低成本、低碳SHCC的制备及力学性能研究

为了解决传统应变硬化水泥基复合材料（以下简称SHCC）高成本和高水泥用量的问题，用国产PVA纤维和河砂分别全部取代传统SHCC中广泛使用的进口PVA纤维、超细石英砂，并用粉煤灰等质量部分取代50.0%、62.5%、75.0%的水泥，制备了低成本、低碳SHCC，研究了粉煤灰掺量和砂胶比对SHCC力学性能的影响，并用SEM观察了其微观形貌。结果表明：用国产PVA纤维和河砂可以制备出低成本、低碳SHCC；随着粉煤灰掺量的增加，试件的抗压、抗折和拉伸强度降低，但延性提升；随着砂胶比的增加，试件的抗压、抗折强度降低，拉伸强度提高，延性降低。     

复掺矿物掺合料对聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料弯曲性能的影响

粉煤灰已经成为PVA纤维增强水泥基复合材料(PVA-FRCC)实现准应变-硬化和多缝开裂的重要组分。但是高掺量粉煤灰PVA-FRCC具有基体早期强度过低的缺点,很难实现工程上的应用。在前人研究的基础上,研究基体早期强度高且韧性好的PVA-FRCC。采用四点弯曲、抗压强度和抗折强度试验方法研究了复掺粉煤灰和矿渣PVA-FRCC的抗弯性能和基体强度。结果表明,复掺粉煤灰和矿渣能够显著改善PVA-FRCC的基体强度,特别是早期强度。复掺粉煤灰和矿渣PVA-FRCC都有较好的弯曲挠度和韧性,28 d弯曲挠度不低于20 mm。     

矿物掺合料及龄期对PE-ECC拉伸性能影响的试验研究

为研究超高韧性水泥基复合材料(ECC)的拉伸性能,采用乌鲁木齐地区常用原材料制备PE-ECC试件,对8组PE-ECC试件进行单轴拉伸试验,以探讨龄期(7、28、60 d)、粉煤灰和矿粉掺量(30%、40%、50%、60%)对PE-ECC拉伸性能的影响。结果表明:采用PE纤维,配合乌鲁木齐当地矿物掺合料,可以制备出拥有较好拉伸性能,且满足工程需要的具有应变硬化特征的ECC材料;随着矿物掺合料掺量的增加,PE-ECC试件的拉伸性能没有明显的变化趋势;随着龄期的增加,单掺粉煤灰和单掺矿粉试件的抗拉强度都呈现上升的趋势。     

修补用高延性水泥基复合材料性能研究

为了研究采用国产聚乙烯醇纤维和普通河砂制备的高延性水泥基复合材料(HDCC)作为修补材料的性能,制备了3组不同强度等级的HDCC,通过试验研究了HDCC的力学性能、弯曲韧性、单轴拉伸性能、干燥收缩性能、相对渗透性系数和黏结抗拉性能。结果表明:纤维体积掺量2%的HDCC弯曲韧性比较高,极限拉伸应变大于1.75%,应变硬化和多缝开裂特征显著;HDCC在14 d龄期前收缩应变快速发展,在28 d龄期收缩应变基本趋于稳定;HDCC相对渗透性系数随着龄期的增加而减小;HDCC与基底之间黏结抗拉强度在3.0~4.1 MPa之间,修补试件的黏结抗拉强度随着HDCC强度的增大而增大。     

轻质超高韧性水泥基复合材料试验研究

通过掺入玻化微珠配制轻质超高韧性水泥基复合材料,研究了玻化微珠掺量对复合材料密度、强度、弹性模量及拉伸特性的影响。结果表明,随着玻化微珠掺量的增加,超高韧性水泥基复合材料的密度逐渐减小,抗压强度和拉伸弹性模量逐渐降低,极限抗拉强度先降低后提高,极限抗拉应变逐渐增大。当玻化微珠掺量为胶凝材料质量的23.5%时,轻质超高韧性水泥基复合材料密度为1.34g/cm~3,抗压强度为29.84 MPa、拉伸弹性模量为9.3 GPa,极限抗拉应变4.81%,极限抗拉强度4.03 MPa。     

延性纤维混凝土抗弯性能的试验研究

采用正交试验方法,考虑纤维掺量、水胶比、砂胶比和粉煤灰掺量的影响,设计了16组延性纤维混凝土试件,采用四点弯曲试验评定其抗弯性能。通过对弯曲初裂强度、极限抗弯强度、等效弯曲强度和弯曲韧性指数的分析可得:纤维的掺入改变了试件的破坏模式,显著提高了材料的抗弯强度和弯曲韧性;纤维掺量对抗弯性能影响显著,纤维掺量越大,抗弯强度和弯曲韧性越高;水胶比和砂胶比的影响次之,粉煤灰掺量的影响最小,水胶比不低于0.29,砂胶比不超过0.36时,延性纤维混凝土均具有较高的弯曲韧性。     

PE纤维水泥基复合材料基本力学性能试验研究

在水泥基复合材料中掺入适量聚乙烯(PE)纤维得到PE纤维水泥基复合材料,可以很好的提升水泥基复合材料的弯曲性能,研究了PE纤维掺量、粉煤灰置换率等对PE纤维水泥基复合材料抗压强度以及弯曲性能的影响。试验表明,PE纤维掺量可以有效的提升材料的弯曲性能,但对其抗压强度影响不大,而粉煤灰置换率却可以有效地控制水泥基复合材料强度等级,对其弯曲性能也有明显增强。     

BF-ECC力学性能及应变硬化机理研究

火灾、爆炸等突发事件时常威胁人们的生命和财产安全，研发一种抗爆炸、抗冲击的建筑材料成为较为热门的研究方向。通过多缝开裂的应力准则设计配合比，掺入玄武岩纤维使复合材料发生应变硬化；并研究了裂缝数量和宽度随纤维掺量的变化规律，得出复合材料的强度和延性同时随着玄武岩纤维掺量的增大而提高的结论。薄板拉伸试件多缝开裂的裂缝宽度保持在3μm。还利用纤维简化模型对裂缝间距进行计算，与实测裂缝间距误差在10%以内；给出了玄武岩纤维应变硬化水泥基复合材料的峰值强度计算式，并用于预测高强水泥基体改变玄武岩纤维掺量的峰值应力。     

应变硬化水泥基复合材料(SHCC)弯曲韧性研究

砂浆、混凝土等水泥基复合材料易于开裂、耐久性低劣的主要原因是其抗拉强度低、韧性差。高模量聚乙烯醇（PVA）纤维的添加可以增强水泥基材料的韧性，使其呈现准应变硬化和多微缝开裂特性，从而显著改善结构的耐久性。通过四点弯曲试验研究了PVA纤维体积掺量分别为0、0.75%、1.5%的抗折强度，按照ASTM方法确定了SHCC的弯曲韧度指数，通过JCI方法得到了SHCC的弯曲韧性系数。结果表明，最大抗弯承载力和最大挠度均随纤维掺量的增加而增加。结果可由纤维增强材料的应变硬化特性来解释。同时，与数值模拟结果的比较也证实了上述结论。     

混杂纤维增强延性水泥基复合材料力学性能与裂宽控制

为实现纤维增强延性水泥基复合材料高强度与高延性的匹配,在原有材料体系中附加钢纤维,试验研究了混杂聚乙烯醇(PVA)/钢纤维增强延性水泥基复合材料的轴拉、抗压性能.结果表明:随着钢纤维掺量的增加,混杂纤维增强延性水泥基复合材料开裂强度和抗拉强度不断提高,裂纹宽度显著降低,且钢纤维对高强基材的作用效果更加显著;当钢纤维掺量适量时,混杂纤维增强延性水泥基复合材料的极限拉应变得到有效提升,而钢纤维掺量对抗压性能的影响并不显著;PVA纤维和钢纤维混杂可获得高强度、高延性和低裂纹宽度的水泥基复合材料.     

复合SMA纤维增韧高性能水泥基材料的弯曲与疲劳性能研究

文章以砂浆为基体材料,将短切形状记忆合金纤维和钢纤维掺入到砂浆中制备得复合SMA纤维增韧高性能水泥基材料。研究纤维的种类和掺量、长径比对纤维增韧水泥基材料试件的弯曲、疲劳等力学性能的影响规律。实验结果表明：采用SMA纤维与钢纤维复合掺入能够明显改善水泥基材料的弯曲和疲劳性能。随着混杂纤维体积掺量的增加,试件的抗弯承载力提高,当混杂纤维体积掺量为1%时,韧性可提高6-9倍;当混杂体积掺量为2%时,试件的疲劳寿命提高2.3倍。     

活性再生粉纤维增强应变硬化水泥基材料弯曲及拉伸韧性

通过扫描电子显微镜对再生粉的微观结构进行观测;利用X射线荧光和X射线衍射,对再生粉体及制备的水泥基材料的矿物组成和水化产物进行了测定;通过弯曲试验和单轴拉伸试验对再生粉体制备纤维增强应变硬化水泥基材料(FRCC)的力学性能进行了研究。结果表明：再生微粉以钙硅质氧化物和化合物为主,具有火山灰活性,可以增强其与基体间的二次水化反应,掺入再生粉体可有效提高FRCC的拉伸和弯曲强度;再生粉体-FRCC弯曲韧性随着纤维掺量的增加而提高,当纤维掺量(质量分数)达到2%时,FRCC具有典型的应变硬化特征;利用再生粉体等质量替代粉煤灰时,FRCC的极限应变有所降低,而极限荷载有较大程度提高,提高幅度均达到10%以上,且再生砂浆粉(RMP)、再生砖粉(RBP)比再生混凝土粉(RCP)制备的FRCC具有更好的应变硬化性能;验证了在满足材料韧性要求的情况下,利用再生粉制备应变硬化水泥基材料的可行性,对再生微粉在实际工程材料中的应用提供了参考。     

聚乙烯醇纤维水泥基复合材料拉压比试验研究

立方体抗压强度和劈裂抗拉强度试验,是研究聚乙烯醇纤维对水泥基复合材料拉压比性能影响的最直接的方法。立方体试件的尺寸为100 mm×100 mm×100 mm,PVA纤维掺量分别为0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%,粉煤灰掺量为30%、50%。试验结果表明,掺入PVA纤维对立方体抗压强度影响不显著,而劈裂抗拉强度则提高了4264%～135.12%,拉压比提高36.82%～134.27%;30%粉煤灰掺量的水泥基复合材料比50%粉煤灰掺量的水泥基复合材料抗压强度高20%以上,但对劈裂抗拉强度影响不明显。PVA纤维水泥基复合材料立方体抗压试块裂缝开展路径较多,不易破碎,抗压韧性显著增强。     

大掺量粉煤灰对高韧性纤维增强 水泥基复合材料性能的影响

为了提高高韧性纤维增强水泥基复合材料的可持续发展指标,发展绿色环保型高韧性水泥基复合材料,以大掺量粉煤灰为基础,以粉煤灰掺量为参变量,研究不同粉煤灰掺量对高韧性纤维增强水泥基复合材料的流动度、抗压强度和弯曲性能的影响。研究结果表明,在大掺量粉煤灰情况下,随着粉煤灰掺量的增加,复合材料的流动度呈先增长后下降的趋势;抗压强度呈线性降低,且试件破坏时没有出现砂浆剥落现象,抗压破坏属于延性破坏;极限抗弯荷载呈现降低、增加又降低的变化趋势;极限挠度呈下降趋势,弯曲弹性刚度呈增加趋势。     

植物纤维增强水泥基复合材料的弯曲韧性研究

传统的水泥基材料有脆性、抗拉强度低等特点,是导致其易开裂、耐久性差的主要原因。天然纤维的掺入能够改善传统水泥基材料的脆性,使其表现出应变硬化的特征,提高传统水泥基材料的韧性。通过四点弯曲试验得到了菠萝叶纤维体积掺量分别为1%、1.5%、2%以及苎麻纤维体积掺量为2%对照组的荷载-挠度曲线,并按照ASTM C1018和JCI 544两种方法确定了复合材料的弯曲韧度指数和弯曲韧度系数;通过抗折、抗压强度试验研究了两种天然纤维不同体积掺量下的抗折、抗压强度。结果表明,弯曲韧性以及抗折强度均随着纤维掺量的增大而得到提高,而抗压强度随着纤维掺量的增大呈现减少的趋势。试验还表明,体积掺量为2%的菠萝叶纤维增韧效果明显好于相同掺量下的苎麻纤维。     

高性能纤维增强水泥基复合材料的力学性能试验研究

采用聚乙烯醇纤维(Polyvinyl Alcohol,简称PVA纤维)制备高性能纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC),通过立方体抗压强度和梁四点弯曲试验分别研究不同PVA纤维体积掺入量、不同砂胶比以及粉煤灰掺入量对PVA-ECC材料的抗压强度与弯曲性能的影响。结果表明:随着纤维掺入量的增加PVA-ECC抗压强度逐渐降低,但弯曲延性增强。砂胶比的降低使得纤维更好的分散,延性效果得到明显改善。粉煤灰掺量的增加改善了PVA-ECC搅拌时的流动度,梁的抗弯承载力有所降低,但延性提高。     

胶粉掺量对PVA-ECC力学性能与韧性的影响

试验选用7组不同胶粉掺量的配比,测定7组配比的抗压强度、抗折强度与断裂能等指标,探讨不同胶粉掺量对高贝利特硫铝酸盐水泥纤维水泥基复合材料力学性能与韧性的影响。结果表明,随胶粉掺量的增加,纤维水泥基复合材料的抗折强度、极限挠度、弯曲断裂能均逐渐呈先升后降的趋势,胶粉掺量为4%时,韧性达到最佳。与此同时,材料的抗压强度下降明显。由此可知,适当掺量的胶粉有助于材料韧性提升,但对力学性能有明显影响。此外,选定胶粉掺量为1%的配比为最佳配比。     

偏高岭土对SHCC力学性能的影响研究

用偏高岭土(MK)取代0、5%、10%、15%水泥的配制应变硬化水泥基复合材料(SHCC),以研究MK对SHCC基本力学性能的影响。结果表明,MK作为掺合料能使SHCC的初裂强度、极限拉伸强度、极限拉伸应变、弹性模量和抗压强度等有不同程度的提高,较佳的MK掺量为10%。掺入适量的MK能改善SHCC的多缝开裂特性,细裂纹(宽度为几十微米)数量增加,裂纹平均宽度降低。MK的掺入还能改善PVA纤维与水泥基体的界面粘结性能,界面粘结强度得到提高。     

高延性剑麻纤维水泥基路面材料配合比研究

通过正交试验研究了水胶比、砂胶比、粉煤灰掺量和剑麻纤维掺量对水泥基路面材料抗压性能和弯拉性能的影响。结果表明,高延性剑麻纤维水泥基路面材料的最佳配合比为：水胶比0.30、砂胶比0.4、粉煤灰掺量30%、剑麻纤维掺量0.5%,此时,试件的弯拉强度满足JTG D40—2011《公路水泥混凝土路面设计规范》的要求,且抗压强度较高,为66.62 MPa。     

胶粉对纤维增强水泥基复合材料强度的影响

纤维对水泥基复合材料具有一定的增强增韧作用,同时,由废旧橡胶制成的胶粉以骨料形式掺入水泥基复合材料中也可增加基体韧性。研究了在聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料中,以不同掺量的可再分散乳胶粉部分替代纤维对其抗折强度和抗压强度的影响。结果表明,掺加体积分数0.5%胶粉后的纤维增强水泥基复合材料,较对比试件抗折强度提高了24.3%;掺加体积分数1%胶粉后的试件抗压强度提高了40.4%;掺加体积分数0.5%胶粉的试件在抗折强度和抗压强度大幅度提高的同时,保持了折压比不降低。因此,在水泥基复合材料中存在纤维的情况下,加入适当掺量的胶粉部分替代纤维可更大程度地提高构件的强度,并可节约材料成本,减少工程造价。