高性能混凝土早期抗裂与性能研究(一)

针对高性能混凝土容易发生早期开裂的问题,研究了掺加聚丙烯纤维和活性掺合料对混凝土的变形性能、抵抗塑性收缩开裂和干燥收缩开裂的影响,并对C 40纤维高性能混凝土的力学性能、极限拉应变、干燥收缩和氯离子渗透等综合性能进行了研究.结果表明,采用大圆环试验方法和平板试验方法可较好地评价混凝土和砂浆的开裂性能,掺0.9 kg/m3聚丙烯纤维和20 %掺合料(矿渣与粉煤灰各10 %)的C 40高性能混凝土具有良好的工作性和力学性能,抗氯离子渗透能力改善,极限拉应变提高,抗裂效果明显.     

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.     

不同PVA纤维增强水泥基复合材料性能试验研究

对比研究了日本PVA纤维（J-PVA纤维）和国产PVA纤维（C-PVA、S-PVA纤维）对工程水泥基复合材料（ECC）性能影响的差异。结果表明：在纤维体积掺量为2.0%的条件下，掺J-PVA纤维的ECC能够完全实现多点开裂，应变硬化特征显著，28 d极限拉应变在3.7%以上；掺C-PVA纤维ECC的28 d极限拉应变在2.1%以上，增韧效果良好，且具有明显的价格优势，在实际工程应用中具有较强的竞争力；S-PVA纤维对ECC性能的改善效果不如J-PVA纤维和C-PVA纤维，工程应用中应注意优选甄别。     

工程纤维增强水泥基复合材料PVA-ECC单轴受拉性能研究

通过对工程纤维增强水泥基复合材料PVA-ECC的单轴受拉强度和变形特性试验,研究PVA纤维体积率、水胶比与砂胶比对ECC抗拉性能的影响,研究结果表明,随着PVA纤维体积掺量的增加,ECC的抗拉强度与极限拉应变明显增大,其受拉应变-硬化特性也越明显;水胶比增大,PVA-ECC的抗拉强度降低,但极限拉应变增大且可明显改善其受拉应变硬化特性;砂胶比为0.36时,PVA-ECC的极限拉应变最大,继续增大砂胶比,将不利于PVA-ECC受拉应变-硬化特性的发挥。     

混掺精细钢纤维/PVA纤维水泥基复合材料力学性能试验研究

对混掺聚乙烯醇纤维(PVA)与12 mm两端直勾型精细钢纤维的水泥基复合材料进行立方体抗压和哑铃试件轴向拉伸试验,分析纤维掺量对混掺纤维水泥基复合材料抗压、抗拉强度和韧性的影响规律。结果表明:混掺精细钢纤维可以提高水泥基复合材料的立方体抗压强度、抗拉强度和韧性;随着精细钢纤维的增加,其抗压强度、抗拉强度和极限拉应变呈先增大后降低的趋势,当精细钢纤维掺量为1.2%时,28 d立方体抗压强度平均值比单掺PVA纤维提高了61.9%;当精细钢纤维掺量为0.8%时,28 d抗拉强度和极限拉应变分别比单掺PVA纤维提高了56.9%和240%。     

PVA纤维增强水泥基复合材料拉伸性能的影响因素研究

通过聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料（PVA-ECC）轴向拉伸试验,研究了水胶比、PVA纤维掺量、砂的种类和级配对PVA-ECC拉伸性能的影响,并利用扫描电镜（SEM）分析了砂种类和级配的影响机理。结果表明：当水胶比在0.28～0.34范围内时,PVA-ECC的极限拉应变随水胶比的增大而降低,当水胶比由0.28增至0.32时,PVAECC的极限拉应变仍大于3.0%,而当水胶比达到0.34时,PVA-ECC的极限拉应变小于3.0%;随着PVA纤维掺量的增加,PVA-ECC的极限抗拉强度增大,但极限拉应变呈先减小后增大的趋势;砂的种类和级配对PVA-ECC的拉伸性能有影响,选择粒径为0.075～0.150 mm的石英砂作为PVA-ECC的细骨料对PVA-ECC的拉伸性能最有利。     

碳纤维编织网增强超高韧性水泥基复合材料弯曲性能的试验研究

短纤维增强超高韧性水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,通常称为ECC材料)可以将传统水泥基材料在抗拉荷载下单一裂纹的宏观开裂模式转化为多条细密裂缝的微观开裂模式,其极限拉伸应变可达2%甚至达6%,具有典型的应变硬化特性、显著的韧性特征和优良的耐久性能。纤维编织网增强混凝土(Textile Reinforced Concrete,简称TRC)同样是一种新型的纤维增强水泥基复合材料,在这种复合材料结构中,直接将纤维粗纱沿混凝土结构中的应力主向连续布置,纤维对基体的增强效果得到了显著提高。采用纤维编织网与PVA短纤维相结合研究开发新型混凝土结构防裂新技术,结合PVA短纤维增强ECC和纤维编织网两种材料的优点,可以获得更为优良的抗裂和控制裂缝的能力,从而极大程度地提高混凝土结构的耐久性和使用寿命。通过四点弯曲试验,研究纤维编织网表面处理方法、水胶比、PVA纤维掺量对此种复合材料裂缝控制能力和承载能力的影响,并与TRC的弯曲性能作了比较。     

高应变率下新型纤维砂浆动态劈拉特性

采用分离式霍普金森压杆(SHPB)冲击试验,研究了超高分子聚乙烯(UHMWPE)纤维砂浆、聚乙烯醇(PVA)纤维砂浆试件的动态劈拉特性,阐述了纤维砂浆动态劈拉强度和动态增长因子的应变率效应;提出了静动态统一的纤维砂浆劈拉强度拟合公式;结合试件破坏形态和能量耗散,分析了纤维砂浆劈拉性能的优劣.结果表明:相对于PVA纤维砂浆,UHMWPE纤维砂浆抗拉增强效应更加突出;不同类型的PVA纤维砂浆动态力学性能存在明显差异;纤维砂浆动态劈拉强度、动态增长因子和能量耗散均随加载应变率增大而增长;相比素砂浆,掺1.8kg/m~3的UHMWPE纤维砂浆最大动力耗散能Ws,max大约提高15%.     

SMA/PVA混杂纤维增强水泥基复合材料拉伸性能

为研究形状记忆合金（SMA）/聚乙烯醇（PVA）混杂纤维增强水泥基复合材料（SMA/PVA-ECC）的拉伸性能,开展单轴拉伸试验,分析了SMA/PVA-ECC试件的破坏现象、应力-应变曲线及特征参数,比较了SMA纤维掺量及其直径对试件拉伸性能的影响.结果表明：SMA/PVA-ECC试件卸载后残余裂缝宽度显著减小;SMA纤维掺量及其直径对试件拉伸性能影响显著,当SMA纤维直径为0.2 mm、掺量为0.2%时,试件综合拉伸性能最好,其初裂强度、极限拉伸应力及应变较工程水泥基复合材料（ECC）试件分别提高56.4%、23.6%及13.4%.     

废玻璃粉对高延性水泥基复合材料性能的影响

采用粒径为75~300μm的废玻璃粉取代部分河砂制备了高延性水泥基复合材料(HDCC),研究了废玻璃粉取代率(10%、20%、30%)对HDCC抗压、抗拉和抗弯性能以及流动性的影响。结果表明:废玻璃粉的掺入提高了HDCC的流动度;HDCC的抗压强度随废玻璃粉取代率的增加而增大;当废玻璃粉取代率为10%时,HDCC的拉伸性能略有改善,取代率继续增大时,抗拉性能劣化;随废玻璃粉取代率的增加,HDCC的弯曲韧性降低,裂缝数量减少,裂缝宽度增大。此外,拉伸过程中废玻璃粉对PVA纤维有刮伤,削弱了PVA纤维的拉伸性能,导致HDCC的抗拉强度和抗弯强度降低。     

纤维桥接裂缝过程与分布对水泥基材料弯曲性能影响

对3类不同粉煤灰掺量下形成的聚乙烯醇(PVA)纤维水泥基材料,通过三点弯曲试验测试,研究了PVA纤维水泥基材料的弯曲性能;通过对PVA纤维水泥基材料断裂面处纤维表面、纤维嵌入端和纤维拉断或拔出端的扫描电镜影像分析,研究了PVA纤维-(水泥)基体界面微观结构,揭示了PVA纤维桥接裂缝过程;通过PVA纤维水泥基材料样本抛光表面的荧光影像,量化测定了PVA纤维在基体中的分布.结果表明:掺入粉煤灰后PVA纤维对水泥基材料增强增韧作用增加,高掺量下效果更显著;掺入粉煤灰后裂缝处PVA纤维的桥接应力和纤维-基体界面黏结力降低,随着裂缝的扩展,PVA纤维由短距离滑动转变为长距离滑动,纤维桥接裂缝的效率提高,增强增韧的作用增加;掺入粉煤灰后基体结构更加均匀,PVA纤维分布系数增大,PVA纤维对水泥基材料的增强增韧作用提高.     

挤压纤维增强水泥板及复合梁抗弯与耐久性能

研究了水灰比、纤维种类、掺量和水泥基材对挤压成型纤维水泥板及其复合梁的力学性能与耐久性能的影响。结果表明掺加纤维后板材韧性有显著改善;PVA纤维增强板材当纤维掺量达1.7%时表现应变硬化,出现多点开裂;PP纤维则呈现应变软化。两种纤维增强水泥基材料性能的差异是由于纤维自身性能的不同。以纤维增强板为底板,制作的纤维板/混凝土复合梁的极限荷载和相应挠度,与普通混凝土梁相比都得以改善;同时与普通混凝土梁相比,复合梁的抗氯离子渗透性能更好。     

纤维织物增强高延性混凝土单轴拉伸性能试验研究

为研究纤维织物增强高延性混凝土(HDC)的单轴拉伸力学性能,设计7组对比试件、21组碳纤维织物和21组玻璃纤维织物增强HDC单轴拉伸试件,研究短PVA纤维掺量、纤维织物配网率和基体类型对拉伸力学性能的影响。结果表明：PVA纤维可有效改善织物 基体的界面特性和试件的破坏形态,提高纤维织物的利用率;随PVA纤维掺量和织物配网率的增加,试件逐渐展现出多缝开裂特征,纤维织物增强HDC的单轴抗拉强度大幅提高。最后,根据试验结果提出与PVA纤维掺量相关的短纤维指数以考虑PVA纤维掺量和织物 短纤维的耦合作用,可用于计算纤维织物增强HDC的抗拉强度,为实际工程中的应用提供依据。     

钢—高强钢纤维混凝土组合梁负弯矩区裂缝研究

对钢—高强钢纤维混凝土组合梁的抗裂性能及其裂缝开展宽度进行反位试验研究,研究了高强钢纤维混凝土在各个加载阶段的裂缝开展情况。研究表明,高强钢纤维混凝土具有开裂荷载较高、相同加载水平条件下裂缝宽度较小、相同挠曲变形时裂缝比较密集、最大裂缝宽度较小的特点,且达到使用极限状态时荷载水平较高。     

短纤维及混杂纤维砂浆轴向拉伸试验研究

采用自行设计的试验加载装置，对在砂浆中分别掺人钢纤维、PVA纤维以及同时掺人两种纤维的水泥基复合材料进行了直接拉伸试验，成功地获得了完整的应力-应变全曲线．数据采集采用动态应变测试系统，结果表明，在砂浆中掺人钢纤维．可以大大提高基体的抗拉强度及韧性，试件的最终破坏取决于钢纤维与基体之间的界面粘结强度；在砂浆中掺人PVA纤维对提高基体的抗拉强度有限，但却可以较大幅度地提高基体的韧性，试件的破坏是随着纤维的逐渐断裂而破坏。混杂纤维增强砂浆的破坏形式则是由基体、钢纤维、PVA纤维的材料特性共同决定。     

PVA纤维混凝土梁裂缝试验分析

纤维的加入使得混凝土梁的受力性能有所改变 ,对普通混凝土梁规范所给出的开裂荷载、极限荷载、裂缝宽度计算公式就不再适用。通过对高强高弹聚乙烯醇纤维 (简称PVA纤维 )配筋梁受弯试验 ,对梁的裂缝进行了研究 ,在试验数据的基础上 ,拟合出PVA纤维混凝土梁的裂缝宽度的计算公式 ,对纤维混凝土裂缝宽度的计算提出建议     

混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料的弯曲性能预测

基于混凝土断裂力学与细观力学理论,同时考虑钢纤维(SF)/聚乙烯醇(PVA)混杂纤维对应变硬化水泥基复合材料(SHCC)弯曲性能的影响,提出了一种适用于SF/PVA纤维混杂SHCC(SF-PVA/SHCC)弯曲性能的预测方法.开展了SF-PVA/SHCC弯曲性能试验,分析了纤维种类和掺量对SHCC抗弯强度、极限弯曲挠度及弯曲荷载挠度曲线的影响.结果表明所提出的弯曲性能计算方法可以较好地预测SF-PVA/SHCC的抗弯强度和极限弯曲挠度.     

Cracking resistance performance of super vertical-distance pumped SFRC

The mix ratio of steel fiber reinforced concrete (SFRC) was optimized using the principles that workability must meet the pumping demand and anti-cracking performance should be optimal. The effect of SFRC on the initial cracking load, the ultimate load and the crack width of the reinforced concrete (RC) member were analyzed in this paper. It was found that the admixture had good preservation of moisture and adhesion and the fibers distributed homogeneously in one hour out of the machine. According to the pumping results, the SFRC could be pumped vertically up to 306 m. Based on the standard computation formula of cracks, the maximum crack width of an RC member with 0.8% steel fiber (by volume) is about 32% lower than that of standard RC member. Through an experimental research on full-scale model tests for the steel and concrete composite anchorage zone on a pylon, the SFRC not only remarkably increases the crack resistance and the ultimate load, but the initial load also improves 33% approximately. It is also indicated that plastic shrinkage cracking of SFRC in which volume fraction of steel fibers is 0.8% can be restrained obviously and the unrestrained drying shrinkage can be diminished by about 50% at early age. The results confirmed that the SFRC can lessen the shrinkage crack of concrete and enhance markedly the direct tensile strength. Therefore, the SFRC can solve the key question of crack resistance for the anchorage zone of a bridge tower.