纳米SiO_2和钢纤维增强混凝土抗冻和抗裂性能

为研究纳米SiO_2和钢纤维对混凝土抗冻性能和抗裂性能的影响,通过快冻法试验测得了各组试件经冻融循环后的相对动弹性模量,并采用平板收缩试验法测得了抗裂试件单位面积的裂缝条数和开裂面积。钢纤维的体积掺量分别为0.5%,1%,1.5%,2%,2.5%,纳米SiO_2的质量掺量分别为1%,3%,5%,7%,9%。结果表明,在一定掺量范围内掺加纳米SiO_2可以提高混凝土的抗冻性能和抗裂性能,但过大掺量的纳米SiO_2会对混凝土的抗冻性和抗裂性能产生不利影响;钢纤维的掺入提高了纳米混凝土的抗冻性能和抗裂性能,随着钢纤维体积掺量的增加,抗冻试件的相对动弹性模量呈增大趋势,抗裂试件单位面积的裂缝条数和开裂面积都逐渐减小。     

纳米SiO_2和钢纤维增强混凝土的断裂韧度

通过普通混凝土、纳米混凝土和钢纤维增强纳米混凝土三点弯曲小梁试件断裂试验,探讨了纳米SiO_2质量分数、钢纤维体积分数、预切口深度对混凝土断裂参数以及荷载-挠度曲线的影响.结果表明:在一定掺量范围内,纳米SiO_2和钢纤维的掺入可以提高混凝土的断裂韧度;当纳米SiO_2质量分数小于5%时,试件断裂韧度随着纳米SiO_2质量分数的增加而逐渐增大,而当纳米SiO_2质量分数超过5%后,试件断裂韧度随纳米SiO_2质量分数增大有下降趋势;随着钢纤维体积分数的增加,试件断裂韧度逐渐增大;随着切口深度的增大,试件断裂韧度逐渐减小.     

纳米粒子和钢纤维增强混凝土抗碳化和抗渗性能

为探明纳米粒子和钢纤维对混凝土抗碳化性能和抗渗性的影响,采用混凝土渗水高度试验法测得了抗渗试件在压力水作用下的渗水高度,并对试件进行了3,7,14 d,28 d碳化试验,测得了试件相应龄期的碳化深度。纳米粒子的掺量分别为1%,3%,5%,7%,9%,钢纤维体积掺量分别为0.5%,1%,1.5%,2%,2.5%。试验结果表明:纳米SiO_2在一定掺量范围内可以提高混凝土的抗碳化性能,但过量就会对混凝土抗碳化性能产生不利影响;随着纳米SiO_2掺量的增加,混凝土的抗渗透性能先增强后降低;掺入适量钢纤维可以提高纳米混凝土的抗碳化性能,但过量的钢纤维会降低纳米混凝土的抗碳化性能;掺入钢纤维会降低纳米混凝土的抗渗性能。     

钢纤维纳米混凝土粘结强度影响因素研究

采用Losberg粘结试验和中心粘结试验,研究基体混凝土强度、纳米SiO_2掺量、钢纤维体积掺量对钢纤维纳米混凝土粘结强度的影响,并获得粘结应力-滑移曲线。结果表明:钢纤维纳米混凝土的粘结强度随着基体混凝土强度和钢纤维掺量的增大而提高;纳米Si O2掺量在0.5%~1.0%区间对钢纤维纳米混凝土的初始强度和极限强度增加作用明显。     

钢纤维增强自应力混凝土冲击功统计分析

利用摆锤试验机进行了672块简支弯曲试件的冲击试验,获得了普通混凝土、钢纤维混凝土以及钢纤维自应力混凝土试件冲击破坏的吸收功,并根据各自的耗能值对其抗冲击性能作了比较,发现体积率为1%的钢纤维对于自应力混凝土基体的增强作用强于普通混凝土基体;随着钢纤维体积率的增加,试件吸收功会出现拐点,极值出现在2%到3%之间;并通过K-S检验法和Weibull分布理论对试验结果进行了非参数统计推断,得出钢纤维体积率为0.5%的自应力混凝土试件冲击功为泊松分布而其他钢纤维体积率的自应力混凝土试件冲击功均符合Weibull分布。     

钢纤维增强自应力混凝土抗冲击性能研究

目前测定各种新型复合混凝土材料的抗冲击性能大多采用美国ACI 544规范中的落锤冲击试验。利用摆锤试验机进行了672块简支弯曲试件的冲击试验,获得了普通混凝土、钢纤维混凝土以及钢纤维自应力混凝土试件冲击破坏的吸收功,并根据各自的耗能值对其抗冲击性能作了比较,得到了体积率为1%的钢纤维自应力混凝土试件吸收功高于同体积率的钢纤维混凝土;随着钢纤维体积率的增加,试件吸收功会出现拐点,极值出现在2%到3%之间;并且试件的破坏形态逐渐从剪切破坏过渡到冲压破坏。     

钢纤维高强混凝土与钢筋的粘结性能试验研究

通过126个尺寸为150mm立方体的钢纤维高强混凝土标准试件，进行了钢筋全长粘结的拔出试验，分别量测出光圆钢筋、变形钢筋与钢纤维高强混凝土的荷载与自由端的粘结滑移关系，研究了钢纤维体积率和钢纤维类型对钢纤维高强混凝土粘结性能的影响。根据现行《钢纤维混凝上试验方法》进行的试验结果表明，钢纤维的加入对光圆钢筋与高强混凝土的极限粘结强度无显著影响；对变形钢筋与高强混凝土的极限粘结强度有一定影响，但缺乏明显的规律性。通过对试件破坏形态及试验结果的分析得出结论，现行《钢纤维混凝土试验方法》有关粘结性能的试验方法不适用于高强混凝土及钢纤维高强混凝土。     

不同类型纳米粒子改性涂层对混凝土疏水和抗冻性能的影响

选择纳米SiO_2、TiO_2和CaCO_3改性环氧树脂(ER)、氯化橡胶(CR)、醇酸磁漆(AR)3种涂料,通过接触角测试确定纳米粒子的最佳掺量,并对最佳掺量下的纳米改性涂层进行吸水率、抗冻性能测试。结果表明:纳米SiO_2的疏水性效果更好,相较于单独使用未改性的ER、CR和AR涂料的混凝土,平均吸水率降幅为43.2%。有机成膜涂料+纳米SiO_2粒子复合涂层对混凝土抗冻性能改善效果更明显,在最优纳米SiO_2掺量下,100次冻融循环后平均相对动弹性模量为82.5%,吸水率与相对动弹模量之间存在负相关关系,表现为吸水率越小抗冻性能越好。     

方钢管钢纤维再生混凝土短柱轴压性能试验研究

以钢纤维体积掺量和截面含钢率为主要变化参数,对23个方钢管钢纤维再生混凝土短柱和2个未掺加钢纤维的方钢管再生混凝土短柱试件进行了轴心受压试验。通过试验,观察了试件受力全过程和破坏形态,获取了荷载-位移曲线和荷载-应变曲线,并分析了钢纤维体积掺量、截面含钢率对其承载和变形性能的影响。结果表明:方钢管钢纤维再生混凝土短柱轴向受压破坏形态与方钢管普通混凝土构件相似,掺入钢纤维对其破坏形态几乎无影响;钢纤维的掺入对试件承载力的增益作用并不明显,当钢纤维体积掺量不超过1.5%时,试件轴压承载力较未掺加钢纤维构件有小幅提高,但当钢纤维体积掺量超过2%后,因钢纤维数量增多易出现分布不均匀而结团、混凝土界面薄弱区增多,试件承载力反而降低,且降幅随钢纤维体积掺量增大而增大;掺入钢纤维显著改善了试件延性,试件位移延性系数随钢纤维体积掺量的提高而增大;截面含钢率对试件承载性能影响明显,试件承载力和位移延性系数均随截面含钢率的增大而增大;为使试件既获得较高的承载力又具有良好的延性,建议钢纤维体积掺量取为1.0%～1.5%;利用基于统一强度理论提出的方钢管钢纤维再生混凝土短柱的轴压承载力计算公式所得结果与试验实测数据符合较好。     

钢纤维高强陶粒混凝土与钢筋的粘结性能试验研究

主要通过42个局部粘结的中心拔出试验,研究不同钢纤维体积率、不同钢筋直径和不同钢纤维长径比对钢纤维高强陶粒混凝土与钢筋粘结性能的影响;用能量吸收和等效粘结强度评价了钢纤维高强陶粒混凝土与钢筋之间的粘结韧性。试验结果表明:不掺钢纤维的高强陶粒混凝土的破坏形式为劈裂破坏,掺钢纤维的高强陶粒混凝土的破坏形式为钢筋拔出破坏;在其他条件相同的情况下,钢纤维掺量越高其极限粘结强度越高(相对于不掺钢纤维的陶粒混凝土,钢纤维体积率为0.5%,1%,1.5%时,其极限粘结强度分别提高了6.7%,13.4%,18.6%);直径为22mm的钢筋的极限粘结强度比直径为16mm的钢筋的极限粘结强度低12.3%。     

纤维混凝土与钢筋的粘结性能试验研究

主要研究高性能混凝土中添加碳纤维或碳、钢纤维混杂后对粘结性能的影响。为了便于理论分析建模,进行了棱柱体和圆柱体两类试件的粘结性能试验。对比了截面形状和箍筋形状变化对粘结强度、粘结本构的影响。试验结果表明:无论是棱柱体试件还是圆柱体试件,填加0 2 %碳纤维与0 3 %钢纤维的混杂纤维试件的粘结强度均比只添加0 2 %碳纤维的试件略大;采用同一种混凝土浇注的试件,棱柱体试件的粘结强度略高于圆柱体试件,但圆柱体试件粘结本构的下降段较平缓,箍筋发挥了较大的作用。     

盐碱-干湿条件下混凝土强度及耐久性问题研究

分析了纳米CaCO_3掺入量、盐碱浓度等因素对混凝土在盐碱-干湿循环后的强度及耐久性的影响,通过150次的干湿循环,研究了混凝土抗压强度耐蚀系数、质量损失率、相对动弹性模量等耐久性指标随干湿循环的变化规律。试验结果表明,掺入1%的纳米CaCO_3可以使28 d混凝土试件获得较高的抗压强度,盐碱-干湿循环条件下2%掺量的纳米CaCO_3混凝土试件强度下降最低。纳米CaCO_3对混凝土干湿循环中后期的耐久性有明显的提高作用,其最佳掺量为2%,掺量超过2%后则会造成耐久性指标的下降。盐碱浓度对纳米混凝土耐久性的影响随干湿循环次数的增加而增大,且相对动弹模量较质量损失率指标更易受盐碱浓度的影响。     

纳米SiO_2对混凝土抗压强度的影响作用

通过具体的试验研究不同含量的纳米SiO_2对钢纤维混凝土抗压性能的影响。结果表明掺入纳米SiO_2能提高普通混凝土和钢纤维混凝土的立方体抗压强度,特别是早期抗压强度;纳米SiO_2的能提高普通混凝土和钢纤维混凝土的轴心抗压强度。在一定含量范围内,随纳米SiO_2含量增加,立方体抗拉强度和轴心抗拉强度也相应提高。     

钢筋钢纤维混凝土剪力墙斜截面抗裂性能及裂缝宽度分析

分别对不同钢纤维体积率、相同混凝土强度等级的5个钢筋混凝土剪力墙试件及不同混凝土强度等级、相同钢纤维体积率的2个钢筋混凝土剪力墙试件,进行了受剪性能试验研究。通过在低周反复荷载作用下对钢筋钢纤维混凝土剪力墙试件的试验研究,分析了钢纤维体积率及混凝土强度对钢筋混凝土剪力墙的抗裂性能及裂缝宽度的影响规律。     

钢纤维超高性能混凝土单轴受压试验研究

通过单轴受压试验,研究试件的钢纤维体积率、形状效应以及尺寸效应对钢纤维超高性能混凝土抗压性能、破坏形态和弹性模量的影响。同时,由应变片测得了钢纤维超高性能混凝土的弹性模量等材料力学性能参数。试验结果表明:试件的钢纤维体积率、形状效应以及尺寸效应对钢纤维超高性能混凝土的抗压性能均有重要影响。其中抗压强度试验结果表明:钢纤维体积率2.0%的试件的抗压强度约为钢纤维体积率1.5%的1.5倍;高径比1的试件的抗压强度约为高径比4的1.5倍;钢纤维超高性能混凝土抗压强度尺寸效应换算系数较对照组小,表明钢纤维超高性能混凝土试件的形状效应和尺寸效应现象更为显著;弹性模量为不敏感的材料参数。     

钢纤维形状对超高性能纤维混凝土力学性能的影响

钢纤维通常加工成端部扁平(简称"端平")或端部弯起(简称"端弯")形状以增强纤维与混凝土的粘结锚固,不同纤维形状对超高性能纤维混凝土力学性能影响差异有待试验验证。对纤维体积率分别为1%、2%、2.5%和3%,端平或端弯两种钢纤维制成的超高性能纤维混凝土的性能差异进行了试验研究。试验结果表明:纤维体积率为2%时,端平纤维超高性能混凝土的工作和力学性能最佳;体积率在2%～2.5%时,端平钢纤维混凝土的抗弯强度和断裂能都优于端弯纤维混凝土;由于端弯纤维的端部锚固效果好,端弯纤维混凝土梁在超过峰值荷载后的延性好于端平纤维梁。     

冻融条件下钢纤维混凝土与老混凝土粘结面的劈拉性能

通过对105块100mm×100mm×100mm钢纤维混凝土与老混凝土立方体粘结试块快速冻融后的劈拉试验,探讨冻融循环次数、钢纤维体积率等因素对新老混凝土粘结性能的影响。结果表明,钢纤维混凝土与老混凝土粘结劈拉强度随冻融次数增加而下降、随钢纤维体积率的增加有一定程度提高。最后,建立了考虑老混凝土劈拉强度、冻融循环次数和钢纤维体积率影响的钢纤维混凝土与普通老混凝土粘结劈拉强度的计算模式。     

钢纤维陶粒混凝土轴心抗拉强度及粘结锚固性能分析

研究了钢纤维陶粒混凝土的抗拉强度、粘结锚固性能随钢纤维掺量和钢筋直径的变化规律。结果表明:随着钢纤维体积率的增加,陶粒混凝土的轴心抗拉强度逐渐提高,通过对试验数据的拟合得到轴心抗拉强度随钢纤维体积率变化的计算公式;相同钢纤维体积率下,陶粒混凝土粘结强度随钢筋直径的增大呈先提高后降低的趋势,峰值滑移量逐渐降低,钢筋直径为18 mm时,粘结强度最大;相同钢筋直径下,粘结强度随钢纤维体积率的增大而提高,峰值滑移量也逐渐增大;运用最小二乘法建立了基于轴心抗拉强度、钢纤维体积率、la/d、c/d的极限粘结强度公式;在极限粘结强度公式的基础上推导出钢筋在钢纤维陶粒混凝土中的锚固长度公式,并且钢纤维陶粒混凝土的锚固长度可按照GB 50010—2010进行设计。     

掺纳米SiO2/粉煤灰/硅灰的钢纤维混凝土力学性能及界面的研究

将纳米SiO_2、硅灰、粉煤灰掺入钢纤维混凝土中,研究二元及三元复合胶凝体系纤维混凝土的抗压抗折强度和界面黏结强度,进行XRD和SEM的微观结构分析。结果表明:掺入纳米SiO_2可以改善钢纤维混凝土早期力学性能,尤其对水泥-粉煤灰体系的增强效果更为明显;1%纳米SiO_2对钢纤维混凝土最优28 d抗压强度改善率为10.9%,抗折强度改善率为5.4%;此外,同时掺入纳米SiO_2和硅灰可以大幅度优化钢纤维混凝土的结构致密性,使界面黏结强度达到4.5 MPa、拔出能达到165.7 N·mm。     

改性聚丙烯纤维对混杂纤维混凝土抗冻性能影响

在纤维总体积率为1%的条件下,进行了混杂纤维混凝土抗冻性能试验研究。试验结果表明,掺加钢纤维和改性聚丙烯纤维能有效提高混凝土表面抗剥落能力,在一定程度上提高了混凝土的的抗冻性能。其中,掺加0.3%改性聚丙烯纤维和0.7%钢纤维的试件的抗冻性能明显优于1%钢纤维的试件及0.5%改性聚丙烯纤维和0.5%钢纤维的试件。