有机纤维与聚合物复掺改性水泥砂浆力学性能研究

要 在固定水灰比为0.35条件下,分别研究了聚酯纤维、聚合物丁苯乳液单掺与复掺时对水泥混凝土抗压抗折强度、折压比的影响.结果表明:单掺聚酯纤维在一定掺量下可以不同程度地提高水泥砂浆的抗压抗折强度,折压比随着聚酯纤维含量的增加呈先减小后增加的趋势;单掺聚合物乳液降低了水泥砂浆的抗压强度,而折压比则随聚合物乳液掺量增加呈现逐步变大的趋势;聚酯纤维与聚合物乳液复掺时,聚合物乳液的掺入使聚酯纤维混凝土的抗压强度出现小幅降低,增强了其抗折强度,提高了其折压比,当纤维体积掺量为0.1％、聚灰比为15％时,聚酯纤维聚合物水泥混凝土的柔性最大;纤维-聚合物复掺能够使其性能得到进一步改善,效果优于两者的单掺效果.并通过扫描电镜探讨了聚酯纤维与聚合物乳液在水泥砂浆中的作用机理,表明两者复掺有效填充了水泥基材料内部的宏观与微观缺陷,提高了界面过渡区的密实程度.     

聚乙烯醇纤维对盐冻混凝土抗折强度的影响

通过聚乙烯醇纤维增强混凝土(PVA-FRC)试件和素混凝土试件28 d弯曲抗折试验和300次盐冻后弯曲抗折试验,考察盐冻对混凝土试件弯曲抗折强度的损伤和纤维对盐冻前后混凝土试件弯曲抗折强度的增强作用.设置了3种纤维体积掺量的PVA-FRC试件,并在纤维体积掺量为1.5％的基础上,分别以10％硅灰和20％粉煤灰替代等量水泥试图提高PVA-FRC试件盐冻前后抗折强度.结果表明,PVA-FRC试件盐冻前后抗折强度均大于素混凝土试件盐冻前后抗折强度,纤维体积掺量为1.5％的PVA-FRC试件盐冻前后增益比最大;PVA-FRC试件盐冻后抗折强度损伤量远小于素混凝土试件抗折强度损伤量,纤维体积掺量为1.5％的PVA-FRC试件损伤量最低;硅灰和粉煤灰的掺加没有提高PVA-FRC试件盐冻前后的抗折强度,也没能降低PVA-FRC试件盐冻后抗折强度损伤量.     

短切玄武岩纤维混凝土力学性能试验与分析

为了研究短切玄武岩纤维掺量变化对混凝土基本力学性能的影响,对6种不同体积掺量的短切玄武岩纤维混凝土(BFRC)分别进行立方体抗压、轴心抗压、劈裂抗拉、抗折试验;基于试验结果,通过BP(Back Propagation)神经网路强度预测模型的构建,对附加纤维掺量的混凝土进行强度训练及预测。试验实测数据表明:掺入短切玄武岩纤维对混凝土早期抗压强度的发展有着延缓作用;当纤维掺量为0.1%时,抗压强度达到峰值。随着纤维掺量的增加,劈拉强度增幅较大,抗折强度保持上升趋势。通过BP神经网络的训练及发展趋势预测,结果表明:当纤维体积掺量为0.1%时,抗压强度达到最大值;劈拉强度与抗折强度则随着纤维掺量的增加而持续增大。基于试验数据及预测结果,得出短切玄武岩纤维的最佳体积掺量。     

钢纤维形状与掺量对UHPC施工及力学特性的影响

选用四种平直及两种端钩钢纤维,研究钢纤维体积掺量、长径比、形状、同形及异形纤维混掺对超高性能混凝土(UHPC)施工及力学性能的影响.通过相关实验得到了UHPC扩展度、抗压强度、抗折强度、能量吸收、断裂能及弯曲应力-挠度曲线;基于弯曲应力-挠度曲线及改进后的规范方法计算了UHPC的弯曲韧性指标;最后,开展了最佳纤维混掺比例的研究.结果表明:纤维掺量每增加0.5％,UHPC扩展度平均降幅为2.72％,抗压强度平均增幅为5.79％.抗折强度、弯曲韧性指数和能量吸收则先增后减(临界掺量为3.5％),断裂能呈上下波动(在3％时达最低值).随着纤维长径比的增大,UHPC扩展度降低,抗压强度、抗折强度、弯曲韧性指数、能量吸收值和断裂能基本呈递增趋势.相同长径比时,端钩形纤维UHPC扩展度、弯曲韧性指数优于平直形纤维,抗压强度、抗折强度、能量吸收、断裂能低于平直形纤维.同形纤维混掺UHPC扩展度、抗压强度稍低于对应的单掺纤维,弯曲韧性、能量吸收、断裂能总体上优于单掺试件;异形纤维混掺UHPC扩展度、抗压强度稍低于单掺试件,抗折强度与单掺试件各有所长,弯曲韧性、能量吸收及断裂能绝大多数优于单掺纤维.UHPC抗折强度变异性高于其抗压强度.单掺和混掺纤维时,UHPC试件的抗压强度、抗折强度综合最优分别为173.53 MPa、44.9 MPa和160.9 MPa、55.72 MPa;纤维混掺最佳组合为18 mm平直形、16 mm端钩形,且两者混掺比例为1:1时,UHPC的综合力学性能较优.     

纤维及矿物掺合料对煤矸石混凝土力学性能的改性研究

以煤矸石全替代普通混凝土中粗骨料的煤矸石混凝土为基础,研究不同体积掺量的聚乙烯醇(PVA)、聚丙烯(PP)及钢(ST)纤维对其力学性能的影响。选取最优力学性能下的纤维种类与掺量,继而探求其对单掺粉煤灰及粉煤灰/矿粉复掺替代部分水泥时的煤矸石混凝土力学性能的改性作用,得出最佳改性煤矸石混凝土配合比。结果表明,PVA、PP纤维掺量过多抑制了煤矸石混凝土的强度发展,存在最佳掺量,ST纤维在体积掺量为2%时,相较其他组可以最大幅度提高煤矸石混凝土的力学性能,其中对混凝土劈裂抗拉强度具有最佳改性效果。随着粉煤灰替代率的增加,降低了煤矸石混凝土的强度,30%替代率下粉煤灰/矿粉掺比为1∶2时煤矸石混凝土出现了矿物掺合料替代组合中的强度峰值,2%体积掺量的ST纤维对此时煤矸石混凝土改性后,使其达到了最优力学性能。     

碳纳米管-碳纤维复合改性混凝土力学性能研究

碳纳米管-碳纤维复合增强体(CNTs-CF)是一种在碳纤维(CF)表面引入碳纳米管(CNTs)构筑而成的新型纤维材料。按照利用CNTs-CF作为跨尺度增强组分对混凝土进行改性的思路，制备出五种CNTs-CF体积掺量(0%、0.1%、0.2%、0.3%和0.4%)的碳纳米管-碳纤维复合改性混凝土(CCMC),测试了CCMC的抗压强度、抗折强度、折压比(抗折强度与抗压强度的比值)及破坏形态等性能指标，进而结合扫描电镜(SEM)图像，分析了CNTs-CF对混凝土基本力学性能的增效机理。结果表明：掺加适量的CNTs-CF有利于混凝土抗压强度和抗折强度的提升，并且CNTs-CF在混凝土基体中的体积掺量存在相对最佳值。与未配置CNTs-CF的普通混凝土相比，当CNTs-CF体积掺量为0.3%时，CCMC的抗压强度提高了8.79%,抗折强度提高了27.76%。在本试验的纤维掺量范围内，CCMC的折压比随CNTs-CF体积掺量的增加呈现出递增趋势，提高幅度为8.47%～19.16%。掺入CNTs-CF后，混凝土的脆性破坏特征有所减弱，在受荷失效时，其仍可保持较好的完整性，坏而不散、裂而不断。CNTs-...     

纤维增强橡胶砂浆抗冲击性能研究

使用PVA纤维来增强橡胶砂浆的抗冲击性能,通过落锤试验研究PVA纤维体积掺量、纤维长度对橡胶砂浆冲击性能的影响规律,并通过抗压、抗折试验探究PVA纤维掺入后对橡胶砂浆的力学强度影响。试验结果表明,纤维的掺入对试件抗冲击韧性性能改善效果显著。橡胶等体积替代10%细集料时,9 mm PVA纤掺量为0.10%增强效果最佳,抗压强度、抗折强度出现峰值,冲击韧性提升明显。     

低模量聚酯纤维/水泥基复合材料抗冲击性能及损伤机制

研究聚酯纤维长径比、掺量对混凝土抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度、断裂韧性及冲击荷载等力学性能的影响;运用复合材料理论和纤维间距理论对聚酯纤维/混凝土增韧阻裂机制进行研究,结合SEM观察微观形貌分析纤维长径比与掺量对增韧阻裂机制的影响;采用正交试验设计方法及激光扫描共聚焦显微镜(LSCM)研究冲击高度、试件厚度、长径比及掺量对纤维/混凝土抗冲击性能的影响。结果表明,长径比为300与600的聚酯纤维会降低混凝土抗压强度,低掺量长径比为150的聚酯纤维通过提高混凝土致密程度使混凝土抗压强度有所提升;在抗拉强度方面长径比为150的聚酯纤维主要以缺陷形式存在,长径比为300的聚酯纤维对改善混凝土内部拉结作用最显著,3%(与胶凝材料体积比)掺量聚酯纤维对提高混凝土抗折强度最显著;对于混凝土断裂韧性,长径比为300与600的聚酯纤维/混凝土断裂韧性提高明显,通过SEM微观形貌发现纤维拉结作用产生的微裂纹会提高混凝土耗能能力,从而提高混凝土极限荷载与破坏时中心挠度,长径比为300的聚酯纤维/混凝土抗拉强度变化规律与复合材料理论和纤维间距理论分析结果较吻合;冲击高度为影响冲击荷载大小的主要因素,纤维长径比较纤维掺量影响较大,通过LSCM三维损伤形貌分析得出长径比为150的聚酯纤维对混凝土材料损伤改善效果较显著,同等掺量下长径比为150的聚酯纤维间距较小导致混凝土局部力学性能提高,从而提高混凝土抗冲击性能。      

钢纤维混凝土电磁屏蔽性能实验研究

实验研究了纤维体积掺量相同情况下，4种不同纤维长度的钢纤维混凝土电磁屏蔽性能，并对其屏蔽规律进行了分析、比较。探讨了纤维长度对钢纤维混凝土电磁屏蔽性能的影响机理。当纤维体积掺量为2A％，纤维长度为18或12mm时，钢纤维混凝土电磁屏蔽效能在0-3～1000MHz频带内达到20dB以上。其中掺入长度为18mm钢纤维时，在0．3MHz最高达到65dB，掺入长度为6mm钢纤维时，在1．0GHz最高达到41dB。     

PVA及玄武岩纤维对水泥基复合材料力学性能的影响

在水泥基复合材料中掺入适量纤维可显著改善其物理力学性能,但有机-无机混杂纤维对水泥材料性能的影响目前研究不多。进行了单掺PVA纤维、单掺玄武岩纤维以及复掺两种纤维的水泥基复合材料力学性能实验。结果表明,单掺1.6%(体积分数)的短PVA纤维时,水泥基复合材料的抗折强度降低7%、抗压强度提升31%、折压比降低24%;单掺0.3%(体积分数)的短玄武岩纤维时,水泥基复合材料的抗折强度降低8%、抗压强度提升15.7%、折压比降低20%;掺0.3%(体积分数)短玄武岩纤维和0.5%(体积分数)短PVA纤维时,水泥基复合材料的抗折强度几乎无影响,抗压强度显著提升,折压比相对减少,其综合性能最优。     

透水沥青混凝土单轴冲击压缩特性研究

为研究透水沥青混凝土的动态力学特性,采用74 mm钢质分离式霍普金森压杆装置对不掺纤维和掺0.3%聚酯纤维的透水沥青混凝土进行了不同应变率的单轴冲击压缩试验。研究表明,透水沥青混凝土具有明显的应变率效应,试件压缩率随着应变率的增大而提高,掺聚酯纤维透水沥青混凝土的压缩率是不掺纤维的1.2倍左右;透水沥青混凝土的动态应力-应变曲线可分为弹性变形阶段、塑性变形阶段和破坏阶段。从试件的破坏形态可以看出,集料的断裂是透水沥青混凝土破坏的主要原因。在透水沥青混凝土中掺加聚酯纤维能够延缓裂缝的出现和开展,提高材料的冲击抗压强度,增幅最大为45.1%。     

纤维/高强混凝土抗冻性能试验

通过纤维/高强混凝土快速冻融循环试验,从试件外观损伤形态、相对动弹性模量、抗冻等级、抗冻耐久性指数角度,研究了不同纤维体积分数的玄武岩纤维、纤维素纤维和不同纤维长度的玄武岩纤维对C60高强混凝土抗冻性能的影响。结果表明,加入玄武岩或纤维素纤维可改善C60高强混凝土的外观剥落损伤程度。C60高强混凝土的抗冻性均随玄武岩纤维（长度为18 mm）和纤维素纤维体积分数的增大而提高,在体积分数0.10vol%~0.20vol%内,前者的提高程度远大于后者,玄武岩纤维/高强混凝土能在更严酷的寒冷环境中满足更久的使用时间。玄武岩纤维长度的改变对C60高强混凝土的抗冻性影响较大,相对于18 mm长度,6 mm和30 mm长度的玄武岩纤维对C60高强混凝土抗冻性能改善作用很有限。      

粗骨料与钢纤维对超高性能混凝土单轴拉伸性能的影响

为了提高含粗骨料超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete,UHPC)的单轴拉伸性能,采用单轴拉伸试验和图像分析技术分别研究了粗骨料掺量、颗粒粒径对含粗骨料UHPC单轴拉伸性能和钢纤维在UHPC体系中分散性能的影响规律。结果表明,随着粗骨料掺量及颗粒粒径的增大,钢纤维在UHPC体系中的分散系数和取向系数显著降低,含粗骨料UHPC的单轴拉伸初裂强度、裂后强度和耗能也随之减小。根据粗骨料颗粒最大粒径与钢纤维体积分数、直径间的匹配关系式(Dmax=3df/(Vf)0.5),采用纤维混杂可以充分发挥多尺度纤维与具有不同粒径分布的骨料间的分级匹配关系;粗骨料体积分数和颗粒最大粒径分别为10%和10mm时,采用平直钢纤维(直径0.12mm、长度10mm、体积掺量1.2%)和端钩钢纤维(直径0.35 mm、长度20mm、体积掺量1.8%)混杂实现了含粗骨料UHPC的单轴拉伸性能的提升,其裂后强度和耗能分别为8.69 MPa和11.10J。     

有机仿钢纤维和钢纤维对钢渣混凝土性能的影响

研究有机仿钢纤维和钢纤维对含钢渣的硅酸盐水泥混凝土力学性能的影响规律,从而选出最佳掺量,并对其作用机理进行探讨。利用水银压入测孔仪和电化学分析仪,对养护28 d混凝土中的水化产物组成及其水化混凝土孔结构及分布、微观结构进行测试分析。结果表明:添加钢渣能够降低水泥混凝土的早期强度,但随着时间的延长,添加适量钢渣可以提高混凝土结构的致密性,提高后期强度。添加适量钢纤维和仿钢纤维亦可提高混凝土的力学性能。钢渣、钢纤维和仿钢纤维的最佳掺量分别为:w(钢渣)=30%,φ(钢纤维)=1.0%,φ(仿钢纤维)=0.7%。     

Thermo-mechanical properties of fiber reinforced raw perlite concrete

The effect of hooked steel, wavy steel and polypropylene fibers on the thermo-mechanical properties of raw perlite aggregate concrete was investigated. In order to determine the effect of fiber ratio on the thermo-mechanical properties of 100% raw perlite concrete, 0.25%, 0.75%, 1.25%, and 1.75% fiber ratios were used by volume of the sample and also, 350 kg/m³ cement dosage and 3 ± 1 cm slump were used. When compared to the control sample that contains no fiber, (1) with the increase of steel fiber ratio in the mixtures thermal conductivity (TC), unit weight, splitting-tensile strength, and flexural strength of concretes increased, (2) with the increase of steel fiber ratio in the mixtures compressive strength of concretes decreased, and (3) with the increase of polypropylene fiber ratio in the mixtures TC, unit weight, compressive strength, splitting-tensile strength, and flexural strength of concretes decreased.     

Static and dynamic compressive properties of ultra-high performance concrete (UHPC) with hybrid steel fiber reinforcements

Ultra-high performance concrete (UHPC) is promising in construction of concrete structures that suffer impact and explosive loads. In order to make UHPC structures more ductile and cost-effective, hybrid fiber reinforcements are often incorporated. In this study, a reference UHPC mixture with no fiber reinforcement and five mixtures with a single type of fiber reinforcement or hybrid fiber reinforcements of 6 and 13 mm in length at a total dosage of 2%, by the volume of concrete, were prepared. Quasi-static compressive and flexural properties of those mixtures were investigated. Split Hopkinson press bar (SHPB) testing was adopted to evaluate their dynamic compressive properties under three impact velocities. Test results indicated that UHPC with 1.5% long fiber reinforcements and 0.5% short fiber reinforcements demonstrated the best static and dynamic mechanical properties. The static compressive and flexural strengths of UHPC with 2% long fiber reinforcements were greater than those with 2% short fiber reinforcements, whereas comparable dynamic compressive properties were observed. Strain rate effect was observed for the dynamic compressive properties, including peak stress, dynamic increase factor, and absorbed energy. The reinforcing mechanisms of hybrid fiber reinforcements in UHPC were eventually discussed.     

钢管钢纤维高强混凝土抗冲击压缩性能的试验研究与数值模拟

遮弹层的建成及优化对防护工程的发展尤为重要。钢管钢纤维高强混凝土蜂窝遮弹层是一种具有高强抗力的新型遮弹层,文章对其组成构件钢管钢纤维高强混凝土进行霍普金森压杆(SHPB)动态力学性能试验,并借助动力有限元分析软件LSDYNA进行数值模拟。冲击压缩试验中,试件的钢纤维掺量分别为0%、0.5%、1.0%、1.5%,钢管壁厚分别为2mm、3mm。结果表明钢管钢纤维高强混凝土具有应变率强化效应,应变率越高,试件的动态抗压强度越大。当气压为1.0 MPa时,壁厚3mm、钢纤维掺量1.5%的试件强度达258.3 MPa。与钢纤维高强混凝土相比,钢管钢纤维高强混凝土的抗冲击压缩性能更好,动态抗压强度最大增幅达35.4%,且具备承受多次冲击压缩作用的能力。数值模拟与试验结果吻合度高,表明数值模拟方法具有可行性。     

连续碳纤维/尼龙6热塑性复合材料的吸湿及力学性能

利用热压工艺制备了三种不同等温结晶时间的连续碳纤维（CF）增强尼龙6（PA6）单向复合材料,并分别研究了吸湿前后连续CF/PA6复合材料单向板的0°拉伸、90°拉伸、弯曲和层间剪切性能变化。结果发现,CF/PA6复合材料的0°拉伸、90°拉伸、弯曲和层间剪切强度（模量）分别下降了10%~37%（0~0.6%）、35%~46%（62%~64%）、53%~61%（16%~28%）和5%~31%。结合SEM断面观察和抛光金相显微学给出了吸湿对CF/PA6复合材料性能的影响机制。      

Development and Characterization of the Midrib of Coconut Palm Leaf Reinforced Polyester Composite

In this paper, midrib of coconut palm leaves (MCL) was investigated for the purpose of development of natural fiber reinforced polymer matrix composites. A new natural fiber composite as MCL/polyester is developed by the hand lay-up method, and the material and mechanical properties of the fiber, matrix and composite materials were evaluated. The effect of fiber content on the tensile, flexural, impact, compressive strength and heat distortion temperature (HDT) was investigated. It was found that the MCL fiber had the maximum tensile strength, tensile modulus flexural strength, flexural modulus and Izod impact strength of 177.5MPa, 14.85GPa, 316.04MPa and 23.54GPa, 8.23KJ/m² respectively. Reinforcement of MCL enhanced the mechanical properties of pure polyester, including that of tensile strength (by 26%), tensile modulus (by 356%), flexural strength (by 41.81%), flexural modulus (by 169%) and Izod impact strength (by 23 times), but the compressive strength was adversely affected. HDT decreased due to fiber loading, but increased with weight fraction of fiber content. Moreover, the experimental results were compared with theoretical model (Rule of mixture) and other natural fiber /polyester composites.