纤维增强水泥基复合材料的流动性与流变性研究进展

纤维增强水泥基复合材料(Fibers reinforced cementitious composites,FRCC)具有优异的抗拉、抗弯、耐久性等硬化性能,因此被广泛应用于道路、桥梁等建筑工程中。但纤维的存在常导致材料在拌合状态下无法良好成型,进而导致其力学性能劣化。为了优化拌合物性能,其流动性与流变性受到了人们的广泛关注。传统的流动性试验能够快速检验拌合物是否达到了成型要求,但存在人工误差并且测试范围有限;而流变试验则能反映出拌合物在剪切应力条件下材料各组分之间的相互作用,但难以应用于工程。两种试验各有利弊,但互为补充。因此,建立拌合物流动性与流变性之间的关系成为研究水泥基材料拌合性能的必然趋势。为了分析二者的关系,流动性能与流变性能的机理分析是必要的。在实验设计中,研究者们通常采用的手段是对材料的组分进行调整,宏观调控基准配合比或者改变纤维参数,通过对比各因素下拌合物的流动参数及流变参数,或结合硬化材料的微观结构,最终得到拌合性能与硬化性能俱佳的最优化配比。在这一过程中,可获得流动参数与流变参数的变化规律,由数学拟合或者分析模型则可以得到二者关系式。水泥基材料最初的流动-流变关系式由此得来。然而,这种传统分析方法的适用性受到外加剂、材料品种、分析模型等多方面差异的影响,其关系式的物理意义及适用性都是模糊不清的。由于高性能纤维水泥基材料逐渐成为研究对象,低水胶比的设计要求必然导致减水剂的大量使用,多种矿物外加剂的复掺也会改变基体的内部结构,使分析环境更为复杂。此外,关系式的建立依赖于流变分析模型,不同的纤维水泥基材料对应的流变模型也可能不同,这些因素都导致传统的流动-流变关系式无法应用于新型的、掺有纤维的水泥基材料。为了减少因素变化给关系式带来的影响,基于材料自身性质的分析方法是可取的。以材料固有属性为参数建立关系式,试验数据仅作为验证,最终得到的关系式不以试验条件为转移,具有更广泛的适用性与可靠性。本文通过综述FRCC拌合物性能的研究进展,分析了不同纤维因素和基体因素对FRCC拌合物性能的影响方式,探讨了FRCC拌合物的流动性与流变性的关系,指出了现阶段对FRCC拌合物性能研究的不足,为以多尺度混杂纤维增强水泥基材料(Hybrid fibers reinforced cementitious composites,HyFRCC)为代表的新型FRCC的拌合物性能研究提供参考。     

基于正交试验的850吨冷剪机剪切失效机理分析及其优化设计

以减小850吨冷剪机剪切力为研究目的,从冷剪机剪切机理及特点出发,采用正交试验法分析剪切间隙、剪刃倾角、剪切速度、剪刃刀面宽度及剪刃重叠量等参数对剪切力的影响,分别以方差、极差及显著性作为影响因素的指标,并对其进行优先级排序,进而优化剪切参数,减小剪切力。优化剪切参数前后的冷剪机现场试验表明,优化前后冷剪机剪切力的实测值与仿真值误差均在5%以内,仿真结果可靠。采用优化后的剪切参数,冷剪机剪切相同规格钢筋时,上剪刃最大剪切力减小了5.84 kN,减小约13%,下剪刃最大剪切力减小了4.77 kN,减小约9.7%。经车间反馈,使用优化后的剪切参数可大幅延长冷剪机剪刃崩刃和磨损的周期,增长剪刃寿命和提高剪切效率。该研究对提高设备经济性和生产效率具有重要意义,可应用于同类型冷剪机的工程设计。