冻融循环下玄武岩纤维增强复材混凝土的断裂损伤及软化本构关系

为探讨冻融循环下的玄武岩纤维增强混凝土(BFRC)断裂损伤和本构软化特性,以5种不同的玄武岩纤维体积百分比掺量(0%,0.1%、0.2%、0.3%和0.4%)设计5组试件,对BFRC试件进行不同次数(0,25,50,75,100,125次)的冻融循环试验,再对混凝土试件进行三点弯曲加载试验。试验结果表明:在0.3%体积掺量以内,玄武岩纤维掺量越高,BFRC的起裂韧度、失稳韧度和断裂能越高;纤维掺量超过0.3%后,BFRC起裂韧度增加不明显而失稳韧度和断裂能略有下降;混凝土冻融损伤降低了混凝土的断裂韧度和断裂能,但玄武岩纤维对混凝土的冻融损伤具有一定的抑制作用,纤维掺量越高,BFRC断裂韧度和断裂能的冻融损失越小。拟合试验数据得到了BFRC的冻融损伤计算模型,在Petersson混凝土双线性软化本构关系的基础上,进一步推导获得冻融循环下的BFRC双线性软化本构关系曲线。     

冻融循环作用后玄武岩纤维混凝土的断裂性能

在带切口梁的三点弯曲试验中,采用数字图像相关(DIC)技术观测玄武岩纤维混凝土(BFRC)试件的全场变形,基于DIC技术的水平应变云图和水平位移云图确定试件的起裂荷载和裂缝开口位移,并研究冻融循环次数和玄武岩纤维掺量对BFRC试件断裂能、延性指数和等效断裂韧度的影响.结果表明:玄武岩纤维的掺入能够提高BFRC试件在冻融条件下的断裂能,但提高程度不如冻融损伤带来的下降程度大;BFRC试件的延性指数随玄武岩纤维掺量的增加呈现先增大后减小的趋势,而随冻融循环次数的增加呈现上升趋势;冻融损伤主要降低了BFRC试件在微变形阶段和小变形阶段的等效断裂韧度,在中变形阶段的降低程度有限,在大变形阶段降低程度已不显著,而玄武岩纤维的增韧作用在混凝土变形的各个阶段都比较显著,且增韧程度为微变形阶段最小,小变形阶段较低,中变形阶段较高,大变形阶段最高.     

玄武岩纤维混凝土的动态力学性能研究

为了研究玄武岩纤维混凝土(Basalt fiber reinforced concrete,BFRC)的动态力学性能,采用直径100 mm的分离式霍普金森压杆(Split hopkinson pressure bar,SHPB)试验装置,对纤维体积掺量分别为0、0.1%、0.2%、和0.3%的BFRC进行了动态试验,得到材料的应力应变曲线和试验数据,对试验结果进行了研究。结果表明,BFRC具有良好的动态力学性能,应变率和纤维掺量是影响BFRC动态力学性能的重要因素;BFRC的动态压缩强度和韧性显示出应变率硬化效应,当纤维掺量为0.1%时,动态压缩强度的应变率敏感性相对较强,动态压缩强度和韧性相对较高;BFRC的动态强度增长因子与应变率对数之间具有近似线性函数关系,峰值应变与应变率对数之间具有近似二次多项式函数关系。     

冻融循环下BFRPC断裂性能损伤分析

以5种不同的玄武岩纤维体积百分比掺量(分别为0、0.1％、0.2％、0.3％、0.4％)设计5组试件,对玄武岩纤维增强透水混凝土(BFRPC)试件进行不同次数(分别为0、25、50、75、100、125次)的冻融试验,再利用三点弯曲法对透水混凝土试件进行加载.试验结果表明:掺加玄武岩纤维后,透水混凝土的断裂韧度和断裂能均明显提高.在0.3％掺量以内,BFRPC的断裂韧度和断裂能随纤维掺量增加而增加,纤维掺量提高至0.4％时,BFRPC断裂韧度和断裂能则略有下降;冻融循环导致透水混凝土的断裂韧度和断裂能明显降低,而玄武岩纤维对于透水混凝土的冻融损伤具有比较明显的抑制作用;BFRPC断裂韧度和断裂能的冻融损伤与冻融循环次数之间的关系均可以用幂函数y=axb来表示.同等条件下,BFRPC断裂韧度的拟合系数b值大于断裂能的拟合系数b值.     

短切玄武岩纤维增强混凝土抗劈拉力学性能研究北大核心

为了研究短切玄武岩纤维增强混凝土(BFRC)基本力学性能及其受纤维掺量的影响。通过试验的方法,开展了这种新型复合建筑材料在不同纤维体积掺量情况下的抗劈拉力学性能研究。试验结果表明:混凝土掺入0.05%、0.1%、0.15%、0.2%、0.25%、0.3%六种不同体积含量的玄武岩纤维后,混凝土的坍落度出现不同程度的降低,试件的劈拉强度得到不同程度的提高,且提高幅度与连续玄武岩纤维(CBF)的体积掺量有直接关系。对比直掺法和预处理法两种制备工艺,在条件相同时下,预处理掺入方法所制备的BFRC的增强、增韧效果要优于直掺法制备的BFRC。结论:玄武岩纤维混凝土具有良好的力学性能,纤维的掺量和制备工艺的不同均会在不同程度上影响其抗劈拉性能。     

短切玄武岩纤维增强混凝土抗劈拉力学性能研究

为了研究短切玄武岩纤维增强混凝土(BFRC)基本力学性能及其受纤维掺量的影响。通过试验的方法,开展了这种新型复合建筑材料在不同纤维体积掺量情况下的抗劈拉力学性能研究。试验结果表明:混凝土掺入0.05%、0.1%、0.15%、0.2%、0.25%、0.3%六种不同体积含量的玄武岩纤维后,混凝土的坍落度出现不同程度的降低,试件的劈拉强度得到不同程度的提高,且提高幅度与连续玄武岩纤维(CBF)的体积掺量有直接关系。对比直掺法和预处理法两种制备工艺,在条件相同时下,预处理掺入方法所制备的BFRC的增强、增韧效果要优于直掺法制备的BFRC。结论:玄武岩纤维混凝土具有良好的力学性能,纤维的掺量和制备工艺的不同均会在不同程度上影响其抗劈拉性能。     

冲击荷载下玄武岩纤维混凝土动态力学特性试验研究

采用φ50 mm的分离式霍普金森压杆装置（SHPB）分别对不同纤维体积掺量（0、0.1%、02%、0.3%）的玄武岩纤维混凝土在50～200 s-1应变率范围下进行了动态力学性能试验，得到了不同纤维体积掺量和不同应变率下的动态应力-应变曲线。试验结果表明，玄武岩纤维混凝土材料对应变率较为敏感，其峰值应力、DIF、峰值应变、冲击韧度都随应变率的增加呈增长趋势，但玄武岩纤维混凝土的力学性质受纤维体积掺量的影响较为复杂。试验证明玄武岩纤维的加入可进一步提高混凝土的抗压强度，同时在中高应变率下纤维的加入进一步提高了混凝土的韧性，通过对静、动态力学各性能进行，分析认为0.1%的玄武岩纤维体积掺量对各力学的提升性能最优。     

单调荷载下冻融混凝土应力-应变关系试验研究

混凝土应力-应变关系是冻融损伤钢筋混凝土结构非线性分析的基础,利用不同强度等级的两批24个混凝土试件(100 mm×100 mm×300 mm)冻融试验,探讨了试件表面形态、质量损失率随冻融循环次数的变化规律;通过单调加载试验,研究了单调荷载作用下冻融损伤混凝土试件的破坏特征,揭示了单调荷载作用下冻融损伤混凝土应力-应变关系随冻融循环次数的变化规律,分析了冻融损伤混凝土应力-应变关系曲线特征参数(峰值应力、峰值应变)与冻融循环次数之间的关系,提出了单调荷载作用下冻融损伤混凝土应力-应变关系计算模型。     

玄武岩纤维混凝土动态力学性能及数值模拟

为了研究冲击荷载作用下玄武岩纤维（BF）对混凝土性能的影响，采用分离式霍普金森压杆（SHPB），在0.6 MPa冲击气压作用下对不同BF体积掺量（0、0.05%、0.10%、0.15%、0.20%、0.25%、0.30%、0.35%）玄武岩纤维混凝土（BFRC）进行了冲击压缩试验，并基于试验数据，选用修正后的HJC本构模型对动态冲击过程进行了模拟。结果表明：BFRC相较于素混凝土具有更好的抗冲击性能，且0.30%体积掺量的BF对混凝土的增韧效果最好；修正后的HJC模型可以较好地反映出BFRC的应力、应变状态，体现BFRC破坏过程中裂纹的发展规律，模拟结果与试验结果吻合较好。     

短切浸胶玄武岩纤维增强混凝土抗压性能试验研究

为了研究短切玄武岩纤维增强混凝土(BFRC)基本力学性能及其受纤维掺量的影响。通过试验的方法,开展了这种新型复合建筑材料在的不同纤维体积掺量情况下的抗压强度研究。试验结果表明:混凝土掺入0.05%、0.1%、0.15%、0.2%、0.25%和0.3%六种不同体积含量的玄武岩纤维后,混凝土的坍落度出现不同程度的降低,试件的抗压强度得到不同程度的提高,且提高幅度与玄武岩纤维的体积掺量有直接关系。对比直掺法和预处理法两种制备工艺,在条件相同时下,预处理掺入方法所制备的BFRC的增强、增韧效果要优于直掺法制备的BFRC。结论:玄武岩纤维混凝土具有良好的力学性能,纤维的掺量和制备工艺的不同均会在不程度上影响其抗压强度。     

短切浸胶玄武岩纤维增强混凝土抗压性能试验研究北大核心

为了研究短切玄武岩纤维增强混凝土(BFRC)基本力学性能及其受纤维掺量的影响。通过试验的方法,开展了这种新型复合建筑材料在的不同纤维体积掺量情况下的抗压强度研究。试验结果表明:混凝土掺入0.05%、0.1%、0.15%、0.2%、0.25%和0.3%六种不同体积含量的玄武岩纤维后,混凝土的坍落度出现不同程度的降低,试件的抗压强度得到不同程度的提高,且提高幅度与玄武岩纤维的体积掺量有直接关系。对比直掺法和预处理法两种制备工艺,在条件相同时下,预处理掺入方法所制备的BFRC的增强、增韧效果要优于直掺法制备的BFRC。结论:玄武岩纤维混凝土具有良好的力学性能,纤维的掺量和制备工艺的不同均会在不程度上影响其抗压强度。     

冻融循环作用下纤维混凝土的损伤模型研究

通过对4组10 cm×10 cm×40 cm混凝土试件的快速冻融循环试验,以及采用共振法和超声法进行试件的波速和频率测试,得到了冻融循环200次混凝土试件的损伤参量特征值和强度变化规律,论证了超声波速作为损伤参量测试值的合理性,研究了冻融循环对纤维混凝土材料损伤特性的影响因素,分析了纤维混凝土冻融损伤破坏的细观机理,结合动弹性模量和超声波速相对值的变化特点,根据细观损伤力学和数学模拟的方法建立了纤维混凝土冻融损伤本构模型。研究分析和测试计算显示:纤维混凝土冻融损伤模型的计算值与实测值基本吻合,本构模型预测的混凝土损伤特性符合混凝土实际冻融破坏情况;超声波速作为损伤参量易于测量且易与宏观量建立联系,能够较好地反应纤维混凝土冻融损伤规律;聚丙烯纤维在混凝土中能够产生引气效应,可有效地抑制混凝土的冻融损伤劣化程度,在本文研究的混凝土强度范围内纤维掺量为10%时混凝土抗冻性最好。     

玄武岩纤维混凝土冲击劈拉特性研究

利用直径100 mm的SHPB试验系统,对不同纤维体积掺量的玄武岩纤维混凝土进行平台巴西圆盘试验,研究其在冲击荷载作用下的劈裂拉伸特性。试验结果表明:BFRC的静态劈拉强度和静态抗压强度随纤维体积掺量的增大呈先增大、后减小的变化趋势;随着冲击弹速的提高,BFRC的冲击劈拉强度及冲击劈拉韧度不断增大,表现出明显的冲击强化效应;掺入玄武岩纤维可以有效提高BFRC的冲击劈拉性能,使得同一弹速下BFRC的冲击劈拉强度和冲击劈拉韧度较素混凝土普遍增大;基于本文的试验条件及配合比,玄武岩纤维的相对最优体积掺量为0.2%。     

玄武岩纤维混凝土冲击压缩韧性

介绍了利用Φ100 mmSHPB装置获得玄武岩纤维混凝土冲击压缩在3种应变率范围下的应力-应变曲线的试验研究.并以应力-应变全程曲线所围面积作为韧性指标,对玄武岩纤维掺量分别为0、0.1%、0.2%和0.3%的混凝土在冲击荷载下增韧特性进行了对比分析.研究表明,在0～0.020应变范围内,4种掺量的玄武岩纤维混凝土中,BFRC0.2韧性最高,尤其在50/S～60/S应变率范围内,比素混凝土韧性指标提高了12.7%;应变较低时,一般素混凝土的韧性指标最高:与素混凝土相比,在应变率较低时,3组掺玄武岩纤维的混凝土韧性均有所提高,而在80/S～100/S应变率范围下,BFRC0.3韧性最低.     

玄武岩纤维再生混凝土冻融后的弯曲疲劳特性

基于中国北方地区气候特点及混凝土路面的受力特征,研究冻融损伤对玄武岩纤维再生混凝土(BFRC)弯曲疲劳特性的影响。首先对BFRC采用快冻法进行冻融循环试验,研究BFRC的冻融损伤形貌、质量、相对动弹性模量和相对抗折强度的变化; 然后针对经历不同冻融循环次数后BFRC的弯曲疲劳特性进行了试验研究,分析了冻融循环次数与应力水平对BFRC疲劳寿命的影响规律; 最后基于两参数Weibull分布理论对BFRC的疲劳寿命进行分析,预测了不同失效概率下的疲劳寿命并建立了失效概率为0.05和0.5下的双对数疲劳方程。结果表明:随着冻融循环次数的增加,试件表面损伤程度和质量损失率逐渐增大,相对动弹性模量和相对抗折强度逐渐下降,当冻融循环达到225次时,BFRC的相对动弹性模量和相对抗折强度与冻融循环前相比分别下降了12.4%和35.1%; 随着冻融循环次数和应力水平的增加,弯曲疲劳寿命逐渐减小; BFRC经冻融循环后的弯曲疲劳寿命服从两参数Weibull分布,失效概率为0.5的预测疲劳寿命与试验所得平均疲劳寿命十分接近; 建立的双对数疲劳方程能较好地反映冻融后BFRC应力水平S与疲劳寿命N之间的关系,研究成果为BFRC在路面结构中的安全应用提供可靠依据。     

冻融循环下橡胶混凝土动态力学特性试验研究

为研究冻融循环下橡胶混凝土的动态力学特性,采用非金属超声波检测仪测量橡胶体积掺量为10%的混凝土试件在不同冻融循环次数下的纵波波速,并利用直径74 mm变截面分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置在不同冲击气压(0.3,0.4,0.5,0.6 MPa)下对不同冻融循环次数(0、25、50、75、100、125)的橡胶混凝土试件进行单轴冲击压缩试验,分析其应力-应变曲线、峰值应力、极限应变、动态强度增强因子(DIF)和吸能效果变化规律。结果表明：橡胶的掺入使混凝土强度降低,但其韧性及吸能效果明显增加;随着冻融循环次数的增加,橡胶混凝土纵波波速随之减小,损伤度增加,冻融作用对橡胶混凝土造成损伤,降低试件纵波波速;相同冻融循环次数下,随着应变率的增大试件峰值应力、极限应变、DIF和吸收能都随之增大,试件存在明显的应变率效应;0.6 MPa冲击气压下冻融循环25,50,75,100,125次试件峰值应力分别降低了25.1%、37.1%、46%、52.5%、54.8%,随着冻融循环次数的增加,试件峰值应力降低,降幅逐渐减小,循环次数超过100次后试件应力降幅不再明显,极限应变增加,吸收能减少,冻...     

玄武岩纤维增强全再生粗骨料混凝土力学性能试验研究

研究了玄武岩纤维掺量对全再生粗骨料混凝土抗压和抗折强度、破坏形态、单轴受压应力-应变曲线的影响.结果表明:掺入玄武岩纤维后,试件的抗压强度提高,受压破坏时的整体性更好;随着玄武岩纤维掺量的增加,试件的抗折强度逐渐增大,所有抗折试件均为峰值后脆性破坏;随着玄武岩纤维掺量的增加,试件的峰值应力先增大后减小,峰值应变、静压弹...     

高温后玄武岩纤维增强混凝土的冲击变形特性

采用φ100分离式霍普金森压杆系统,研究了不同温度作用后玄武岩纤维增强混凝土(BFRC)的冲击变形特性.结果表明:随着温度及加载速率的升高,BFRC的变形破碎程度增大,应力应变曲线表现出塑性特征;同一温度下,BFRC的峰值应变和均值应变随平均应变率的增大而增大,具有明显的应变率相关性;同一加载速率下,随着温度的升高,BFRC的峰值应变和均值应变呈上升趋势,峰值应变的应变率敏感性逐渐增强,但在200℃时,BFRC在较低加载速率作用下的均值应变较常温有所减小;掺入玄武岩纤维可以有效提升高温后BFRC的冲击变形能力,且纤维掺量(体积分数)为0.3％时,BFRC的变形优势最大,但当温度与加载速率较低时,BFRC的均值应变较素混凝土小.     

玄武岩-聚丙烯混杂纤维再生混凝土粘结性能研究

玄武岩纤维增强复合筋具有较好的耐腐蚀性,但是冻融破坏会导致其与混凝土间的粘结性能下降。基于国内外研究现状,采用普通中心拔拉试验对混杂纤维再生混凝土与复合筋间的粘结性能进行研究。分析了冻融循环次数、玄武岩-聚丙烯混杂纤维掺量对粘结性能的影响。研究表明:玄武岩-聚丙烯混杂纤维掺入再生混凝土后,复合筋与混凝土间的粘结强度有所下降,但混凝土的延性有所提高;纤维掺量过多不利于提高复合筋与混凝土间的粘结强度;随着冻融次数的增加,粘结应力峰值逐渐提高,试件发生劈裂破坏。     

混杂纤维混凝土冻融耐久性与损伤模型研究

采用钢-玄武岩纤维增强混凝土的技术方法,通过冻融循环试验,研究了钢纤维与玄武岩纤维相互混杂对混凝土抗冻性的影响规律及其冻融损伤模型。研究结果表明:不同的纤维掺量对混凝土抗冻性影响较大,当钢纤维体积掺率为1.5%、玄武岩纤维体积掺率在0.05%左右时,混凝土的抗冻性最好,达到了F250以上水平;分析了混杂纤维混凝土的冻融损伤机理,分别以相对动弹性模量和冻融累积损伤为损伤变量建立了混杂纤维混凝土的冻融损伤模型,发现动弹性模量衰减模型优于冻融累积损伤衰减模型,且二次项函数模型比指数函数模型具有更高的拟合精度。