强度大幅降低,但变形能力得到增强,在掺量为10%时,橡胶混凝土的抗压强度达标,变形能力最好。橡胶混凝土受压时能量演化和转化过程是输入能先大量转化为弹性能并储存;接着耗散能转化率开始增加,使试件表面产生大量微裂纹;最后弹性能快速释放,耗散能转化率占比明显提高,从而导致试件整体破坏。另外随着应变率增大,橡胶混凝土的抗压强度和初始弹性模量明显提高,而峰值应变降低,同时输入总能量、弹性能与耗散能均呈现上升趋势,其中弹性能增加更明显。     

高韧性水泥基复合材料抗压强度正交试验研究

利用正交试验设计原理,对9组不同配合比的高韧性水泥基复合材料进行了抗压试验,研究了粉煤灰掺量、水胶比、砂胶比和减水剂掺量这四种因素对高韧性水泥基复合材料抗压强度的影响,并定量分析了各个因素影响的显著性.试验结果表明:各因素对抗压强度影响的主次顺序为水胶比＞粉煤灰掺量＞减水剂掺量＞砂胶比,其中水胶比对强度的影响远大于其他因素,而砂胶比的影响并不明显;抗压强度随水胶比的增大而减小,随砂胶比的增大而缓慢增加;当粉煤灰掺量或减水剂掺量增大时,抗压强度先增大后减小,粉煤灰和减水剂存在最佳掺量.     

石膏对碳硫硅钙石型硫酸盐破坏的影响

通过将内掺不同种类和不同质量分数二水石膏的水泥-石灰石粉净浆和胶砂试件在(5±1)℃的低温条件下长期浸泡,并定期观测试件外观形貌与抗压强度变化,同时对净浆试件取样进行X射线衍射和Fourier红外光谱分析,研究了石膏掺量对水泥基材料碳硫硅钙石(TSA)型硫酸盐破坏的影响及破坏机理。结果表明:当净浆试件中石膏掺量≥10%时发生了TSA型硫酸盐破坏,而石膏掺量为7.0%和3.5%的净浆试件均未发生破坏;水泥基材料中的石膏是否会引起TSA型硫酸盐破坏与水泥基材料中所用水泥的铝酸三钙含量有关。     

碳纤维-钢纤维水泥基复合材料电学性能试验研究

为优化水泥基复合材料的电学性能,以碳纤维(CF)和钢纤维(SF)为导电材料,通过抗压强度试验、交流阻抗测试、扫描电镜测试和升温试验,研究了碳纤维和钢纤维的体积掺量对水泥基复合材料抗压强度和电学性能的影响。结果表明,碳纤维-钢纤维水泥基复合材料的抗压强度随碳纤维掺量增大呈先增大后减小的趋势。碳纤维、钢纤维的渗滤阈值分别为0.35%和0.6%(均为体积分数),复掺碳纤维和钢纤维使水泥基复合材料的导电性能大幅增强,产生了明显的正向混杂效应,碳纤维和钢纤维体积掺量达到渗滤阈值后,继续增大纤维掺量对导电性能的提升作用不大。用ZSimp Win软件拟合得到等效电路各电路元件数值,并结合SEM照片分析了导电机制。碳纤维-钢纤维水泥基复合材料具有良好的电热性能,当输入功率为7.9 W,通电30 min、60 min、90 min后,其平均温度可达到33℃、43℃、50℃,通过曲线拟合得到了温度随时间变化的回归方程。     

再生粗骨料中不同聚丙烯纤维体积掺量对再生混凝土力学性能的影响

文章制备了不添加聚丙烯纤维（PPF）再生粗骨料和PPF体积掺量为0.10%、0.15%、0.20%再生粗骨料，并制作再生混凝土试件，分析再生混凝土力学性能的影响。结果表明：随着PPF体积掺量的增加，混凝土拌合物流变性降低。添加PPF的各组混凝土试件抗折破坏均为塑性破坏。随着PPF体积掺量的增加，试件抗压强度、轴心抗压强度逐渐增加，劈裂抗拉强度先降低后上升。随着PPF体积掺量的增加，试件静压弹性模量、轴压韧性指数先增大后降低，峰值应力先降低后增大。随着PPF体积掺量的增加，试件内部孔隙率、大孔径分布比例总体呈下降趋势。PPF体积掺量为0.15%，再生混凝土试件的力学性能更优。     

循环拉伸下形状记忆合金纤维增强ECC的闭缝性能研究

将不同掺量和不同直径的形状记忆合金(SMA)纤维埋入工程水泥基复合材料(ECC)制得形状记忆合金纤维增强工程水泥基复合材料(SMAF-ECC),通过单轴循环拉伸试验研究SMA纤维直径和纤维掺量对SMAF-ECC试件拉伸应力-应变关系、残余应变、裂缝宽度和裂缝恢复率的影响。结果表明：打结形SMA纤维的加入提高了ECC的极限应变和极限抗拉强度；提高纤维掺量可有效提高SMAF-ECC试件的应变和裂缝恢复率，试验所得试件的最大应变恢复率和裂缝恢复率分别达到69%和77%;纤维直径在一定范围内增长，可以提高应变和裂缝恢复率，纤维直径过小会导致恢复率减小。研究成果为新型SMAF-ECC试件的推广应用提供了理论依据。     

高延性水泥基复合材料的断裂性能分析

实验测试了不同纤维掺量下的高延性水泥基复合材料的载荷—挠度曲线,并对试件加载过程中的声发射信号进行收集,分析了试件断裂后的裂纹分布及纤维在基材中的破坏形式。结果发现:(1)当纤维体积掺量2.0%时,水泥基材的极限挠度、极限抗弯承载力分别可达20.16mm、19.47MPa;(2)高延性水泥基复合材料破坏主要来自于微裂纹的萌生、扩展以及损伤积累过程,试件从加载至完全破坏的时间为素水泥基复合材料破坏持续时间的2~5倍;(3)高延性水泥基复合材料中纤维的破坏以纤维被拔出和纤维被拉断两种模式,试件表现出明显的多缝开裂特征。     

碳纳米管添加量对生物骨水泥复合材料力学性能的影响

将采用干法球磨方法制得的碳纳米管(CNTs)加入到生物骨水泥中,形成以碳纳米管为增强相的生物骨水泥复合材料。通过对不同CNTs含量复合材料粉体的SEM观察发现,当CNTs的添加量小于0.6%时,其在基体的分散较均匀,当含量为0.8%、1.0%时,有CNTs的团聚体出现;通过对力学性能的测试发现,当CNTs的添加量少于0.6%时,随CNTs的增加强度为上升的趋势,当含量超过0.6%时,强度逐渐下降,添加量为0.6%时力学强度获得最大值,此时,抗折强度为10.48 MPa,比纯骨水泥提高58.3%,耐压强度为31.22 MPa,相应提高60.02%。     

磷酸镁水泥基材料力学性能研究

研究了分别以磷酸二氢铵和磷酸二氢钾为主要原料的磷酸盐水泥试件的抗压强度.首先测试了水灰比为0.09～0.21的水泥浆试件的抗压强度,研究水灰比对抗压强度的影响.然后,研究了镁磷比、硼砂的掺量和磷酸盐的种类对水泥抗压强度的影响.研究结果显示,磷酸盐水泥的抗压强度随着水灰比的增加先增大后降低,当水灰比为0.12时水泥的抗压强度最大.磷酸盐水泥的抗压强度随着镁磷比的增加而先增大后降低,当镁磷比为9:1时,磷酸盐水泥的抗压强度达到最高.当磷酸盐水泥的养护龄期小于7d时,磷酸盐水泥试块的抗压强度随着硼砂掺量的增加而降低,当养护龄期达到7d以上时,磷酸盐水泥试块的抗压强度随着硼砂掺量的增加而升高.掺磷酸二氢铵的水泥试件的抗压强度高于掺磷酸二氢钾的水泥试件的抗压强度.     

高温后再生保温混凝土抗压以及变形性能研究

制备了不同再生骨料掺量的保温混凝土试件,进行了100℃~700℃的高温试验,测试了混凝土试件高温后的质量损失率和单轴抗压强度,分析了试件的受压破坏过程和变形性能随再生骨料取代率和试验温度的变化规律。研究结果表明:(1)在相同温度下,混凝土的质量损失率随再生骨料取代率的升高而增大;(2)混凝土试件在小于300℃时表现为脆性特征,在大于500℃后表现为塑性特征;(3)混凝土的峰值抗压强度随温度的增大而减小,随再生骨料取代率的升高而先增大后减小;(4)混凝土的峰值应变随温度和再生骨料取代率的增大而增大。     

纤维对再生砖混ECC力学性能及微观结构的影响

为促进不同粒径再生砖混骨料的多元化利用，本试验采用再生砖混细骨料完全代替石英砂，采用不同掺量聚丙烯纤维制备再生砖混工程水泥基复合材料(ECC),研究其受力破坏特征、强度影响机理及微观结构对力学性能的影响。结果表明：未掺纤维的再生砖混ECC的失效模式为脆性破坏，而掺纤维的再生砖混ECC受拉时具有明显的应变硬化特征，随着纤维掺量的增加，其抗折强度、极限抗拉强度和极限拉应变持续增大，抗压强度呈先增大后减小趋势，表现出良好的延性和韧性破坏特征；再生砖混ECC的孔隙率在11.28%～13.68%,通过SEM观察，发现纤维与再生砖混ECC黏结性能较好，纤维破坏模式主要为拔出和拉断破坏，开裂后应变硬化拉伸幅度和拉伸强度低于普通ECC混凝土；新旧浆体界面黏结性能相对薄弱，破坏时微裂缝容易在界面过渡区产生和发展。     

粉煤灰对磷酸镁水泥的影响

研究了粉煤灰掺量对磷酸镁水泥凝结时间、流动度和抗压强度的影响规律,通过XRD和SEM-EDS分析了粉煤灰对磷酸镁水泥的作用机理.结果表明:随着粉煤灰掺量的增大,磷酸镁水泥的凝结时间先减小后增大,流动度先增大后减小,而抗压强度随着粉煤灰掺量的增大而降低.     

碳纳米管固井水泥复合材料抗腐蚀及力学性能研究

为解决油田地层水在固井水泥中的渗透腐蚀造成套管损坏及环空带压问题,同时优化其力学性能,以纳米材料作为水泥基材料的增强组份,掺加碳纳米管(CNTs)制备了一种碳纳米管固井水泥复合材料.通过非共价键修饰法筛选多种碳纳米管分散剂,从其分散能力和悬浮液的稳定性确定了最优分散剂;研究了碳纳米管固井水泥复合材料的抗压、抗拉力学性能,通过测试强度及孔渗特征变化来对复合材料的抗腐蚀性进行了评价.结果 表明,当碳纳米管的掺量为0.03％时,碳纳米管固井水泥复合材料可将水泥石的抗压、抗拉强度分别提高50％、30％以上,其腐蚀60 d的强度衰退和孔隙度增大率均小于5％、渗透率增大率小于1％、有效抑制了有害孔(大于0.1 μm)的产生,具有较好的抗腐蚀渗透性能.该水泥复合材料优良的抗腐蚀性、高抗压、高抗拉特性(韧性),对多级缝网压裂水平井开发具有重要的应用价值.     

氧化石墨烯沙漠砂水泥基复合材料力学性能研究

通过正交试验,分析了氧化石墨烯(GO)掺量、沙漠砂替代率、水灰比和胶砂比对GO-沙漠砂水泥基复合材料28 d的抗压强度、抗折强度和稠度值的影响趋势.在正交试验基础上,进一步揭示沙漠砂替代率和GO掺量对复合材料7d、28 d抗压强度和抗折强度的影响规律.试验研究表明:随着GO掺量的增加,水泥基复合材料抗折和抗压强度先提高后降低,且对于抗压强度增强效果略超过抗折强度.当GO掺量为0.03wt％时,GO-沙漠砂砂浆试块抗压强度和抗折强度达到最大值;随着沙漠砂替代率增加,GO-沙漠砂砂浆试块抗折和抗压强度呈现先增大后减小趋势,沙漠砂替代率为50％时,氧化石墨烯沙漠砂砂浆试块抗压强度和抗折强度均达到最大值;但沙漠砂替代率为100％时,掺量为0.03wt％的GO-全沙漠沙水泥基材料强度提升最高,且28 d抗压、抗折强度可达标准砂试块强度.通过SEM对GO增强沙漠砂水泥基复合材料微观结构进行表征,发现GO能够优化水泥水化产物的微观结构形态,并且与沙漠砂活性材料产生正相关作用,从而形成更加致密均匀的结构改善沙漠砂水泥基复合材料的宏观性能.     

碳纳米管水泥基复合材料耐久性及力学性能研究

为解决复杂环境下混凝土材料的耐久性以及力学性能等问题,以纳米材料作为水泥基材料的增强组份,添加碳纳米管(CNTs)制备了一种碳纳米管水泥基复合材料。研究了该水泥基复合材料的力学性能、流变性能,采用氯离子渗透深度来对该水泥基复合材料的耐久性能进行了评价。通过测试分析了不同碳纳米管掺量的水泥基复合材料的力学性能和耐久性,并通过SEM(扫描电镜)分析了碳纳米管水泥基复合材料的微观结构。结果表明CNTs能显著提高水泥基材料的力学性能以及耐久性,改善水泥基材料孔结构,同时能提高水泥基材料的抗氯离子渗透性能。