玄武岩纤维粉煤灰增强陶粒混凝土力学性能试验研究

为研究玄武岩纤维（BF）、陶粒（C）和粉煤灰(FA)对玄武岩陶粒粉煤灰混凝土（BCFC）力学性能的影响,应用正交试验法开展9组BCFC抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度试验并进行极差和方差分析。结果表明：当玄武岩纤维体积率为0.3%,陶粒代石子率为8%,粉煤灰代水泥率为5%时,BCFC强度综合表现最佳;玄武岩纤维掺入混凝土中能显著提高BCFC的强度,三因素对BCFC抗折强度的增强效应最大,玄武岩纤维、陶粒和粉煤灰对BCFC抗折强度的最大提升幅度分别为34.9%、5.08%和1.94%;玄武岩纤维体积率是影响BCFC强度的特别显著性因素。对玄武岩纤维增韧BCFC机理进行分析,最后建立BCFC强度回归方程且精确度较高。     

高温后玄武岩纤维混凝土冲击破碎分形特征

采用Ф100 mm分离式霍普金森压杆试验系统,对高温后素混凝土(Plain Concrete,PC)及玄武岩纤维混凝土(Basalt Fiber Reinforced Concrete,BFRC)在冲击荷载作用下破碎块度分布、破碎分维及能耗特性进行研究。结果表明,冲击破坏后试件破碎块度分布为统计意义的分形,温度及弹速的升高导致试件破碎程度及分维值总体增大;BFRC分维在常温及600℃~800℃时普遍小于PC,在200℃~400℃时随弹速提高较PC先减小后增大,纤维掺量为0.2%时BFRC分维相对较大;同一温度下试件能耗密度随分维的增大而增大,相同能耗密度下分维随温度的升高而增大;BFRC分维随弹速的变化有两个临界速度特征点:起裂临界及粉碎临界弹速,在此弹速范围内,试件破碎分形演化特征明显,分维随弹速提高显著增大,且临界弹速随温度的升高逐渐下降。     

玄武岩纤维对混凝土梁抗裂性能的影响

为研究玄武岩纤维对混凝土梁抗裂性能的影响,以纤维长度及纤维体积掺率为变化参数,对纤维长度分别为12mm和30mm,纤维体积掺率分别为0.1%和0.2%的4根纤维混凝土梁和1根对比梁进行静载试验,试验中对纤维混凝土梁开裂荷载、裂缝宽度以及挠度进行监测。结果表明:与普通钢筋混凝土梁对比,玄武岩纤维混凝土梁的开裂荷载显著增大,且裂缝宽度发展更为缓慢,相同荷载作用下的裂缝宽度和跨中挠度显著减小,其主要原因是玄武岩纤维改善了混凝土梁的抗裂和阻裂性能,提高了梁的整体刚度。     

玄武岩纤维增韧混凝土冲击性能

采用三点弯曲冲击试验装置, 结合超声波测试技术, 研究了玄武岩纤维质量分数为0%～0.60%时, 玄武岩纤维增韧混凝土（Basalt Fiber Reinforced Concrete, BFRC）的冲击性能及其损伤演化规律, 研究了混凝土冲击破坏过程中基于超声波波速的损伤演化过程, 并应用体视显微镜观测了冲击过程中试件表面裂纹的发展, 分析了玄武岩纤维提高混凝土冲击韧性的机制。结果表明: 玄武岩纤维对混凝土的抗压强度无明显改善, 但可以显著提高混凝土的冲击韧性, 当纤维质量比为0.36%时冲击韧性提高了2.2倍。各玄武岩纤维掺量下混凝土的冲击破坏均表现出脆性特征, 但玄武岩纤维的加入有效提高了混凝土对冲击能量的吸收, 其临近破坏时损伤变量较素混凝土提高了40%～83%; 玄武岩纤维混凝土冲击破坏过程表现出多缝开裂的特征, 在最终破坏时主裂缝附近有明显的副裂缝出现。      

玄武岩纤维耐碱性及对混凝土力学性能的影响

为研究玄武岩纤维的耐碱性能及其对混凝土力学性能的影响规律,试验将玄武岩纤维分别置于不同碱浓度、不同温度的溶液中浸泡 1天、3天和5天后,测量其质量损失率;并在偏光显微镜下观察腐蚀后的表面形貌;同时研究了3种不同玄武岩纤维掺量的混凝土强度性能,采用SEM观察混凝土中纤维的腐蚀情况。结果表明,随着碱溶液浓度和浸泡温度的提高,纤维的质量损失率增加,表面剥落严重。玄武岩纤维混凝土与空白样相比7天的力学性能变化不大,而养护28天的抗压、抗折强度则随纤维掺量的增加有明显的下降,电镜照片显示混凝土中纤维表面被腐蚀,混凝土强度损失可能与玄武岩纤维耐碱性能不强有关。      

不同损伤源对玄武岩纤维增强混凝土孔隙结构变化特征的影响

为了研究玄武岩纤维增强混凝土在高温和力学两种损伤源下的孔隙结构变化特征,采用核磁共振(NMR)和扫描电镜(SEM)技术,观察试件T₂谱分布、孔径分布、孔洞和裂隙发育情况。结果表明,高温作用后基准混凝土、短玄武岩纤维增强混凝土、长玄武岩纤维增强混凝土均呈微孔数量不断减小、介孔数量不断增加的趋势。通过对比发现,长玄武岩纤维增强混凝土T₂谱主峰孔隙数量最多,孔径分布最大。以长玄武岩纤维增强混凝土为例,研究在高温和力学两种损伤源下玄武岩纤维增强混凝土的孔隙结构变化特征。发现弛豫时间在0.1~10 ms内高温损伤下玄武岩纤维增强混凝土的孔隙数量大于力学损伤下的孔隙数量,且随着温度升高,T₂谱主峰向右偏移,随着荷载增加,T₂谱主峰几乎不发生变化,表明温度升高更能加剧损伤,每级温度作用下新生孔径不断增大。T₂谱主峰幅值和孔径分布随温度升高不断增大,随荷载增加出现先减小后增大的现象,表明高温作用对混凝土直接构成损伤,而力学作用使混凝土先密实再产生损伤,SEM观察得到了相同的结论。      

玄武岩纤维对喷射混凝土力学性能及微观结构的影响机制

通过力学性能实验研究了玄武岩纤维（BF）对玄武岩纤维/喷射混凝土（BF/SC）基本力学性能及韧性的影响规律,同时借助扫描SEM及核磁共振（NMR）实验对BF/SC的微观结构进行研究。结果表明:添加BF可以显著提高BF/SC的抗压强度、劈裂抗拉强度和抗弯强度;相较于素SC,掺量为3 kg/m3及7.5 kg/m3的BF/SC抗弯试块韧性较好,其能量吸收能力分别为素SC的2.42倍和2.69倍。BF在SC内部具有较好的分散性,与SC基体界面粘结性较好。适量BF有效地抑制了大体积孔隙的生成,其中掺量为3 kg/m3的BF/SC大孔径孔隙占比仅为0.25%,但过多BF掺入会导致纤维结团及孔隙率增加,因此在本文实验条件下纤维掺量为3 kg/m3时BF/SC性能最好。      

玄武岩纤维对再生混凝土抗碳化性能的影响

采用快速碳化的方法研究了玄武岩纤维(BF)掺量和再生粗骨料(RCA)取代率对再生混凝土(RAC)抗碳化性能的影响,实测了3天、7天、14天、28天的碳化深度,对随碳化天数的增加,碳化深度与BF掺量、RCA取代率之间的关系进行了分析.结果表明,RAC的碳化与天然混凝土(NAC)类似,其碳化深度均随碳化天数的增加而增加,随...     

基于分形理论分析裂缝形态对纤维/混凝土渗透性的影响

分形维数可以表征裂缝形态,能够用来分析混凝土裂缝断面的粗糙程度。裂缝形态对开裂混凝土的渗透性有重要影响,为研究这种影响,利用劈裂试验获得不同宽度的裂缝,使用不同的纤维种类,并设置多种纤维掺量,得到粗糙程度不同的裂缝断面,通过水渗透试验测量不同裂缝宽度时混凝土的渗透系数。采用激光扫描仪扫描裂缝断面并重构3D断面几何形态,采用立方体覆盖法计算断面分形维数。采用分形维数将实测裂缝宽度和有效裂缝宽度联系起来,联立达西定律和泊肃叶定律建立开裂混凝土渗透系数和分形维数的函数关系。结果表明:使用相同的网格划分法,分形维数随着纤维掺量的增加而增大;渗透系数随着纤维掺量的增加而减小;函数关系式中分形维数的指数绝对值和修正系数都随裂缝宽度增加而减小。      

纤维及矿物掺合料对煤矸石混凝土力学性能的改性研究

以煤矸石全替代普通混凝土中粗骨料的煤矸石混凝土为基础,研究不同体积掺量的聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯(PP)及钢(ST)纤维对其力学性能的影响。选取最优力学性能下的纤维种类与掺量,继而探求其对单掺粉煤灰及粉煤灰/矿粉复掺替代部分水泥时的煤矸石混凝土力学性能的改性作用,得出最佳改性煤矸石混凝土配合比。结果表明,PVA、PP纤维掺量过多抑制了煤矸石混凝土的强度发展,存在最佳掺量,ST纤维在体积掺量为2%时,相较其他组可以最大幅度提高煤矸石混凝土的力学性能,其中对混凝土劈裂抗拉强度具有最佳改性效果。随着粉煤灰替代率的增加,降低了煤矸石混凝土的强度,30%替代率下粉煤灰/矿粉掺比为1∶2时煤矸石混凝土出现了矿物掺合料替代组合中的强度峰值,2%体积掺量的ST纤维对此时煤矸石混凝土改性后,使其达到了最优力学性能。     

玄武岩纤维混凝土腐蚀条件下抗冻融性能试验研究

为了研究玄武岩纤维增强混凝土(BFRC)工程应用的耐久性能,通过试验的方法开展了这种新型复合建筑材料在腐蚀条件下抗冻融性能研究。试验分别测试了玄武岩纤维增强混凝土在无腐蚀环境下、在相似文献   

纤维/高强混凝土抗冻性能试验

通过纤维/高强混凝土快速冻融循环试验,从试件外观损伤形态、相对动弹性模量、抗冻等级、抗冻耐久性指数角度,研究了不同纤维体积分数的玄武岩纤维、纤维素纤维和不同纤维长度的玄武岩纤维对C60高强混凝土抗冻性能的影响。结果表明,加入玄武岩或纤维素纤维可改善C60高强混凝土的外观剥落损伤程度。C60高强混凝土的抗冻性均随玄武岩纤维（长度为18 mm）和纤维素纤维体积分数的增大而提高,在体积分数0.10vol%~0.20vol%内,前者的提高程度远大于后者,玄武岩纤维/高强混凝土能在更严酷的寒冷环境中满足更久的使用时间。玄武岩纤维长度的改变对C60高强混凝土的抗冻性影响较大,相对于18 mm长度,6 mm和30 mm长度的玄武岩纤维对C60高强混凝土抗冻性能改善作用很有限。      

陶粒表面预处理对陶粒泡沫混凝土性能的影响

陶粒泡沫混凝土是一种常见的建筑保温材料,研究了预湿、有机硅浸渍、改性环氧树脂浸渍和环氧树脂包裹4种不同陶粒预处理方式对陶粒泡沫混凝土性能的影响,并分析了不同陶粒表面预处理的作用机理。实验结果表明:在4种陶粒表面预处理方法中,有机硅浸渍处理陶粒吸水率最低,其72h吸水率达到15.9%;采用环氧树脂包裹处理的陶粒制备的泡沫混凝土坍落度经时损失最低,45min坍落度经时损失达到6mm;环氧树脂包裹处理提高陶粒泡沫混凝土的抗压强度,28d抗压强度提高了5.9%,且陶粒泡沫混凝土抗冻融性最优;扫描电镜观察表明,以环氧树脂包裹处理的陶粒制得的陶粒泡沫混凝土中,陶粒界面过渡区晶粒尺寸小、结构致密。     

短切玄武岩纤维混凝土力学性能试验与分析

为了研究短切玄武岩纤维掺量变化对混凝土基本力学性能的影响,对6种不同体积掺量的短切玄武岩纤维混凝土(BFRC)分别进行立方体抗压、轴心抗压、劈裂抗拉、抗折试验;基于试验结果,通过BP(Back Propagation)神经网路强度预测模型的构建,对附加纤维掺量的混凝土进行强度训练及预测。试验实测数据表明:掺入短切玄武岩纤维对混凝土早期抗压强度的发展有着延缓作用;当纤维掺量为0.1%时,抗压强度达到峰值。随着纤维掺量的增加,劈拉强度增幅较大,抗折强度保持上升趋势。通过BP神经网络的训练及发展趋势预测,结果表明:当纤维体积掺量为0.1%时,抗压强度达到最大值;劈拉强度与抗折强度则随着纤维掺量的增加而持续增大。基于试验数据及预测结果,得出短切玄武岩纤维的最佳体积掺量。     

玄武岩纤维布约束高温损伤混凝土方柱轴压力学性能试验

对36个玄武岩纤维布增强聚合物基复合材料（BFRP）约束的高温损伤混凝土方柱和15个不同高温损伤的对比试件进行了轴压试验。试验表明,玄武岩纤维布横向约束能改变高温损伤后混凝土方柱的破坏形态,显著提高混凝土方柱的轴压强度和变形能力。其中三层玄武岩纤维布包裹的200℃、400℃、600℃和800℃高温损伤混凝土方柱轴压强度分别提高了48%、130%、206%和389%,轴向变形分别提高了433%、344%、319%和251%。采用典型的纤维增强聚合物基复合材料（FRP）约束常温未损伤混凝土轴压力学性能的设计模型预测FRP约束高温损伤混凝土的轴压强度和变形时存在较大的偏差。通过构建柱状膜结构静水压力平衡模型和约束混凝土方柱与FRP体积应变能平衡模型,分别改进了FRP约束混凝土方柱轴压极限应力和极限应变计算模型的基本形式。基于该基本形式和试验数据,分别确定了BFRP约束高温损伤混凝土方柱轴压极限应力和极限应变计算中与温度相关的参量,提出了适用于高温损伤混凝土方柱的轴压极限应力和极限应变的设计模型。      

玄武岩纤维特征参数对混凝土单轴受拉性能的影响

考虑玄武岩纤维体积分数和长径比两个主要因素,通过直接拉伸试验,研究玄武岩纤维对混凝土轴心受拉破坏形态、应力-应变全曲线、受拉荷载变形性能和韧性的影响。结果表明：玄武岩纤维增强混凝土单轴受拉破坏呈明显的塑性特征,玄武岩纤维显著增强了混凝土在轴心受拉荷载作用下的韧性;与普通混凝土(NC)相比,随着玄武岩纤维增强因子的提高,轴心受拉应力-应变全曲线特征点和断裂能均呈先增大后减小的趋势;基于轴心受拉应力-应变全曲线分析,提出关于纤维体积分数和长径比的玄武岩纤维混凝土轴心受拉应力-应变本构模型,可供玄武岩纤维混凝土结构和构件的非线性分析和工程设计参考。对比分析拉压比、折压比和单轴拉伸破坏断裂能3种韧性指标,发现断裂能可以准确评价玄武岩纤维增强混凝土(BFRC)受拉韧性,BFRC韧性较NC最大提升率为43.0%。     

玄武岩纤维混凝土的动态力学性能

采用Φ100 mm分离式霍普金森压杆 (SHPB) 试验装置研究了不同纤维体积掺量的玄武岩纤维混凝土在不同应变率下的冲击压缩力学性能 , 并对试验的有效性进行了分析。结果表明: 玄武岩纤维混凝土的动态强度增长因子与平均应变率的对数近似呈线性关系 , 强度与变形能力随平均应变率的提高而线性增加 , 体现了很强的应变率相关性 ; 纤维体积掺量为 0. 1 %的玄武岩纤维混凝土较素混凝土的动态抗压强度提高了 26 % , 变形能力提高了 14 %; 纤维体积掺量分别为 0. 2 %、 0. 3 %的玄武岩纤维混凝土的动态抗压强度比素混凝土高出 25 %左右 , 而变形能力较素混凝土无明显优势 ; 在玄武岩纤维混凝土的 SHPB试验中 , 试件破坏时刻为 123. 3～239.μ45 s , 近似恒应变率加载时间比例约为 62 % , 且应变率曲线的波动范围控制在 23 %左右 , 能够较好地满足应力均匀分布及恒应变率加载要求 , 表明 SHPB试验结果可靠。      

冻融条件下玄武岩纤维混凝土断裂韧度研究

该文使用数字图像相关方法实时观测三点弯试验中切口混凝土梁全场变形,分析混凝土梁断裂破坏过程中水平位移和应变的变化规律,基于切口处水平位移和应变变化规律确定起裂荷载,并研究冻融循环次数和纤维掺量对混凝土起裂韧度、失稳韧度、临界开口位移的影响,结果表明：对于C30混凝土而言,起裂韧度和失稳韧度随冻融次数的增加而减小,降幅约为0.6 MPa·m^1/2~0.80 MPa·m^1/2,两种韧度随玄武岩纤维掺量增加有小幅增加,最大增幅分别约为0.1 MPa·m^1/2和0.2 MPa·m^1/2,说明玄武岩纤维能提高C30混凝土的抗冻性,但提高程度是一定的,玄武岩纤维不能完全抑制冻融对混凝土的损伤;纤维掺量对失稳韧度的提高幅度要比起裂韧度大;起裂韧度增益比和失稳韧度增益比都随纤维掺量增加先增大后减小,两种韧度增益比均在纤维掺量为2.0 kg/m³时最大,因此,在混凝土强度等级为C30时,2.0 kg/m³可作为最佳纤维掺量;临界开口位移随冻融次数增加而增大,随纤维掺量变化效果不明显,与纤维增强作用相比冻融损伤是影响断裂过程变形性能的主要因素;最后在试验结果的基础上,建立了起裂韧度和失稳韧度随纤维掺量和冻融次数的拟合模型。     

玄武岩纤维布增强树脂基复合材料约束高温损伤混凝土轴压力学性能

对36个玄武岩纤维布增强树脂基复合材料（BFRP）约束加固的高温损伤混凝土圆柱体和15个不同高温损伤的对比试件进行了轴压试验。试验表明,BFRP侧向约束能显著改变混凝土圆柱体的破坏形态,提高混凝土圆柱体的轴压强度和变形能力。其中二层BFRP包裹的200℃、400℃、600℃和800℃高温损伤混凝土圆柱体的轴压强度分别提高了56%、82%、234%和250%,轴向变形分别提高了328%、198%、232%和136%。采用典型的纤维增强复合材料约束常温未损伤混凝土轴压强度和变形计算模型预测纤维增强复合材料约束高温损伤混凝土轴压极限强度和极限变形时存在较大的偏差。基于本文试验数据,确定了BFRP约束高温损伤混凝土极限应力和极限应变计算模型中与温度相关的参量,建议了适用于预测纤维增强复合材料约束高温损伤混凝土的极限应力计算模型和极限应变计算模型。     

玄武岩-聚丙烯混杂纤维增强混凝土气孔结构分形分析

采用Rapid Air 457气孔分析仪测试了玄武岩-聚丙烯混杂纤维增强混凝土(HBPRC)的气孔结构,分析了不同纤维添加方式对混凝土累计气孔含量和气孔表面分形特征的影响。研究结果表明,玄武岩纤维、聚丙烯纤维以及玄武岩-聚丙烯混杂纤维的掺入使混凝土的累计气孔含量增大了76.5%～354.1%,并且混凝土的累计气孔含量随纤维掺量的增加而增大。HBPRC的气孔结构具有明显的分形特征且其分形特征具有尺度相关性,在小孔隙区、中孔隙区、大孔隙区和超大孔隙区,气孔面分形维数(D_S)依次增大,但在孔径大于1 500μm的区域没有分形特征。随着纤维的掺入,混凝土大孔隙区和超大孔隙区的D_S发生了明显的变化,单掺0.1%(体积分数,下同)的玄武岩纤维或0.1%的聚丙烯纤维增大了大孔隙区和超大孔隙区的D_S;掺入0.1%的玄武岩-聚丙烯混杂纤维对大孔隙区和超大孔隙区D_S的影响较小;而掺入0.2%的玄武岩-聚丙烯混杂纤维显著减小了超大孔隙区的D_S。通过细观分析,认为纤维形成的网络结构对混凝土拌合过程中气...