玄武岩纤维掺量对混凝土性能的影响及增强机理

以玄武岩纤维体积掺量(0、0.1%、0.2%、0.3%)为试验参数,开展玄武岩纤维掺量对混凝土基本性能的研究工作。试验结果表明:玄武岩纤维满足制备纤维混凝土的基本要求;抗压性能随掺量的增加呈现先增加后减小的趋势,抗折性能随掺量的增加而增强,建议玄武岩纤维体积掺量范围为0.1%～0.2%;玄武岩纤维表面被水泥水化物包裹并且黏结良好,可抑制荷载作用时裂缝的扩展,提高混凝土的韧性。     

纤维对混凝土早期抗裂性能的影响

通过试验,对不同掺量的纤维混凝土基本力学性能、早期抗裂性能与基准混凝土试件进行了对比研究.结果表明,在混凝土中掺入纤维后,其力学性能有不同程度的提高;混凝土初裂时间延迟,最大裂缝宽度减小,裂缝总面积显著降低.掺入纤维可以有效地提高混凝土的早期抗裂性能.     

动载下玄武岩纤维混凝土能量耗散特征与破坏损伤规律

本文基于分离式霍普金森压杆试验装置,在4种不同的应变率下研究了4种不同玄武岩纤维掺量混凝土的破坏行为和能量耗散特征。结果表明：随应变率的增加,不同玄武岩纤维掺量混凝土的分形维数均线性增加,掺入纤维会降低分形维数增长的速率;混凝土的入射能、反射能、耗散能均呈线性增长趋势,透射能呈轻微下降趋势。随纤维掺量的增加,不同应变率下玄武岩纤维混凝土的分形维数先增大后减小,耗散能密度呈先增大后减小再增大的“S”形趋势。随着分形维数的增长,不同玄武岩纤维掺量混凝土的耗散能密度均呈线性增长。当纤维体积分数为0.1%时,混凝土的性能最优,可承受的损伤最大。     

掺玄武岩纤维高强高钛重矿渣混凝土力学性能试验与分析

通过不同体积掺量玄武岩纤维(0.2%、0.4%和0.6%)的掺玄武岩纤维高强高钛重矿渣混凝土和普通高钛重矿渣的抗压、劈裂抗拉和抗折来分析玄武岩纤维的不同体积掺量对掺玄武岩纤维高强高钛重矿渣混凝土力学性能的影响。结果表明,玄武岩纤维可显著改善试件劈裂抗拉性能和抗折性能,对抗压性能影响不大。抗压强度和抗折强度随玄武岩纤维掺量的增加呈先增加后降低趋势,纤维掺量为0.4%时达到最大值,28d强度较基准混凝土分别增长了14.26%和28.89%,而劈裂抗拉强度随玄武岩纤维掺量的增加而持续增加,纤维掺量为0.6%时,28d强度较基准混凝土增长了39.24%。该种纤维混凝土可解决混凝土开裂的施工问题。     

早期受盐-冻耦合作用下掺玄武岩纤维混凝土耐久性劣化规律

针对西北寒旱区早期受冻混凝土在盐-冻耦合作用下耐久性快速降低等问题,本文基于室内快速冻融试验,以3.5%(质量分数,下同) NaCl+5.0%Na₂SO₄复合盐溶液为冻融介质,研究了不同玄武岩纤维体积掺量下混凝土的耐久性劣化规律,同时采用扫描电子显微镜、超声法缺陷检测和核磁共振孔径检测三种分析手段探究了玄武岩纤维在微观层面上对早期受盐-冻耦合作用下混凝土宏观性能的改善作用。研究结果表明：在早期受冻混凝土中掺加玄武岩纤维能够有效提高抗压强度,减小质量损失;随着纤维掺量的增加,抗压强度、相对动弹性模量呈先增加后降低的趋势;随着冻融循环次数的增加,不同体积掺量玄武岩纤维早期受冻混凝土试块的超声脉冲传播速度逐渐增大,各组试块的总孔隙率与冻融次数呈正相关,且掺加玄武岩纤维能增加无害孔,减少多害孔,从而提高混凝土抗冻耐久性;试验中纤维掺量为0.15%(体积分数)的试块表现最优越。该研究可为寒旱灌区早期受冻混凝土耐久性研究及后期维护提供参考。     

玄武岩纤维混凝土板冲切试验与承载力分析

为探究玄武岩纤维对混凝土板抗冲切性能的增强效果,基于我国现行规范对此类构件冲切承载力计算方法提出修正建议。以纤维体积掺量(0%、0.1%、0.2%、0.3%)与纤维长度(12 mm、18 mm)为变量,对7个混凝土板试件进行冲切试验,研究各参数对试件极限承载力的影响,建立经试验验证的有限元模型并进行扩参数分析。结果表明:玄武岩纤维混凝土板的极限承载力随体积掺量的增加呈先增大后减小的趋势,掺入长度为12 mm、18 mm的玄武岩纤维的试件较对比试件冲切承载力提升显著,最大提高幅度分别为40.9%和37.3%;纤维长度为12 mm,体积掺量为0.4%时,对混凝土板的抗冲切性能改善效果最佳。我国《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)的冲切承载力计算值较试验结果偏于保守,考虑玄武岩纤维阻裂作用对临界截面周长的影响,对规范中的冲切承载力计算公式进行修正。     

玄武岩纤维改善混凝土拉伸性能分析

基于试验研究,讨论了纤维体积掺加率、纤维长度对玄武岩纤维混凝土(BFRC)拉伸强度、拉伸应变的影响规律,分析了玄武岩纤维混凝土拉伸破坏形态。试验结果表明:纤维体积掺加率对BFRC拉伸强度有显著提升作用,而纤维长度对BFRC拉伸应变有明显增强效应。BFRC断裂面粗糙度系数随纤维体积掺加率增大呈幂函数关系降低趋势,粗糙度系数可作为纤维改善混凝土拉伸性能评价指标。     

动态疲劳荷载下玄武岩纤维混凝土抗渗性衰减及机理研究

为了探究动态疲劳荷载作用下玄武岩纤维混凝土抗渗性衰减规律及机理,基于抗渗性优选了玄武岩纤维最佳参数;利用自主研发的加载装置设计了疲劳试验,分析疲劳荷载下电通量的变化规律;研究了荷载作用下微观结构的演化以揭示玄武岩纤维混凝土抗渗性衰减机理。结果表明:混凝土抗渗性随玄武岩纤维长度和掺量增加呈现先增强后减弱的变化规律,基于抗渗性推荐玄武岩纤维的最佳长度为12 mm,掺量为0.08%(质量分数);随疲劳作用次数和应力比增加,玄武岩纤维混凝土电通量增加幅度低于基准混凝土,其更适合在重载、重交通地区应用;玄武岩纤维细化了混凝土孔结构,无害孔比例增加18.51%,疲劳荷载下混凝土孔径呈扩张趋势,孔分布呈粗化状态;疲劳加载前期混凝土微裂缝主要沿长度方向延伸,而加载后期以宽度扩展为主;玄武岩纤维延缓了混凝土孔结构劣化和微裂缝扩展,从而降低了抗渗性衰减幅度。     

高速公路桥梁高强大体积混凝土结构早期裂缝分析与对策

从结构设计、混凝土材料自身性质和施工三个方面,分析了高强大体积混凝土结构早期开裂的原因,并针对高强大体积混凝土早期自收缩和温度收缩过大的特点,建议该类混凝土在配制时采用大掺量粉煤灰降低水化热温升和减小自收缩、掺用聚丙烯纤维阻裂增韧和掺用膨胀剂补偿收缩的防裂技术,以及施工时严格控制混凝土浇筑温度,加强保温保湿养护的防裂措施.同时,提出了进行混凝土抗裂性能评价方法研究的必要性和重要性.     

纤维素纤维对C80混凝土力学及抗裂性能影响

主要研究纤维素纤维掺量对C80高强混凝土力学及抗裂性能的影响。对不同纤维素纤维掺量C80高强混凝土与未掺纤维素纤维C80基准混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度、收缩性能和早期抗裂性能进行了对比试验,并分析了纤维素纤维的增强机理。试验结果表明纤维素纤维对混凝土抗压强度无不良影响,且能改善混凝土劈裂抗拉强度、抑制混凝土收缩,减少混凝土早期裂缝。     

玄武岩纤维混凝土耐高温性能分析

对不同玄武岩纤维体积率混凝土进行室内高温试验,总结与分析了温度和纤维体积率对混凝土立方体抗压强度、劈裂抗拉强度和静弹性模量的影响规律。研究结果表明:玄武岩混凝土的抗压强度、抗拉强度和弹性模量均在200℃高温出现拐点,200℃高温后玄武岩纤维混凝土的力学性能均出现不同程度的降低;混凝土的力学性能随玄武岩纤维体积率的增大而呈现出先增大后减小的趋势,最优的玄武岩纤维体积率为0.15%;玄武岩再生混凝土的力学性能随再生骨料取代率的增大而减弱,再生骨料取代率不宜大于30%。     

Effect of superabsorbent polymer on the shrinkage and crack resistance of concrete at early age

The superabsorbent polymer (SAP) with different volumes and modes of entrained water is incorporated into concrete to study the effect of SAP on the compressive strength, flexural strength, shrinkage, plastic cracking and electrical resistivity of concrete at early age. The result indicated that the influence of SAP with different modes of entrained water on the early strength of concrete is relatively obvious. It is beneficial for the early strength of concrete to add pre-absorbed SAP whose internal curing (IC) is detracted from mixing water and unabsorbed SAP. But the early strength of concrete is decreased by adding pre-absorbed SAP. The effect of pre-absorbed SAP is limited on shrinkage of concrete when IC water is detracted from mixing water. The unabsorbed SAP gradually decreases the concrete shrinkage with its volume increase. The moderate volume of pre-absorbed SAP can decrease the early concrete shrinkage. In addition, SAP can effectively alleviate the early appearance and development of concrete cracks. Furthermore, the pre-absorbed SAP can efficiently enhance the crack resistance of concrete. When the unabsorbed SAP is added, the cracking of concrete is reduced with the increase of volume. The longer the curing age, the more obvious would be the influence of SAP on the internal humidity of concrete, which effectively delays the increase of concrete resistivity.     

高温作用下不同掺量玄武岩纤维混凝土力学性能研究

为了研究高温作用下玄武岩纤维混凝土的力学性能,分析不同温度作用下的混凝土(玄武岩纤维掺量分别为0、0.2%和0.4%)的物理变化,并结合单轴压缩试验,进一步研究高温对混凝土力学性能的影响。结果表明:基准混凝土与玄武岩纤维混凝土随着温度的升高,其烧失量均逐渐增加,玄武岩纤维的掺加对高温作用下混凝土水分消散阻止作用较小;表面所产生裂纹数逐渐增加,基准混凝土所产生的裂纹无论是数量还是长度与宽度均为最大。可见,玄武岩纤维在混凝土高温时所起作用主要为减少混凝土爆裂现象的产生;抗压强度均表现为先升高后降低的趋势,其中相同温度时,玄武岩纤维混凝土强度始终高于基准混凝土,且随着纤维掺量的增加而增加;由于玄武岩纤维具有较好的阻裂效果,因此当试样破坏时,玄武岩纤维混凝土破坏程度小于基准混凝土。玄武岩纤维在高温作用下主要作用为减少爆裂现象对水分蒸发的影响较小。     

钢筋玄武岩纤维混凝土短柱轴心受压承载能力试验研究

为了研究玄武岩纤维对钢筋混凝土受压构件中增强功能,推进玄武纤维的应用,本文首先对添加0.1%体积掺量的5种长度玄武岩纤维混凝土进行纤维最佳长度研究;得到最佳长度为12 mm玄武岩纤维对混凝土立方体强度增强效果最佳;其次选择12 mm和24 mm的两种玄武岩纤维混凝土最佳掺量进行研究,得到最佳掺量0.15%.在此基础上,本文以体积掺量0.15%,长度为12 mm和24 mm玄武岩纤维混凝土各制作了3根钢筋玄武岩纤维短柱,制作普通钢筋混凝土短柱3根,并对所有试验柱进行了轴心受压极限承载力试验,结果发现,钢筋玄武岩纤维混凝土短柱的轴心受压极限承载能力较普通钢筋混凝土柱最大提高了28%;玄武岩纤维提高了钢筋混凝土短柱的延性.另外,钢筋玄武岩纤维混凝土短柱轴心受压极限承载力试验值大于理论计算值,说明玄武岩纤维不仅提高了混凝土抗压性能,也提高了钢筋和混凝土共同作用效能.     

玄武岩纤维RPC基本力学性能研究

为了研究玄武岩纤维在RPC(reactive powder concrete,活性粉末混凝土)中的作用效果,以玄武岩纤维体积掺量、纤维长度、RPC水胶比和养护龄期为参数,对玄武岩纤维RPC的劈裂抗拉强度和立方体抗压强度进行了试验研究.试验结果表明:对于掺入12 mm长玄武岩纤维的RPC,最佳水胶比为0.22,最佳纤维体积掺量为0.10%,其劈拉强度较未掺纤维的RPC提高了38.53%.对于掺入6 mm长玄武岩纤维的RPC,最佳纤维体积掺量为0.05%,其劈拉强度较未掺纤维的RPC提高了27.16%.     

玄武岩纤维掺量对混凝土力学性能的影响

研究了掺入0．05％～0．35％的玄武岩纤维对混凝土的抗压强度,劈裂抗拉强度以及弯曲性能的影响,并采用扫描电镜对纤维在混凝土中的微观作用机理进行了分析。结果表明,当纤维的掺量在0．3％以内时,混凝土3 d、7 d、28 d的抗压、抗拉强度都有不同程度的提高,当掺量超过0．3％时,混凝土28 d的抗压、抗拉强度开始下降,且掺量越大,强度下降的也越多;弯曲试验结果表明,掺入0．05％～0．25％的玄武岩纤维后,混凝土的抗折强度平均提高7．96％,掺量为0．2％时,抗折强度提高17．0％,且掺入玄武岩纤维后,混凝土的应力-应变曲线有了明显的屈服点,混凝土的极限拉伸值增大,弹性模量降低,刚度减小,延性与柔性增加,混凝土的抗裂性增加,使用寿命延长。     

盐冻作用下玄武岩纤维混凝土力学性能损伤研究

针对西北寒旱地区混凝土结构易开裂耐久性降低的问题,选取力学性能优异的玄武岩纤维作为混凝土增强材料,采用室内快速冻融试验,以纤维体积掺量为变量,研究了不同纤维体积掺量(0.05%、0.1%、0.15%、0.2%)混凝土试件分别在清水、质量分数为3%的NaCl溶液、质量分数为5%的Na₂SO₄溶液冻融作用下动弹性模量、抗压强度、抗折强度三个力学性指标的变化。研究发现,玄武岩纤维的掺入能有效提升混凝土的初始抗折强度和抗盐冻能力,纤维体积掺量在0.15%~0.2%时混凝土试件动弹性模量、抗压强度与抗折强度在盐冻作用下的衰减速率减缓明显,玄武岩纤维混凝土在三种冻融介质中力学性能下降速率排序为清水<5%Na₂SO₄溶液<3%NaCl溶液。以动弹性模量为损伤变量,拟合混凝土相对抗压强度、相对抗折强度与损伤度的相关模型,模型相关性良好。研究结果可为玄武岩纤维混凝土的实际运用与后期维护提供理论依据与参考。     

Cracking control of concretes modified with short AR-glass fibers at early age. Experimental results on standard concrete and SCC

At early ages (less than 24 h), cracking can occur in concrete because it can be subjected to dimensional changes, due to shrinkage, can generate loads which are greater than the low strength capacity of the material at this age. This is especially the case in members with highly exposed surfaces, such as floor slabs or precast panels.

As any other cement based composite, Self Compacting Concrete (SCC) shrinks at an early age and can crack when shrinkage is restrained.

One possible solution to reduce the impact of early age shrinkage on concrete durability is to include low volumetric fractions of short fibers in order to control crack growth. To evaluate the cracking control ability of Alkali Resistant (AR) glass fibers in standard concrete and SCC, an experimental program, developed in accordance with the AR-glass fiber producer, was conducted. Two different types of AR-glass dispersible fibers, two concrete compositions and several volumetric fractions of fiber have been studied.

The experimental program included a mechanical characterization of the different concrete compositions (compression and flexural strength tests), free shrinkage tests, with and without air flow over the samples, and double restrained slab cracking tests (Kraai slab modified test).

The results obtained show that the inclusion of low volumetric fractions of the two types of AR-glass fiber under study can control the cracking produced due to very early age shrinkage on both standard concrete and SCC in two different ways: reducing the total cracked area and the maximum length of the cracks. Although, a non-linear dependence of cracked area on AR-glass fiber amount was found. A microscopic study of the cracked surface confirms the favorable effect of the presence of dispersed AR-glass fibers on cracking control.

When standard concrete and SCC results were compared, it was observed that, although SCC drying shrinkage was larger, standard concrete with a similar performance in the hardened state produced equivalent cracking area.