基于PCA的PVA/钢HFRCC配合比优化和综合评估

将钢纤维、国产PVA纤维和日本可乐丽PVA纤维按照适宜比例进行配制,可以更好地发挥出混杂纤维增强水泥基材料(HFRCC)的力学性能,有利于控制成本,具有广泛的应用前景。本文通过因素优选法和主成分分析法(PCA)分析钢纤维掺量、国产PVA纤维对日产PVA纤维替代率(体积分数,下同)对HFRCC抗拉强度、抗压强度、抗弯强度的影响。通过对HFRCC主成分分析,建立综合性能评价的数学模型,并对其进行多目标优化。结果表明：运用因素优选法得到HFRCC极限强度对应的配合比,与基体强度指标相比,HFRCC的抗拉强度最大提升幅度为61.04%,抗压强度最大提升幅度为31.30%,抗弯强度的最大提升幅度为78.57%;当钢纤维掺量为0.2%～0.4%、国产PVA纤维对日产PVA纤维体积替代率为50%～100%时,成本最大降幅为88.25%,HFRCC强度指标可达最佳;各因素对HFRCC性能影响的权重占比依次为：国产PVA纤维掺量、日产PVA纤维掺量和抗弯强度共占46.28%,钢纤维掺量、抗压强度和抗弯强度共占25.58%,钢纤维掺量和抗拉强度共占22.25%。结合变量相关性分析,基于HFRCC性能优化时...     

不同几何尺寸纤维对水泥浆体性能的影响

选用碳纤维、微细钢纤维和普通钢纤维三种不同几何尺寸纤维,通过抗压抗折实验以及抗弯荷载曲线等方法,研究了它们对水泥基最基本层次水泥浆体的作用效果.研究结果表明,在相同体积掺量时,水泥净浆抗折与抗压以及抗弯强度均按普通钢纤维、微细钢纤维、碳纤维的次序递增,增韧作用则按此次序递减;不同掺量的同种纤维,其抗折强度与抗压强度则随纤维掺量的递增而提高;采用声发射试验,能较好地反映不同几何尺寸的纤维对净浆的增强与增韧作用.     

PET纤维格栅/钢纤维增强水泥基复合材料混杂效应研究

将连续PET纤维格栅与短切钢纤维混掺制备混杂纤维增强水泥基复合材料,其抗压强度高达147.7MPa、抗折强度高达52.6MPa。研究各纤维掺量对混凝土抗压性能及抗折性能影响,表征基体材料与纤维界面微观结构,并分析PET纤维格栅及钢纤维混杂效应。结果表明:钢纤维与PET纤维格栅对水泥基复合材料抗折性能都有增强作用,但钢纤维在抗折性能上发挥了主要作用,导致抗折性能混杂效应并不明显;对于抗压性能,PET纤维格栅对其强度增长有弊,但钢纤维的增强效应弥补了PET纤维格栅的负作用。     

不同养护龄期和水灰比下纳米石墨烯片水泥基复合材料力学性能研究

研究了在不同水灰比和不同养护龄期下,纳米石墨烯片(GnPs)的加入对水泥基复合材料力学性能的影响,并利用SEM分析了GnPs对水泥基体的增强作用.结果 表明,在7d养护龄期下,GnPs的加入会降低水泥净浆的力学性能,但随着养护龄期的增加,水泥基复合材料的力学性能不断增强,同一掺量下,水灰比越大,抗折、抗压强度越低.28 d时,GnPs掺量为0.3wt％,水灰比为0.35下,材料抗折、抗压强度达到最大值,分别为12.47 MPa、102.11 MPa,较空白组分别提高29.8％、22.7％.微观分析表明,GnPs能够通过改变水泥水化产物的形貌及提高材料的密实度来提高其力学性能.     

不同种类纤维混凝土变形性能研究

研究了不同种类纤维混凝土轴心抗压强度、抗弯强度、静力受压弹性模量和抗弯弹性模量,分析了纤维种类对混凝土变形性能的影响。试验结果表明,聚丙烯纤维和钢纤维的掺人可提高混凝土的轴心抗压强度,而玻璃纤维对混凝土的轴心抗压强度的影响不明显。各种纤维的掺人可明显提高混凝土的抗弯强度,钢纤维的提高效果最明显。纤维混凝土的静力受压弹性模量和抗弯弹性模量随纤维弹性模量的不同而变化。     

钢纤维改善混凝土力学性能和微观结构的研究

研究了水胶比为0.45,钢纤维掺量为0、0.5％、1.0％、1.5％和2.0％的五种混凝土的力学性能以及其水化28天后的微观形貌.结果表明:钢纤维对混凝土的抗压强度改善并不明显,当钢纤维掺量为1.5％时,混凝土的抗压强度仅比普通混凝土提高了7.4％;但钢纤维的掺入大大提高了混凝土的劈裂抗拉强度和抗折强度,当钢纤维掺量为1.5％时,混凝土劈裂抗拉强度提高了80％,当钢纤维掺量为2.0％时,混凝土抗拉强度提高了近一倍.混凝土的宏观力学性能特征与微观结构分析结果相吻合.     

PVA纤维长度对超高韧性水泥基复合材料力学性能的影响

采用长度为6 mm、8 mm、12 mm的聚乙烯醇(PVA)纤维制备了超高韧性水泥基复合材料,研究了不同长度纤维对材料力学性能的影响.结果表明:纤维长度的增加会降低其在分散介质中的分散量,同时会明显抑制拌合浆体的流动性;纤维对水泥基体力学性能的改善主要发生在早期,同等掺量下,增加纤维长度可以使试样获得较高的力学性能,但增加纤维长度对力学性能的增强效果在28 d降低,掺12 mm纤维试样的28 d抗折强度出现了倒缩;12 mm纤维对试样3 d龄期韧性与延性的改善显著,但是对试样7 d、28 d韧性与延性的改善效果与6 mm、8 mm纤维相当;微观分析发现纤维使得水泥硬化浆体微观结构更加致密,12 mm纤维在抵抗破坏过程中受到的磨损较6 mm、8 mm纤维严重,且在试样中存在纤维的劣化现象.     

磷酸镁水泥应急固化模拟放射性核素90Sr

以重烧氧化镁、磷酸二氢钾、硼砂为原料制备磷酸镁水泥(MPC)快速固化模拟放射性核素90 Sr.研究了龄期对磷酸镁水泥固化体抗压强度的影响、不同Sr掺量对磷酸镁水泥固化体体积收缩的影响和不同温度、pH值对磷酸镁水泥固化体早期浸出性能影响,采用X射线衍射分析和扫描电镜探讨不同龄期磷酸镁水泥固化体的物相组成及微观结构.结果表明:磷酸镁水泥固化体抗压强度在2h～1d增长速度最快,1d时抗压强度达34.3 MPa;随着Sr掺量提高,磷酸镁水泥固化体收缩率增大;低温和碱性环境下磷酸镁水泥固化体累计浸出分数较高;磷酸镁水泥固化体微观结构随龄期增长而变致密,掺入Sr会阻碍磷酸镁水泥水化产物形成.     

碱激发磷渣基胶凝材料的性能及微观结构分析

以磷渣(PS)为主要原料,配合高炉矿渣(BFS),在碱性普通硅酸盐水泥(OPC)或氢氧化钙(CH)的作用下,制备碱激发磷渣基胶凝材料.主要研究PS/BFS质量配比、养护方式、OPC和CH掺量对材料抗压强度的影响,并通过XRD、FT-IR、TG-DTG、SEM-EDS等表征手段分析材料的物相组成和微观形貌.结果 表明,当PS/BFS质量比为7∶2、OPC掺量为10％或CH掺量为4％,蒸汽养护32 h时,二者对材料的激发效果及原理类似,其材料抗压强度分别达46.0 MPa、43.3 MPa,水化产物主要为水化硅酸钙(C-S-H)和水化硅铝酸钙(C-A-S-H)凝胶.     

聚甲醛-玄武岩混杂纤维增强砂浆力学性能

采用混掺聚甲醛(POM)纤维和玄武岩纤维(BF)的方法制备了一种多尺度纤维混杂体系的复合材料,研究了其抗折强度、抗压强度、弯曲韧性及直接拉伸强度等基本力学性能,并通过扫描电子显微镜和数码电子显微镜对其微观结构进行分析。抗折、抗压强度试验结果表明,混掺两种纤维试样的抗折强度和早期抗压强度均明显优于单掺POM纤维试样,然而,28 d抗压强度有小幅下降;三点弯曲试验结果表明,单掺POM纤维可以改善水泥基材料的韧性并提高材料的等效弯曲强度,混掺BF后,等效弯曲强度进一步提高。微观分析结果表明,POM纤维和BF与基体结合紧密,两种纤维在宏观和微观尺度上均起到协同作用,共同发挥阻止裂纹扩展的作用,从而改善水泥基复合材料的韧性并提高强度。     

材料组分对UHTCC力学性能的影响研究

通过立方体抗压试验和薄板四点弯曲试验,研究了水胶比、粉煤灰掺量、石英砂粒径对超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)力学性能的影响,并结合扫描电子显微镜(SEM)分析了UHTCC薄板试件断面的微观结构.试验结果表明,UHTCC薄板最大跨中挠度可达46.3 mm,最大极限抗弯强度可达9.6 MPa,均出现了应变硬化与多缝开裂现象.随着水胶比的增大,UHTCC抗压强度降低,四点弯曲强度降低,但水胶比过低或过高都不利于提高材料的延性.大掺量的粉煤灰会显著降低UHTCC抗压强度和四点弯曲的初裂强度,但能极大的提高材料的延性.粒径小的石英砂能改善UHTCC材料的弯曲强度和延性.SEM微观结构表明,纤维与基体之间通过桥联作用抑制微裂缝的发展,水胶比过低,断面纤维易被拉断,水胶比过高,断面纤维大量拔出,两者都不利于提高UHTCC的延性.     

碳纤维-钢纤维水泥基复合材料电学性能试验研究

为优化水泥基复合材料的电学性能,以碳纤维(CF)和钢纤维(SF)为导电材料,通过抗压强度试验、交流阻抗测试、扫描电镜测试和升温试验,研究了碳纤维和钢纤维的体积掺量对水泥基复合材料抗压强度和电学性能的影响。结果表明,碳纤维-钢纤维水泥基复合材料的抗压强度随碳纤维掺量增大呈先增大后减小的趋势。碳纤维、钢纤维的渗滤阈值分别为0.35%和0.6%(均为体积分数),复掺碳纤维和钢纤维使水泥基复合材料的导电性能大幅增强,产生了明显的正向混杂效应,碳纤维和钢纤维体积掺量达到渗滤阈值后,继续增大纤维掺量对导电性能的提升作用不大。用ZSimp Win软件拟合得到等效电路各电路元件数值,并结合SEM照片分析了导电机制。碳纤维-钢纤维水泥基复合材料具有良好的电热性能,当输入功率为7.9 W,通电30 min、60 min、90 min后,其平均温度可达到33℃、43℃、50℃,通过曲线拟合得到了温度随时间变化的回归方程。     

基于建筑施工造价管理的碳纤维复合材料开发与应用

基于建筑施工造价管理需要对建筑工程用碳纤维进行了表面改性处理,研究了碳纤维掺量和碳纤维长短对复合材料抗压强度和抗折强度的影响。结果表明,碳纤维与 SiO₂涂层改性碳纤维掺量对水泥基复合材料强度的影响趋势相同,即水泥基复合材料的抗折强度随着碳纤维掺量或者碳纤维长度增加逐渐增大,而抗压强度随碳纤维掺量增加先增大后减小,在碳纤维或 SiO₂涂层改性碳纤维掺量达到 0.6% 时取得抗压强度最大值。相同纤维掺量和相同纤维长度前提下,SiO₂涂层改性碳纤维对水泥基复合材料的改善效果优于未改性的碳纤维。涂层改性碳纤维和碳纤维增强水泥基复合材料的破坏机制都为纤维拔出破坏和断裂破坏,但是 SiO₂涂层改性碳纤维与基体的粘合力更强而造成拔出破坏更为显著。     

二氧化碳矿化波特兰水泥浆体性能与机制

CO₂捕集、利用与封存(CCUS)技术作为应对全球气候与环境危机的重要技术手段受到重视。利用水泥基材料的矿化反应吸收CO₂不仅可实现CO₂永久封存,改善产品力学性能,还能减少混凝土中水泥用量,从而减少大量CO₂排放。以OPC浆体为原材料,系统性研究不同因素(温度、CO₂添加量和CaCO₃掺杂量)对水泥固碳性能及力学性能的影响,并测试分析了矿化产物的组成、微观形貌及微观孔结构,总结了温度、CO₂与CaCO₃对OPC净浆矿化过程的相互影响机制,并归纳了外加碳酸钙下二氧化碳矿化OPC浆体的微观反应过程模型。结果表明,70℃下固碳率为77.99%,28 d强度提升6.7%,CO₂最佳添加量为0.5%,添加CaCO₃能提高OPC浆体的固碳率和强度,CaCO₃添加量为10%时,CO₂掺量可增至3%,同时保持强度增益。     

聚合硫酸铝改性矿渣硅酸盐水泥水化及其抗氯离子渗透性能研究

通过RCM法研究不同掺量聚合硫酸铝(0wt％、1wt％、2wt％、3wt％)加入后对矿粉掺量60wt％的矿渣硅酸盐水泥浆体水化及其抗氯离子渗透能力的影响.研究了抗压强度、孔隙率的变化并对水化产物的组成、含量、微观形貌进行了XRD、TG-DSC及SEM分析.实验结果表明,掺入聚合硫酸铝后可以提高矿渣硅酸盐水泥抗氯离子渗透性能,可以显著提高硬化浆体28 d龄期抗压强度,降低孔隙率,促进矿渣颗粒水化,提高水化产物生成量,使微观结构更密实.     

混杂纤维对活性粉末混凝土高温后抗压强度的影响

对混杂纤维活性粉末混凝土(RPC)不同温度等级作用并烧透(试件中心内置热电偶达到目标温度)后抗压强度进行了测试,研究了钢纤维和聚丙烯掺量对RPC抗压强度的影响.结果表明,RPC混凝土的抗压强度随着作用温度的升高总体呈下降趋势,钢纤维可以有效提高RPC混凝土抗压强度,而聚丙烯纤维可以改善RPC高温后性能和抑制爆裂,混杂纤维可优势互补.基于实验结果,给出了在钢纤维体积掺量2％,同时混掺聚丙烯体积掺量0、0.1％和0.2％下的RPC平均抗压强度与受火温度的关系式.     

聚乙烯醇纤维对磷建筑石膏基复合材料性能的影响

为了改善磷建筑石膏强度低、韧性差的不良特性,本文在磷建筑石膏基复合材料中掺入不同直径和掺量的聚乙烯醇纤维,通过试验分析探究聚乙烯醇纤维对磷建筑石膏基复合材料工作性能和力学性能的影响。结果表明,聚乙烯醇纤维的掺入能够显著降低浆体的流动度和缩短浆体的凝结时间。同时,聚乙烯醇纤维的掺入可以显著提高复合材料的力学强度,当纤维直径为15μm、体积掺量为1.6%时,复合材料的力学性能最佳,抗折强度、抗压强度、抗弯强度和抗拉强度分别为10.071、13.25、10.73和2.89 MPa。此外,通过SEM对材料结构的微观形貌进行观察,聚乙烯醇纤维能够分散在磷建筑石膏的孔隙和裂缝中,使复合材料的内部结构更加密实,提高了复合材料的力学性能。     

粉煤灰对PVA纤维/水泥基体界面作用及复合材料拉伸性能的影响

本文研究了粉煤灰掺量对基体强度、聚乙烯醇(PVA)纤维/水泥基体间界面作用以及无表面修饰PVA纤维应变硬化水泥基复合材料(SHCC)拉伸性能的影响。结果表明,随着粉煤灰掺量的增加,基体的28 d抗压强度在18~93 MPa内呈下降趋势。单轴拉伸试验结果表明,掺入20%(质量分数,下同)和50%粉煤灰对SHCC的影响不明显,随着粉煤灰掺量增至67%和80%,SHCC的多微缝开裂和应变硬化特征呈增强趋势,极限应变值也相应增大,最高达7.2%,并且具有轻质特性。单纤维拔出试验结果显示,高掺量粉煤灰不仅可以降低PVA纤维与基体间的化学黏结作用,还能减弱界面摩擦作用,从而有效抑制了PVA纤维在拔出过程中出现过早断裂,显著提高了无表面修饰PVA纤维SHCC的延展性。     

裂解碳包覆对SiC纳米纤维增强SiC陶瓷基复合材料性能的影响

以SiC纳米纤维(SiC_nf)为增强体,通过化学气相沉积在SiC纳米纤维表面沉积裂解碳(PyC)包覆层,并与SiC粉体、Al₂O₃-Y₂O₃烧结助剂共混制备陶瓷素坯,采用热压烧结工艺制备质量分数为10%的SiC纳米纤维增强SiC陶瓷基(SiC_nf/SiC)复合材料。研究了PyC包覆层沉积时间对SiC_nf/SiC陶瓷基复合材料的致密度、断裂面微观形貌和力学性能的影响。结果表明:在1 100 ℃下沉积60 min制备的PyC包覆层厚度为10 nm,且为结晶度较好的层状石墨结构;相比于纤维表面无包覆层的复合材料,复合材料的断裂韧性提高了35%,达到最大值(19.35±1.17) MPa·m^1/2,抗弯强度为(375.5±8.5) MPa,致密度为96.68%。复合材料的断裂截面可见部分纳米纤维拔出现象,但SiC_nf/SiC陶瓷基复合材料界面结合仍较强,纳米纤维拔出短,表现为脆性断裂。     

粉煤灰掺量对氯氧镁水泥混凝土物理力学性能的影响

为了拓展氯氧镁水泥(MOC)材料的应用领域,以盐湖提钾肥副产物水氯镁石、轻烧氧化镁和粉煤灰为胶凝材料,制备了不同粉煤灰掺量的氯氧镁水泥混凝土(MOCC)。研究了粉煤灰掺量对MOCC抗压强度、物相组成、微观形貌和孔结构的影响。结果表明:随着粉煤灰掺量的增加,MOCC的抗压强度逐渐降低,当粉煤灰掺量为40%(质量分数)时,其300 d抗压强度降低至39.99 MPa,降低了22.52%。MOCC的主要水化产物为5Mg(OH)₂·MgCl₂·8H₂O(5·1·8)和Mg(OH)₂,掺加粉煤灰并没有产生新的晶相。掺入粉煤灰增加了MOCC的孔隙率和有害孔体积,从而降低了其抗压强度。采用相同水灰比制备了普通硅酸盐水泥混凝土,抗压强度对比测试结果表明:掺40%的粉煤灰MOCC的抗压强度虽然比未掺粉煤灰MOCC抗压强度低,但仍比普通硅酸盐水泥混凝土300 d龄期的抗压强度(33.42 MPa)高出19.66%,说明MOCC比普通硅酸盐水泥混凝土具有较高的抗压强度。