隧道衬砌纤维混凝土力学性能与耐久性能的研究进展

随着我国基础建设的需求及隧道施工技术的突飞猛进,超长、大埋深、服役环境恶劣的隧道逐渐增多,对隧道混凝土衬砌抗渗、抗裂、耐久性等性能提出了更高的要求。纤维增强混凝土由于抗拉强度高、抗裂性能好,在隧道工程领域有广阔的应用空间。结合当前国内外隧道工程中纤维混凝土的应用情况以及现有的研究成果,综合分析了金属纤维、合成纤维、天然纤维以及纤维混杂对隧道混凝土力学性能与耐久性能的影响：金属纤维对混凝土的强度和韧性增强效果最为显著;合成纤维及天然纤维对混凝土的抗渗水性能增强效果较好;纤维混杂能取长补短发挥出“1+1>2”的增强效果,可进一步提高混凝土的力学性能与耐久性能。最后结合对当前纤维混凝土发展现状的思考,提出了隧道纤维混凝土研究与应用中存在的问题及未来的发展方向。     

珊瑚骨料混凝土力学性能及耐久性能研究

随着南海岛礁的开发和建设,混凝土骨料的来源成为急需解决的问题之一。南海诸岛的地质结构大多为珊瑚岛礁,尝试采用珊瑚骨料代替普通骨料配制岛礁用混凝土,为此问题的解决提供了可能的途径。本文基于国内外已有的珊瑚骨料混凝土研究成果,综述了珊瑚骨料的基本特性、珊瑚骨料混凝土的力学和耐久性能以及矿物掺合料和纤维对珊瑚骨料混凝土的增强性能。文末简要讨论了今后珊瑚骨料混凝土的研究方向。     

废橡胶纤维增强混凝土的制备及力学性能研究

以废橡胶纤维和硅灰的含量为变量,制备了废橡胶纤维增强混凝土。探究了单一水灰(w/c)比为0.45,不同比例废橡胶纤维(0～25%(质量分数))替换细骨料,硅灰(0,5%(质量分数))替换水泥的情况下,废橡胶纤维增强混凝土的可加工性、抗压强度、密度和弹性模量等力学性能,通过SEM和EDS分析,研究了废橡胶纤维混凝土的显微形貌及元素分布情况。结果表明,混凝土的可加工性不受废橡胶纤维添加量的明显影响;随着废橡胶纤维替换细骨料比例的提高,两种废橡胶纤维混凝土(无硅灰和硅灰5%(质量分数))的抗压强度、密度和弹性模量均逐步降低;而相比无硅灰加入的混凝土试样,加入5%(质量分数)硅灰试样的抗压强度、密度和弹性模量都有不同程度的提高,说明5%(质量分数)硅灰的掺入,加强了废橡胶与水泥基体之间的粘结,提高了混凝土的刚度,使材料更加不易发生变形,耐久性能更好。SEM和EDS分析表明,废橡胶纤维和混凝土结合并不牢固,两种材料相互之间润湿性较差,界面结合力学性能较低;废橡胶纤维含有微量的硫和锌,从而加剧了废橡胶纤维与混凝土粘结剂之间润湿性较差的问题。     

矿粉改性高性能混凝土的力学性能和耐久性能研究

以S115矿粉为掺和料,制备了矿粉改性高性能混凝土,通过XRD、SEM、复合盐溶液干湿循环测试等手段,分析了矿粉取代率对混凝土的晶格结构、微观形貌、力学性能和耐久性能的影响。结果表明,适量矿粉的掺入能够加速水泥的水化反应速率,增加网格结构的致密度,从而改善混凝土的微观形貌,提高混凝土的强度。矿粉取代率的增大会降低水泥石前期的强度,显著提高水泥石后期的强度。当矿粉取代率为50%时,养护28 d的混凝土的抗压强度和抗折强度均达到了最大值,分别为52.5和7.4 MPa。矿粉取代水泥后,混凝土在复合盐溶液的侵蚀下相对动弹性模量和质量损失率的下降趋势变得平缓,在30次干湿循环后,矿粉取代率50%的混凝土的相对动弹性模量最高为88%,质量损失率最小为1.6%,抗盐溶液侵蚀性能最佳。混凝土的腐蚀产物主要是针状结构的钙矾石和块状的石膏,这些产物存在于混凝土的孔隙和裂纹中,多次干湿循环后体积膨胀产生了内部应力,生成了深裂纹,最终撑裂混凝土,使混凝土失效。综合可知,矿粉的最佳取代率为50%。     

混杂纤维增强水泥基复合材料的力学性能

研究了化学改性聚丙烯（PP）纤维以及掺加聚丙烯纤维和芳纶纤维混杂比例和混杂效应对水泥基复合材料力学性能的影响,并构建了纤维增强水泥砂浆界面层的物理模型,描述了纤维对水泥砂浆的增强机制。实验表明,聚丙烯纤维经改性后使水泥砂浆前期抗折强度明显提高,聚丙烯纤维和芳纶纤维的混杂使水泥砂浆的后期抗折强度显著提高。改性聚丙烯纤维掺加体积分数为0.56%,芳纶纤维的体积分数为0.24%时,混杂纤维增强水泥砂浆试样较空白试样,3天、28天抗折强度分别提高了18.48%、31.17%,3天、28天抗压强度分别提高了7.16%、5.19%。     

C—P混杂纤维增强混凝土弯曲疲劳性能的试验研究

本文对Ｃ－Ｐ混杂纤维增强混凝土（ＨｙｂｒｉｄＦｉｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＣｏｎｃｒｅｔｅ－ＨＦＲＣ）的弯曲疲劳性能进行了试验研究，揭示了疲劳寿命，疲劳强度随纤维掺量的变化规律，建立了Ｃ－ＰＨＦＲＣ材料的疲劳方程，研究表明，混杂纤维的加入可以大大改善混型土材料的弯曲疲劳性能。     

混杂纤维混凝土的研究进展

本文从纤维混凝土增强机理、纤维的混杂效应、混杂纤维混凝土力学性能、混杂纤维混凝土耐久性能及高温后混杂纤维混凝土力学性能五个方面,对国内外的混杂纤维混凝土研究现状进行了总结。最后,提出了当前研究存在的问题和有待进一步努力的方向。     

混杂纤维复合材料的静态力学性能（II）

本文对混杂纤维复合材料领域的研究工作进行了评述，第一部分发已经介绍了拉伸和弯曲性能，这里着重阐述连续纤维混杂复合材料的弯曲和剪切性能及其评估模式。     

纤维种类和长度对混凝土力学强度和耐久性能的影响研究

纤维掺入混凝土会改变混凝土的孔隙结构和空隙率,影响混凝土的耐久性能。为研究不同纤维种类对混凝土力学性能和抗渗性能、抗冻性能的影响,该文选取3种长度（11.5 mm、16 mm和20 mm）的聚丙烯纤维、3种长度（11 mm、15 mm和20 mm）的聚乙烯醇纤维,通过力学试验和耐久性试验,得到以下结论 ：1）纤维的掺入提高了混凝土的抗压强度,较未掺纤维的混凝土高3.7%～11.4%。不同纤维类型和长度对抗压强度的影响较小。2）掺入纤维后,纤维混凝土的相对渗透系数较未掺纤维的普通混凝土高42.3%～186.4%。纤维长度越长,对混凝土抗渗性能的改善效果越显著。3）聚乙烯醇纤维对混凝土抗冻性改善效果优于聚丙烯纤维。     

碳纤维混杂纤维混凝土抗冲击性能研究

对比美国混凝土学会的混凝土落锤冲击试验装置,自行设计了混凝土落锤弯曲冲击试验装置,进行了不同几何尺寸及弹性模量的碳纤维、钢纤维和聚丙烯纤维混凝土的抗冲击力学性能试验研究。分析比较了不同纤维几何尺寸和弹性模量、种类和掺量对混杂纤维混凝土抗冲击性能的影响和增强机理。本文通过定义混杂效应系数,可定量评价混凝土抗冲击力学性能的正混杂效应。研究表明纤维可以明显提高混凝土的抗冲击强度,其中碳纤维混杂纤维混凝土的提高幅度更为显著。     

纤维混杂效应对混凝土复合材料的力学及耐久性能的影响

以研究混杂纤维增强混凝土复合材料的力学性能及耐久性能为出发点,利用碳纤维(CF)、钢纤维(UR)和玻璃纤维(SGF)3种纤维按照不同比例掺入混凝土中,制作了对比试件CF-1和混杂纤维混凝土试件CF-2、CF-3及CF-4.通过弯拉强度试验和弯曲韧性试验,分析了混杂纤维混凝土试件的抗折性能和抗弯性能;通过抗冻试验和抗渗试...     

混杂纤维复合材料热膨胀性能及混杂效应的研究

通过力学和热性能实验分析了混杂复合材料的混杂结构、混杂方式及界面状态与热膨胀性能的关系。给出了混杂复合材料混杂效应系数的估算公式，并进行了实验验证。分析了热效应对混杂效应的影响。发现层间和夹心混杂复合材料的热膨胀量随炭纤维相对含量的增加而减少；经过表面处理后的纤维层间混杂复合材料的热膨胀量明显大于未处理的混杂复合材料。研究结果对混杂复合材料的应用有重要的意义。     

混杂比对碳纤维-玄武岩纤维混杂增强环氧树脂基复合材料弯曲性能的影响

将玄武岩纤维置于混杂铺层的压缩侧,研究了碳纤维-玄武岩纤维混杂增强环氧树脂基复合材料的弯曲性能及混杂比对其弯曲性能的影响。通过对试样进行三点弯曲试验得到了材料的弯曲性能,并通过扫描电子显微镜观察材料的失效模式。与纯碳纤维增强环氧树脂基复合材料相比,当混杂比为16.7%和33.3%时,混杂复合材料的弯曲强度明显提升,弯曲强度分别提高12.4%和15.2%,但是其弯曲模量随着混杂比的提升而降低。混杂后的材料及玄武岩纤维增强环氧树脂基复合材料的失效位移都高于碳纤维增强环氧树脂基复合材料,断裂韧性明显提升。从侧面观察可以发现不同铺层在压缩侧、拉伸侧和中间层有不同的失效形式。      

铁尾矿砂再生混凝土的力学及耐久性能研究

以C30混凝土为再生粗骨料,采用铁尾矿砂取代天然河砂,制备出不同铁尾矿砂取代率(0,25%,50%,75%和100%(质量分数))的再生混凝土。研究了不同铁尾矿砂取代率对再生混凝土力学性能、微观形貌、耐久性能的影响。结果表明,随着铁尾矿砂取代率的增加,再生混凝土的抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度均表现出先增高后降低的趋势,50%(质量分数)铁尾矿砂取代率的再生混凝土力学性能最佳;掺入适量的铁尾矿砂能够填充再生混凝土骨料之间的裂缝和孔隙,提高再生混凝土的结构致密性,改善混凝土的微观结构;50%(质量分数)铁尾矿砂取代率的再生混凝土在碳化处理28 d后的碳化深度最低为4.1 mm,抗碳化性能最优;冻融循环80次后,50%(质量分数)铁尾矿砂取代率的再生混凝土的相对动弹性模量最大为94.53%,质量损失率最低为-0.11%,抗冻性能最佳。综合可知,当铁尾矿砂的取代率为50%(质量分数)时,可以有效改善再生混凝土的力学性能、微观形貌和耐久性能。     

纤维复合材料及其混杂结构的冲击性能研究

本文用仪器化冲击试验机研究了纤维复合材料及其混杂结构的冲击性能，分析了碳纤维，玻璃纤维复合材料在冲击载荷下的能量性质（含冲击能和韧性指数）及断裂特性，引入了动弯曲强度σd来评定复合材料在Charpy冲击试验中的强度性能，并与以往加载方式相近的三点弯曲试验结果作了比较。     

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。     

短纤维混杂增强PP复合泡沫材料的力学性能

将助剂预混与二次挤出工艺相结合制备含短纤维预发泡粒料, 并用型内二次发泡工艺制备了短炭纤维(SCF)、 短玻璃纤维(SGF)混杂增强聚丙烯(PP)复合泡沫材料。研究了在纤维总质量分数不变时, SCF与SGF的相对含量、 增强纤维与PP的界面性能及泡沫体的表观密度对PP复合泡沫材料的发泡效果和力学性能的影响。结果表明: SGF和SCF的同时加入能够改善PP的高温熔体强度, 获得孔径较小且均一的类球形的闭孔PP泡沫体。SGF和SCF混杂增强提高了PP复合泡沫材料的强度和模量, 且增强效果高于单一纤维, 当纤维总质量分数为15%, 且SGF ∶SCF为1 ∶1时(质量比), PP复合泡沫材料的抗弯强度和抗压强度最高, 而SGF ∶SCF为3 ∶1时, PP泡沫复合材料的冲击韧性和压缩模量达到最大值 。泡沫体的表观密度对PP复合泡沫材料的冲击韧性和抗压强度影响显著, 当表观密度从0.32g/cm3增至0.45g/cm3时, 冲击韧性和抗压强度分别从4.29kJ/m2和6.57MPa 提高到17.87kJ/m2和20.57MPa。      

纳米SiO2/玄武岩纤维增强环氧树脂复合材料的制备和耐久性能研究

首先,利用上浆法,将改性纳米SiO2与玄武岩纤维复合;然后利用手工铺料法,制备了纳米SiO2/玄武岩纤维增强环氧树脂层状复合材料(S-BF/EP).利用SEM对改性玄武岩纤维和玄武岩纤维/环氧树脂层状复合材料的表面形貌和界面形貌进行了研究;利用FT-IR、TGA和万能力学试验机对复合材料的分子结构、热解性能和耐久性能进...