基于数字图像相关技术的混杂纤维混凝土动态抗拉性能试验研究

为研究不同纤维混杂比例下的钢-聚丙烯纤维混凝土(SPFRC)的动态抗拉性能，对六组不同纤维混杂比例的混凝土试件进行动态巴西劈裂试验，借助高速摄像仪和数字图像相关技术(DIC)对各组试样动态拉伸断裂过程进行记录和分析。研究表明：试件的应力时程曲线可以划分为缓速增长、快速增长、稳定、衰减和二次增长五个阶段，相较于素水泥砂浆试件，纤维混凝土试件在应力率二次增长后出现显著的稳定波动平台，纤维混凝土试件的动态拉伸破坏过程具有显著的延性特征；在总纤维掺量保持2%不变的条件下，混杂1%钢纤维与1%聚丙烯纤维的试件具有较优的动态抗拉强度和耗能能力；添加纤维可以减弱试件中心处的拉应变集中现象，混杂1.5%聚丙烯纤维和0.5%钢纤维的试件具有较优的开裂控制能力，平均开裂应变较素水泥砂浆试件提高了2.94倍。     

冲击荷载作用下混杂纤维混凝土能量耗散与破碎分形研究

为了研究聚丙烯纤维含量和长径比对混凝土劈裂强度以及分形维数的影响，首先通过在含钢混凝土中添加不同含量和长径比的聚丙烯纤维制作混杂纤维混凝土试样，再利用分离式霍普金森压杆对试样进行高应变率动态劈裂力学试验。实验以相同冲击气压(0.2 MPa)对直径65 mm,高35 mm的10组试件进行测试。研究结果表明：聚丙烯纤维体积掺量为0.05%、0.1%时，长径比在3 000～9 000区间，混杂纤维混凝土的动态劈裂强度与能耗随掺量和长径比的增加有明显上升；在掺量为0.15%时，混杂纤维混凝土的动态劈裂强度与能耗均有所降低。各实验组中混杂纤维混凝土的分形维数均在2.3～2.6之间且小于普通混凝土，说明混杂纤维的添加可使混凝土的韧性、阻裂性能提升。     

混杂纤维增强混凝土材料的力学性能和耐久性能研究

采用聚丙烯纤维和碳纤维掺杂的方法制备了单纤维和混杂纤维增强混凝土材料.利用电子万能试验机对单纤维和混杂纤维增强混凝土材料样品进行了抗弯强度和劈裂抗拉强度试验;采用扫描电子显微镜(SEM)对样品的拉伸断口形貌进行了观察;采用NEL扩散试验测试了样品的氯离子扩散系数.结果表明,混杂纤维增强混凝土材料HFRC-B的抗弯性能、...     

纤维混凝土抗冻性能研究

为研究冻融循环条件下纤维混凝土抗冻性能,采取快速冻融试验对不同掺加方式下钢纤维、聚丙烯纤维混凝土性能进行研究。并通过SEM分析了其微观结构。试验结果表明,在纤维掺量固定时,不同纤维掺加方式的混凝土性能有显著不同。随冻融循环次数的增加,其质量损失、动弹性模量、抗压、抗折强度都有显著不同变化,混杂纤维混凝土性能较单一纤维混凝土好,层布式纤维混凝土性能较整体式纤维混凝土好。     

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。     

聚丙烯-钢纤维增强高强混凝土高温性能

通过对聚丙烯-钢纤维增强高强混凝土(混杂纤维/高强混凝土)试块的高温试验, 研究不同目标温度后混凝土表观特征、高温爆裂、质量损失及力学性能。结果表明: 高强混凝土在600 ℃时发生爆裂, 混杂纤维/高强混凝土直至800 ℃未出现爆裂, 混杂纤维有效抑制了高强混凝土的高温爆裂。混杂纤维/高强混凝土的质量损失随所受温度的升高而增大, 其抗压强度、抗折强度随温度的升高而降低, 并且400 ℃以后显著降低。相同温度下, 混杂纤维的加入提高了高强混凝土高温后强度。通过对试验结果的统计分析, 分别建立了混杂纤维混凝土质量损失、抗压强度和抗折强度随温度变化的关系式。     

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土轴心受拉应力-应变关系研究

既有研究表明,在混凝土基体中同时加入钢(S)纤维和聚乙烯醇(PVA)纤维,形成S-PVA混杂纤维混凝土,可以显著提升混凝土的综合性能。在此基础上,依据钢纤维、PVA纤维长度和掺量的不同,设计了17组试验组,完成了单轴受力全过程试验。根据试验结果,定量分析了钢纤维、PVA纤维对于改善混凝土弹性模量、材料韧性、抗拉抗压强度及其峰值应变的影响;提出了实用的S-PVA混杂纤维混凝土单轴受拉和受压应力-应变曲线数学表达式。提出的计算公式与试验结果吻合较好,可以为混杂纤维混凝土结构的设计和非线性分析提供理论基础。     

纤维对混凝土的损伤、裂缝曲折度及裂缝恢复的影响

通过混凝土圆饼劈裂试验预制准确宽度的裂缝,研究了钢纤维（SF）、聚丙烯（PP）长纤维对荷载作用下混凝土的损伤、裂缝曲折度及裂缝恢复率的影响。使用数码显微镜（Supereyes）和Image Pro Plus图像处理软件对不同位置裂缝实际宽度进行测量。通过测量劈拉作用下穿过圆饼试件的超声波速,分析、对比了各组试件超声波速与裂缝宽度、损伤变量因子之间的关系。研究表明:纤维的桥接作用使裂缝扩展得以控制,同时提高了卸载时的裂缝恢复程度和裂缝曲折度。SF掺量为55 kg/m3的混凝土试件比SF掺量为25 kg/m3的混凝土试件,曲折度增加26.9%,混杂使用PP长纤维和SF对提高混凝土裂缝表面曲折度有显著的正混杂效应。桥接于裂缝处的SF有利于超声波的传播,减缓超声波速损失。超声波速随着裂缝宽度的增加而逐渐降低、且与裂缝之间存在较好的指数关系,可用于表征混凝土内部裂缝的扩展。      

钢-聚乙烯醇混杂纤维混凝土单轴受力应力-应变曲线研究

既有研究表明,在混凝土基体中同时加入钢(S)纤维和聚乙烯醇(PVA)纤维,形成S-PVA混杂纤维混凝土,可以显著提升混凝土的综合性能。在此基础上,依据钢纤维、PVA纤维长度和掺量的不同,设计了17组试验组,完成了单轴受力全过程试验。根据试验结果,定量分析了钢纤维、PVA纤维对于改善混凝土弹性模量、材料韧性、抗拉抗压强度及其峰值应变的影响;提出了实用的S-PVA混杂纤维混凝土单轴受拉和受压应力-应变曲线数学表达式。提出的计算公式与试验结果吻合较好,可以为混杂纤维混凝土结构的设计和非线性分析提供理论基础。     

合成纤维混凝土抗冻性与抗渗性的试验研究

文章通过对粗、细合成纤维,不同纤维体积率掺量的合成纤维混凝土试件,进行抗冻性能与抗渗性能的试验研究,获得了合成纤维混凝土抗冻性与抗渗性的有关数据,有助于加强对合成纤维混凝土耐久性的认识,为能找到一种相对性能较好的混凝土材料应用于桥梁加固,提供参考。     

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。     

结构型纤维对混凝土弯曲韧性和裂缝表面形态的影响

为了研究结构型聚丙烯纤维、结构型钢纤维及混杂纤维(包括结构型聚丙烯纤维和结构型钢纤维)对混凝土弯曲韧性及裂缝表面形态的影响,参照RILEM TC 162-TDF[10]标准进行混凝土开口梁的三点弯曲试验。利用激光扫描仪对每个试件裂缝表面形态进行信息采集。基于裂缝表面信息,计算了四种裂缝表面粗糙程度参数(即裂缝粗糙度(R_N)、分形维数(D)、z坐标正态分布的标准差(σ_z)和裂缝曲折度(τ)),并比较分析了裂缝表面粗糙程度参数与弯曲韧性参数之间的相关性。研究表明:随着纤维掺量的增多,混凝土弯曲韧性和裂缝表面粗糙程度均随之增大。与结构型聚丙烯纤维和结构型钢纤维相比,混杂纤维在提高混凝土弯曲韧性和增大混凝土裂缝表面粗糙度方面均展现出正混杂效应。与分形维数D、z坐标正态分布标准差σ_z和裂缝曲折度τ相比,裂缝粗糙度R_N与纤维增强混凝土梁弯曲韧性参数的相关性最为显著,且存在指数函数关系。基于该函数关系,可借助纤维增强混凝土梁的弯曲试验快速估测裂缝表面的粗糙程度。      

超高性能混凝土的自愈合及抗冻性能

为研究带裂服役超高性能混凝土(UHPC)的自愈合及抗冻性能，对混杂钢纤维UHPC试件预加0.05%和0.1%两种应变损伤，置于水中养护28天自愈合后进行300次冻融循环试验。通过单轴拉伸性能、裂缝特征、质量损失及超声波脉冲速率(UPV)指标综合评价UHPC的自愈合及抗冻性能，并利用扫描电子显微镜和能谱仪(SEM-EDS)分析微观结构和愈合产物。结果表明：28天水养后，预损伤0.05%试件表现出较好的自愈合性能，抗拉强度、拉伸应变和应变能均高于参照试件，表面所有裂缝全部愈合；预损伤0.1%试件的拉伸性能低于参照试件，表面最大裂缝(宽度为69μm)并未完全愈合。300次冻融循环后，两种预损伤试件的初裂强度和抗拉强度均进一步增加，而拉伸应变和应变能均有所减小。相对质量与UPV的变化趋势能够很好地反映两种预损伤试件的再水化效应。SEM-EDS结果显示：距裂缝较近部位的纤维-基体粘结更牢固；裂缝表面的愈合产物主要为Ca(OH)2和CaCO3，内侧主要为水化硅酸钙(C-S-H)凝胶。     

喷射FRP加固震损钢筋混凝土柱抗震性能试验

通过12组72件喷射纤维/树脂复合材料(FRP)试样的拉伸强度试验,研究了纤维种类、树脂基体材料、纤维体积分数、纤维混杂比及纤维长度等因素对喷射FRP拉伸强度、弹性模量和断裂伸长率等性能的影响。通过8根钢筋混凝土(RC)柱试件的拟静力试验,研究了喷射玄武岩纤维/树脂复合材料(BFRP)和混杂玄武岩-碳纤维/树脂复合材料(BF-CFRP)加固震损RC柱的抗震性能,分析了喷射FRP层厚度、纤维混杂比、柱预损程度和柱轴压比等对加固试件的极限承载力、抗侧变形能力、刚度退化特征和滞回特性的影响。结果表明:玻璃纤维与乙烯基酯树脂基体的协同工作性能最优,而玄武岩纤维具有耐久性高、延性好、与乙烯基酯树脂基体协同工作性能好等优良性能,可以作为玻璃纤维的良好替代品;玄武岩纤维混杂少量比例的碳纤维作为树脂基体增强材料,可以有效提高喷射FRP的拉伸强度和变形性能;震损RC柱经喷射FRP加固后,可以基本恢复其震损前设计极限承载力,并有效提高其延性和耗能能力。该加固方法可以对地震区已震损RC柱进行快速加固,有效防止整体结构在余震中发生倒塌等严重破坏。      

聚丙烯纤维增强混凝土干接缝的抗剪性能

为了研究聚丙烯纤维对预制节段混凝土桥梁干接缝剪切性能的影响,本试验以接缝类型、键齿数量、混凝土类型、聚丙烯纤维掺量和水平正应力大小为试验参数,对C40普通混凝土和C40聚丙烯纤维增强混凝土试件进行抗剪性能的试验研究。记录了试件开裂载荷、极限载荷和残余载荷,同时也研究了试件开裂破坏模式和规范化剪应力-竖直位移曲线的关系。试验结果表明：聚丙烯纤维有利于提高干接缝试件的开裂荷载、极限荷载以及有利于试件的塑性变形;聚丙烯纤维对阻止干接缝试件开裂能起到一定的作用,但是聚丙烯纤维不同掺量的影响规律不明显。     

钢纤维对玄武岩纤维编织网增强混凝土板双向弯曲性能的影响

为了研究钢纤维对玄武岩纤维网格布增强混凝土方板双向受弯性能的影响,借鉴欧洲EFNARC标准,利用四边简支方板试验,分别对素混凝土方板、玄武岩纤维网格布增强混凝土方板、钢纤维增强混凝土方板及钢纤维与玄武岩纤维网格布混杂增强混凝土方板的弯曲性能进行研究,同时与传统钢筋网混凝土方板的弯曲性能进行对比,分析了网格布对混凝土方板的双向增强效果,探讨了钢纤维与玄武岩纤维网格布混杂使用代替传统钢筋网的可行性。结果表明:玄武岩纤维网格布可以改善方板的内力重分布,显著提高其承载力,但是破坏时脆性特征明显;钢纤维与玄武岩纤维网格布混杂使用表现出显著的正混杂效应,方板的韧性明显提高;在正常使用极限状态下,30 kg/m3的钢纤维与玄武岩纤维网格布混杂方板的弯曲性能高于传统钢筋网混凝土方板,说明钢纤维与玄武岩纤维编织网混杂使用可以代替传统钢筋网。      

钢纤维和碳纤维的混合效应对高性能混凝土力学性能的影响

通过在混凝土基体中加入一种纤维和混合纤维,制备了高性能混凝土试件和混合纤维高性能混凝土试件.通过劈裂抗拉强度试验和落锤冲击试验,研究了单掺钢纤维、单掺碳纤维和混合纤维对高性能混凝土试件劈裂抗拉强度和抗冲击性能的影响,分析了混合效应对试件力学性能的增强作用.劈裂抗拉强度试验结果表明,只掺入碳纤维,且碳纤维掺入量为1％时,...     

混杂纤维增强水泥基复合材料弯曲韧性与纤维增强指数的定量关系

基于掺加CaCO₃晶须的混杂纤维增强水泥基复合材料梁和板四点弯曲试验,提出了确定弯曲韧性指标与纤维增强指数（S）关系的数学公式。S考虑了纤维抗拉强度和机械锚固性能对混杂纤维/水泥复合材料弯拉性能的影响,物理意义明确。公式为二次函数形式,可以反映混杂纤维体系对混杂纤维/水泥复合材料增韧效果,而通过确定二次函数极值,能对纤维配比进行优化。该数学模型对钢-合成纤维和钢-植物纤维增强水泥复合材料均有良好的适用性,且无需考虑基体（水泥砂浆或混凝土）和试件形状（梁或板）。另外,该公式不仅适用于指定挠度处弯曲韧性和等效抗弯强度表征的韧性指标,对ASTM C1018规定的弯曲韧性指标,如I₅、I₁₀、I₃₀和I₅₀等也同样适用。     

混杂纤维对大掺量矿物掺合料混凝土干燥收缩的影响

通过测定混凝土的长期干燥收缩值,研究了单掺聚丙烯(polypropylene,PP)纤维、聚酯纤维和钢纤维及其混杂技巧对大掺量矿物掺合料混凝土干燥收缩的影响.结果表明,大掺量矿物掺合料混凝土的干燥收缩比较大,纤维及混杂技巧有利于降低其干燥收缩,纤维的弹性模量越高,其抑制干燥收缩的效果越好;(0.05%PP纤维 0.05%聚酯纤维)的有机纤维混杂效果优于(0.1%PP纤维 0.7%钢纤维)和(0.1%聚酯纤维 0.7%钢纤维)的有机与无机纤维混杂;混杂纤维对混凝土干燥收缩的抑制效果与纤维之间的搭配有关.综合分析表明,(PP纤维 聚酯纤维)的二元混杂技术具有良好的工程应用价值.     

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。