钢-PVA混杂纤维增强工程水泥基复合材料弯曲性能研究

为了弥补现有钢-聚乙烯醇(PVA)混杂纤维增强工程水泥基复合材料造价过高、工程应用面狭窄的缺陷,本文通过使用廉价的国产PVA纤维部分替代日产PVA纤维制备出一种新型的多元混杂纤维增强工程水泥基复合材料(MFECC)。研究MFECC材料薄板试件的弯曲性能和破坏形态,对试件的弯曲韧性和性价比进行评价,并通过SPSS软件的多元非线性回归法建立极限弯曲性能预测模型。结果表明,引入国产PVA纤维后MFECC薄板的应变硬化力学行为和多缝开裂现象相较于仅掺日产PVA纤维时有所降低,但仍具有较高的强度与延性。当钢纤维、日产PVA纤维和国产PVA纤维体积掺量分别为0.2%、0%和2.0%时,MFECC的极限拉伸应变为4.4%,抗压强度为46.39 MPa,极限抗弯挠度可达12.697 mm,性价比最高。建立的MFECC薄板试件的极限弯曲性能预测模型对试验值的拟合度良好。     

超细钢-聚丙烯混杂纤维混凝土力学性能研究

为研究超细钢-聚丙烯纤维对混凝土力学性能的影响,进行了9组超细钢-聚丙烯混杂纤维混凝土试件的立方体抗压强度和劈裂强度试验,分析了超细钢纤维、聚丙烯纤维体积掺量对混凝土力学性能的影响。结果表明:混杂纤维的掺入使混凝土的立方体抗压强度、劈裂强度及拉压比均有提高,混杂纤维混凝土破坏产生明显延性特征;超细钢纤维体积掺量对混凝土力学性能的影响最大,混凝土强度及拉压比随超细钢纤维掺量增加而增大;聚丙烯纤维体积掺量增加对混凝土力学性能的影响并非线性提高,混掺0.1%聚丙烯纤维和1.5%超细钢纤维的混凝土获得最佳力学性能,抗压强度提高19.42%,劈裂抗拉强度提高56.78%,拉压比提高30.16%。     

桥梁工程用混杂纤维混凝土力学性能研究

为了改善桥梁工程施工用混凝土的力学性能,并降低混凝土的综合使用成本,提出了以聚乙烯醇纤维和钢纤维作为混杂纤维掺入混凝土的思路,并考察了单一纤维和混杂纤维对混凝土抗压强度、抗折强度和抗拉强度的影响。试验结果表明,单一聚乙烯醇纤维或者钢纤维的掺入均能有效提高混凝土试件的力学性能,并且随着纤维掺量的不断增大,抗压强度和抗折强度均先升高后降低,存在一个最佳的纤维掺量使抗压强度和抗折强度达到最大,而抗拉强度则逐渐升高。当钢纤维的质量分数为1.0%时,改变聚乙烯醇纤维的掺量,混凝土试件的力学性能会发生变化,当聚乙烯醇纤维的质量分数同样达到1.0%时,混杂纤维对混凝土抗压强度、抗折强度和抗拉强度的提升效果较好。研究结果表明,混杂纤维的掺入能够有效改善桥梁工程用混凝土的力学性能,建议在施工过程中不断优化混杂纤维的掺量。     

玄武岩-钢纤维页岩陶粒混凝土力学性能实验研究

轻质混凝土因在保温隔热性能、抗震性能和抗渗性能方面的良好表现，在建筑施工中得到了广泛的应用。基于此，制备了页岩陶粒轻质混凝土试样，并添加了玄武岩纤维和钢纤维改善其力学性能，利用室内试验方法测试了16组不同纤维掺量混凝土的表观密度、单轴抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度，分析了页岩陶粒混凝土力学性能随纤维掺量的变化规律，给出了页岩陶粒混凝土力学性能最佳的混杂纤维掺量。研究结果表明：页岩陶粒混凝土的干表观密度随玄武岩纤维和钢纤维掺量的增大而增大，且玄武岩纤维小于钢纤维；当玄武岩和钢纤维总体积掺量在1.6%附近时，混杂纤维页岩陶粒混凝土显示出了比素混凝土更为良好的抗压强度、抗拉强度和抗折强度；由于相同条件下钢纤维对页岩陶粒混凝土力学性能的改善效果要略优于玄武岩纤维，因此在保持混杂纤维总体积掺量不变的前提下，建议钢纤维的体积掺量应略大于玄武岩纤维。     

混杂纤维对脱硫石膏基复合胶凝材料性能影响

掺加聚乙烯醇（PVA）纤维、玄武岩纤维（BF）及混杂纤维（PVA纤维与BF）对脱硫石膏基复合胶凝材料性能进行改性,研究纤维复合材料的力学性能、耐水性能及耐干湿性能;应用电镜扫描技术对复合材料的微观形貌进行观察,探讨纤维对脱硫石膏基复合胶凝材料的影响机制。结果表明：PVA纤维掺量为1.5%时复合材料力学性能较好,试样的绝干抗折强度和绝干抗压强度较空白组分别提升了92.55%和32.62%;混杂纤维掺量为0.9%时耐水性能较好,试样的抗折软化系数较空白组提升了46.60%、吸水率低至13.87%;混杂纤维掺量为0.6%时耐干湿性能较优,干湿强度系数较空白组提升了50.74%。     

PVA-铁尾矿砂混凝土抗折性能研究

为实现固废再生利用,将铁尾矿砂部分替代细骨料并掺入PVA纤维,制备出具有良好和易性的PVA-铁尾矿砂混凝土,通过标准抗折试验研究了不同铁尾矿砂替代率与PVA纤维掺量对混凝土抗折性能的影响。研究表明,PVA纤维掺量为0%和0.1%(质量分数,下同)时试件发生贯通型开裂脆性破坏,而PVA纤维掺量为0.2%和0.3%的试件破坏时裂缝宽度明显减小且未贯通。当铁尾矿砂替代率为30%、PVA纤维掺量为0.3%时,试件跨中挠度和抗折强度均达到最大值,较普通混凝土分别提高了22.04%和6.57%。当铁尾矿砂替代率超过30%时试件抗折强度和跨中挠度会显著下降。与单掺PVA纤维相比,混掺PVA纤维与铁尾矿砂的试件变形能力增强更明显。由XRD谱可知,30%铁尾矿砂替代率下试件中C-S-H凝胶与钙矾石生成量最多,能显著提高材料强度。     

纤维增强水泥基材料强度和微结构的影响因素研究

为了研究沙漠砂和PVA纤维的工程应用,采用单因素试验方案,探索了纤维长度、纤维掺量、粉煤灰掺量和砂类别等因素对纤维增强水泥基材料力学性能的影响,分析了抗压强度和劈裂抗拉强度、抗折强度之间的相关性,并利用扫描电镜和压汞仪探究材料内部结构.结果 表明,随着纤维长度的变短和纤维掺量的增加,材料的抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度均呈现增大的趋势且三者之间线性相关.随着粉煤灰掺量的增加,材料的抗压强度不断降低,劈裂抗拉强度和抗折强度先增大后降低,粉煤灰的掺入改善了纤维-水泥基体界面.与石英砂对比,使用沙漠砂制备的材料劈裂抗拉强度和抗折强度相对提高,沙漠砂由于较小的粒径造成了材料中大孔隙和中孔隙累积体积占比的增大.     

PVA纤维对超高韧性纤维水泥基改性复合材料力学性能试验

超高韧性纤维水泥基复合材料通过加入PVA纤维增强性能,通过实验方法,具体分析PVA纤维对超高韧性纤维水泥基复合材料力学性能的影响。主要分析PVA纤维类型和掺量对水泥基复合材料拉伸强度、抗压强度和弯曲强度的影响。结果表明,添加相对较多的PVA纤维时能够增强材料的阻裂增韧效果,进口的PVA纤维具有更高的拉伸强度;相比于抗拉强度,PVA纤维的类型和添加量对超高韧性纤维水泥基复合材料的抗压强度影响比较小;PVA纤维的弹性模量越大时,加入PVA纤维之后的复合材料具有更强的抗弯能力,另外PVA纤维掺量并不是越多,材料的抗弯性能越好。     

铁路隧道聚丙烯纤维喷射混凝土力学与耐久性能研究

聚丙烯纤维喷射混凝土在铁路隧道中得到了广泛的使用。因此,制备了聚丙烯纤维体积掺量分别为0、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%和0.25%的喷射混凝土;开展了不同聚丙烯纤维体积掺量和养护龄期的混凝土抗压强度、抗折强度和抗拉强度测试,不同聚丙烯纤维体积掺量的抗渗性能测试,以及不同聚丙烯体积掺量和冻融循环次数的抗冻性能测试;分析了聚丙烯纤维掺量对喷射混凝土力学与耐久性能的影响规律。研究结果表明：聚丙烯纤维的加入能够提高铁路隧道喷射混凝土的拉压比,提高其抗裂以及抗震能力,聚丙烯纤维体积掺量为0.10%～0.20%时,铁路隧道喷射混凝土的抗压和抗折性能最佳;聚丙烯纤维体积掺量由0增加至0.10%时,铁路隧道喷射混凝土的渗水高度减小幅度最大,抗渗性价比最高;铁路隧道喷射混凝土抗冻性能最佳的聚丙烯纤维体积掺量为0.15%。     

基于响应面法的混杂纤维-复合胶凝材料体系优化设计

为克服大掺量复合胶凝材料体系力学性能差的缺点，采用响应面法对混杂纤维复合胶凝材料体系进行优化，以钢纤维掺量、聚丙烯纤维掺量和脱硫石膏掺量为变量因素，以胶砂28 d抗折强度和抗压强度为评价指标，建立预测模型，并进行胶砂及混凝土试验验证。结果表明：当钢纤维体积掺量为0.4%、聚丙烯纤维体积掺量为0.116%和脱硫石膏质量掺量为8%时，复合材料的工作性能和力学性能均达到最优，28 d抗折强度和抗压强度预测值分别可达7.0和37.4 MPa;抗折强度和抗压强度的预测值和试验值相对误差仅为2.86%和1.32%,抗折强度和抗压强度试验值的标准差分别为0.148 8和1.345 9,该响应面法预测模型预测精度高，具有准确性和科学性。本研究印证了复合胶凝材料体系的优化效果，为复合材料多目标优化问题提供新的解决思路和试验依据。     

PVA纤维对混凝土干缩及抗侵蚀性能的影响研究

将长度12 mm、直径31μm的PVA纤维以不同体积掺量掺入到混凝土中,分别测试其6个养护龄期的干缩率,同时制备标准试件,在标养28 d后,将其置于浓度为30000 mg/L的硫酸钠溶液中,达到设定侵蚀龄期后,测定各组试件的抗压强度、劈裂抗拉强度,并以抗压抗蚀系数评价碱环境下PVA纤维对混凝土抗侵蚀性能的影响。研究结果表明：适量掺入PVA纤维对混凝土的干缩性能有明显提升;而在碱侵蚀环境作用下,各组试件的力学性能有不同程度的下降,相比于基准组,PVA纤维能有效提升混凝土的力学性能和抗蚀系数,且PVA纤维体积掺量为0.2%时效果最好。     

PP/PVA纤维增强硫铝酸盐水泥基快速修补材料试验研究

针对交通压力增大,公路桥梁路面易出现疲劳破坏的问题,提出以聚丙烯(PP)纤维与聚乙烯醇(PVA)纤维提升硫铝酸盐水泥基快速修补材料性能。分别探究了PP纤维与PVA纤维单掺及复掺对硫铝酸盐水泥基快速修补材料流动度、强度以及韧性的影响,并进一步研究了最优复掺比例对修补材料粘结强度及体积稳定性的影响。结果表明:单掺PP纤维对修补材料砂浆流动度影响较小,并且能显著提升抗折强度,掺入0.2%(体积分数,下同)的PP纤维流动度仅下降4%,1 d和28 d抗折强度分别达到了12.8 MPa、15.5 MPa。单掺PVA纤维会大幅减小修补材料砂浆流动度,提升抗压强度,掺入0.2%的PVA纤维流动度下降21%,1 d和28 d抗压强度分别达到了56.6 MPa、84.3 MPa。当PP和PVA纤维按3:1的比例,以0.2%的总体积掺量进行复掺时,两种纤维可以发挥协同作用使修补材料不仅可以获得良好的流动性能、强度与韧性,同时获得较好粘结强度与体积稳定性。28 d时修补材料砂浆的粘结强度达到5.6 MPa,干燥收缩率低至2.73×10^-4,可以更好地满足公路桥梁路面、伸缩缝的快速修补需求。     

不同加入方式对高温后玄武岩纤维再生混凝土力学性能的影响

试验研究了在不同玄武岩纤维体积掺量(0%、0.1%、0.15%和0.2%)、不同高温(20℃、200℃、400℃、600℃)情况下,两种不同的纤维加入方式(水泥浆包裹纤维、直接加入)对再生粗骨料混凝土(取代率为50%)的立方体抗压、劈裂抗拉强度的影响,结果表明间接加入方式下的强度比高于直接加入方式,但是变量不同,提高的幅度不同。当温度一定时,抗压强度提高幅度随纤维掺量的增加而增加,0.2%时最大,劈裂抗拉强度提高幅度则随纤维掺量的增加而减小,0.1%时最大;当掺量一定时,抗压强度提高幅度随温度的变化呈折线趋势,20~200℃时上升,200~400℃时趋于平缓,400~600℃时再上升,对于劈裂而言,20~200℃时基本不变,200℃之后提高幅度急剧下降。     

PVA-ECC材料的力学与收缩性能研究

以水泥砂浆为基体,聚乙烯醇(PVA)纤维为增强材料制备PVA-ECC材料,研究PVA纤维掺量、水胶比对其抗拉强度、抗压强度、应变-时间曲线及收缩性能的影响。结果表明:随着PVA纤维掺量的增加,PVA-ECC材料出现小幅度的收缩应变减小现象,各条应变-时间曲线基本重合。随着水胶比的降低,PVA-ECC材料的收缩均减小。水胶比对PVA-ECC材料前期的收缩影响较大,对14～28 d收缩影响较小。PVA纤维的掺入会降低PVA-ECC材料的抗压强度,可以通过减小水胶比来提高其抗压强度。且随着PVA纤维掺量的增加,试样抗拉强度呈上升趋势,即使加入少量纤维也可较大提高基材的抗拉强度。     

磁化水钢纤维再生混凝土早期强度研究

为研究磁化水和钢纤维对再生混凝土早期强度的影响,以C40强度为基准,研究分析不同磁场强度(0 mT、200 mT、260 mT、320 mT)的磁化水和不同体积掺量的钢纤维(0%、0.6%、1.2%)对再生混凝土立方体早期抗压强度和劈裂抗拉强度的影响,并对其微观结构进行观察分析。试验结果表明:钢纤维能够显著提高再生混凝土早期抗压强度和劈裂抗拉强度;磁化水对于再生混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度均有不同程度的提升,其中劈裂抗拉强度增幅较小;在0.6%钢纤维掺量和260 mT磁场强度下再生混凝土早期抗压强度增幅较为明显。     

增强纤维对超高性能混凝土改性效果及优化研究

为探索增强纤维对混凝土性能影响的规律,选用聚乙烯醇(PVA)纤维、超高相对分子质量聚乙烯(UHMWPE)纤维、玄武岩纤维和玻璃纤维增强混凝土制备超高性能混凝土(UHPC)。通过性能测试,选出UHPC改性最佳纤维——PVA纤维和UHMWPE纤维。采用Design-Expert专业实验数据分析软件,对PVA和UHMWPE混杂纤维设计进行理论模拟,针对目标纤维进行掺量优化设计,得出当12 mm长度的PVA纤维的体积分数为0.3%、6 mm长度的UHMWPE纤维的体积分数为0.9%时,目标UHPC的抗折强度、抗压强度与流动度达到最优化设计目标。     

活性粉末混凝土高温后强度退化规律试验研究

为研究活性粉末混凝土(RPC)高温后强度退化规律,对高温后RPC试件的质量损失、抗压性能和劈裂抗拉性能进行测试,并分析温度和纤维掺量对RPC强度的影响。结果表明:随着温度的升高,RPC试件的表观颜色由深逐渐变浅,质量损失率逐渐增大;而强度损失率均随着温度升高呈先减小后增大的趋势,但临界温度不同,立方体抗压强度和劈裂抗拉强度的临界温度为300 ℃,而轴心抗压强度的临界温度为200 ℃,此外,300 ℃后轴心抗压强度损失率高于立方体抗压强度,800 ℃后强度损失率均超80%,宏观强度退化的根本原因是基体微观形貌的劣化;掺有聚丙烯(PP)纤维的RPC试件高温后强度损失率相对较小,且当钢纤维掺量为2%(体积分数)时,PP纤维的最佳掺量为0.15%(体积分数)。通过回归分析,建立了RPC强度损失率与温度和PP纤维掺量间的计算公式。     

渗浆法钢纤维增强磷酸镁水泥基复合材料的力学性能

采用磷酸镁水泥(MPC)制备渗浆钢纤维增强材料(SIFCC),并与普通硅酸盐水泥(OPC)基体进行比较,研究钢纤维掺量对SIFCC抗压强度、抗弯强度、弯曲应力应变曲线和断裂韧性的影响,根据单根钢纤维拔出试验和断裂面微观形貌,分析MPC-SIFCC的增强机制。结果显示:MPC制备的SIFCC抗弯强度和断裂韧性提高显著,抗压强度在纤维掺量6%以上时提高明显;与同强度等级的OPC-SIFCC(28d)相比,MPC-SIFCC抗弯强度及断裂韧性提高幅度更大,钢纤维掺量10%的7 d抗弯强度可达77.4MPa。单根纤维拔出试验与微观形貌观察结果显示,与OPC相比,MPC与钢纤维有更高的黏结力。考虑MPC浆体在低水胶比下的良好流动性,可以认为MPC用于制备SIFCC具有较为明显的优势。     

混杂纤维增韧水泥基复合材料的静动态弯拉性能

为了掌握钢纤维-聚乙烯纤维(PE纤维)混杂对水泥基材料静动态弯拉性能的影响规律,通过三点弯拉试验和落锤冲击试验方法,研究了钢-PE纤维混杂(掺量保持体积分数2.0%不变)增韧水泥基复合材料(HFTCC)的静动态弯拉性能,分析了钢纤维与PE纤维的混杂效应以及相应的增韧机理。结果表明：HFTCC静态弯拉性能与钢-PE纤维中PE纤维掺量正相关,而动态弯拉性能与钢纤维掺量表现出较强的正相关。1.5%(体积分数) PE纤维与0.5%钢纤维混杂表现出最佳的静态弯拉峰值应力;1.5%钢纤维0.5%PE纤维表现出最佳的动态弯拉能量吸收。在静态弯拉下,钢-PE混杂纤维相较于2.0%钢纤维对HFTCC峰值强度及能量吸收提升幅度分别为26.5%～31.7%与14.8%～56.8%;HFTCC的动态强度增长因子(DIF)与能量吸收表现出明显的应变率效应。钢纤维和PE纤维适当混杂可对HFTCC发挥较好的协同增强增韧效应,从而有效提升HFTCC的静动态弯拉性能。     

钢-PVA混杂纤维水泥基复合材料抗压力学性能及经济性研究

纤维增强延性水泥基材料(ECC)造价昂贵,在实际工程应用中尚未被推广。在传统ECC体系中加入钢纤维,并按照不同体积分数(0%、25%、50%、75%、100%)将国产PVA纤维替代日产PVA纤维,制备极具性价比的钢-PVA混杂纤维增强延性水泥基材料,通过立方体轴心抗压试验研究混杂纤维延性水泥基材料的单轴受压力学性能。结果表明：随着国产PVA纤维的增加,钢-PVA混杂纤维水泥基复合材料的抗压强度先减小后增加,抗压韧性指数先增强后减弱,而峰值应变提升效果较为显著;相较于普通水泥基材料,钢-PVA混杂纤维水泥基复合材料具有更好的完整性和延性;综合材料抗压性能与材料造价,国产PVA纤维替代日产PVA纤维配制钢-PVA混杂纤维水泥基复合材料可以实现功能价值和经济价值的协同最大化。