超高性能混凝土湿接缝界面粘结性能EI北大核心CSCD

研究了超高性能混凝土(UHPC)湿接缝界面破坏特性、拉伸强度以及拉伸强度比(接缝试件界面拉伸强度相对于整体试件的比值)等。结果表明:所有UHPC湿接缝试件的破坏模式均为脆性破坏;相比于未掺纤维湿接缝试件(界面拉伸强度2.24 MPa),掺纤维UHPC湿接缝试件具有更好的界面粘结性能(界面拉伸强度可达6.64 MPa,拉伸强度比可达68.6%);当纤维体积掺量不大于2.5%时,湿接缝试件的界面拉伸强度、拉伸强度比以及界面断裂韧性均随纤维体积掺量的增大而增大,最佳纤维体积掺量为2.5%;长纤维对UHPC湿接缝界面拉伸强度、拉伸强度比以及界面断裂韧性的提升效果优于短纤维,异形纤维优于平直形纤维;配筋UHPC湿接缝试件延性特征显著优于未配筋试件,增加钢筋锚固长度、界面配筋率是提高UHPC湿接缝延性特征和界面拉伸强度的较有效方法;当钢筋锚固长度达到6倍钢筋直径时,湿接缝处界面拉伸强度大于整体浇筑UHPC拉伸强度。此外,构建了不同纤维参数下UHPC湿接缝界面拉伸应力-相对位移简化模型。     

基于紧密堆积理论优化超高性能混凝土钢纤维参数

基于改良的Andreasen & Andersen 颗粒堆积模型优化设计了超高性能混凝土(UHPC)的基础配合比,研究了钢纤维的形状、含量及混杂钢纤维对UHPC湿堆积密实度的影响。然后采用D-最优设计(DOD)方法,预测和评估混杂钢纤维对UHPC湿堆积密实度的影响,并基于DOD模型优化设计了UHPC的最佳钢纤维掺量。结果表明,长直纤维、短直纤维、端钩纤维的掺入会对UHPC堆积体系、密实度带来不同程度的影响,其中端钩纤维对UHPC密实度的降低程度最大。此外,钢纤维掺量与UHPC堆积体系也有一定关系,当纤维掺量超过2.0%(体积分数,下同)时,UHPC的密实度急剧下降,造成UHPC堆积体系的显著破坏;基于建立的DOD优化模型分析得出,0.9%的长直纤维与1.1%端钩纤维为最佳纤维混杂方式,可使得钢纤维对UHPC堆积体系的扰乱作用最小化。     

纤维对抗冲磨超高性能混凝土性能的影响

针对西部山区洪水、泥石流对桥梁墩柱冲磨冲击病害问题,开发一种高抗冲磨、高抗冲击的超高性能混凝土(UHPC)材料,研究了纤维种类、掺量和混掺方式对抗冲磨UHPC性能的影响规律.研究结果表明:多锚点钢纤维与基体的锚固粘结作用较强,对UHPC抗冲磨/冲击性能提升最大;随着多锚点钢纤维掺量的增加,UHPC抗冲磨/冲击性能先提升后降低,最优掺量为2.5vol％;与单掺纤维相比,不同纤维混掺乱向分布形成更加致密的三维网络结构,纤维与基体间界面粘结强度更高,镀铜长钢纤维与多锚点钢纤维混掺时制备的抗冲磨UHPC在工作性能良好的同时,具有较高的抗冲磨/冲击性能,28d抗冲磨强度达162.8h/(kg/m2),冲击功1690 J.     

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。     

基于图像法对自密实超高性能混凝土性能提升的研究

为提升超高性能混凝土(UHPC)的性能,采用改进后的Andreasen&Andersen颗粒堆积模型设计UHPC基体配合比,利用图像法分析UHPC不同基体黏度对钢纤维分布的影响,并通过抗压强度结合纤维分布系数选择合适的基体黏度,研究不同形状、体积掺量的钢纤维对UHPC力学性能的影响,最终得到力学性能最佳的配合比。试验结果表明：良好的UHPC基体黏度在均匀分散钢纤维的同时可以避免内部出现过多气泡,进一步提升UHPC抗压强度;与端钩、长直形钢纤维相比,波纹形钢纤维在相同黏度下分散效果更佳,且对UHPC基体力学性能提升效果更好。UHPC最佳配合比为水胶比0.16,水泥、硅灰、矿渣质量比0.75∶0.2∶0.05,波纹形钢纤维体积掺量3%,减水剂质量分数0.8%,此时粉体颗粒最紧密堆积、钢纤维分布均匀,UHPC性能最佳。     

不同养护条件下混杂钢纤维超高性能混凝土的早龄期力学性能及开裂特性

结合烧失量与单轴拉、压实验,研究了空气及热水（1 d,60℃热水+2 d空气）养护条件下混杂钢纤维超高性能混凝土（UHPC）试件的3 d龄期水化程度与力学性能,同时利用数字图像相关技术与光学显微镜对拉伸试件表面的开裂特性进行了表征,并通过扫描电子显微镜对其微观结构进行了分析。结果表明:与空气养护相比,热水养护加快了UHPC基体的水化反应进程,温度的升高是促进水化反应的主要因素;热水养护UHPC试件的初裂、抗拉及抗压强度明显提高,但其拉伸应变性能的变化并不明显;试件的最大裂缝宽度总体上有所降低;基体变得更加致密,纤维与基体的界面粘结也更强。随着纤维掺量的增加,UHPC的拉伸应变有所提高,总体积掺量为2.5%（长、短纤维比例分别为1.25:1.25,1.5:1.0）试件的拉伸应变均超过了2×10^-3;混掺1.5%（体积分数）长纤维与1.0%短纤维试件在热水养护下产生了较多宽度小于50μm的微裂缝。DIC技术获得的理论应变与单轴拉伸实测应变之间具有较好的吻合度。     

钢管约束超高性能混凝土受压本构模型

为了研究钢管约束超高性能混凝土(UHPC)本构模型,对42根约束UHPC试件和3根无约束UHPC试件进行了轴心受压试验,考察了UHPC受约束后的破坏形态和应力-应变全曲线,分析了钢纤维掺量与长径比、聚丙烯纤维掺量与长径比以及钢管厚度对应力-应变全曲线的影响规律。结果表明:钢管厚度为主要影响因素,可显著提高UHPC峰值应力与应变;混杂纤维能提高约束UHPC峰值应力与应变,其中,钢纤维掺量的影响较为明显,在聚丙烯纤维掺量适宜时,随钢纤维掺量增加,约束UHPC峰值应力增加,峰值应变先减小后增加。基于实测的约束UHPC应力-应变典型曲线,建立了相应的本构模型。     

平直型钢纤维掺量与长径比对超高性能混凝土性能的影响

为研究平直型钢纤维体积掺量及长径比对超高性能混凝土(U HPC)施工及力学性能的影响,选用四种镀铜平直型钢纤维,设计并制备了12组不同钢纤维体积掺量(0 ～4％,长径比均为65)及长径比(65、80、90、100,对应钢纤维体积掺量均为2.5％)的UHPC试件.通过扩展度、抗压强度和四点弯曲试验,得到了各组UHPC的扩展度、抗压强度、抗折强度及弯曲应力-挠度曲线;基于UHPC弯曲应力-挠度曲线,并结合CECS13:2009计算了UHPC的弯曲韧性指数.结果 表明:随着钢纤维体积掺量的增加,UHPC的扩展度呈下降趋势,UHPC抗压、抗折强度、弯曲韧性指数基本呈增加趋势,对应最佳钢纤维体积掺量分别为4％(平均值174.4 MPa)、3.5％(平均值46.18 MPa)和4％;随着钢纤维长径比的增大(钢纤维体积掺杂量2.5％不变),UHPC扩展度呈下降趋势,抗压、抗折强度平均值及弯曲韧性指数呈增加趋势;其中,抗压、抗折强度最大值分别为173.53 MPa和44.9 MPa.     

超高性能混凝土的拉伸敏感性实验研究

研究了超高性能混凝土(UHPC)的拉伸力学性能、导电性和拉伸时的电阻变化.研究表明,随着钢纤维掺量的增加,UHPC的拉伸强度和导电性能提高.在拉伸过程中,UHPC的电阻随拉伸应变的增加先降低后缓慢上升.在峰值荷载前,UHPC对拉应变的敏感性随钢纤维掺量从1％增至2％而提高.UHPC在达到峰值拉应力前电阻降低,这是由于裂纹区靠钢纤维导电,并引起非裂纹区域导电通路缩短所致.     

多尺度纤维增强超高性能混凝土的轴心抗拉和抗压行为

提出纳米-微米-毫米多尺度纤维复合增强超高性能混凝土(UHPC)的思路,利用不同尺度的纤维抑制不同尺度缺陷,整体提升UHPC的力学性能。通过掺加纳米尺度的碳纳米管、微米尺度的碳酸钙晶须和毫米尺度的钢纤维,设计了7组不同纤维掺杂的UHPC试件,测试了UHPC的轴心抗拉和轴心抗压应力-应变曲线。结果表明:宏观尺度的毫米钢纤维决定了UHPC试件的初裂强度和初裂应变,微观尺度的微米纤维和纳米纤维对初裂强度和初裂应变影响不大;但碳酸钙晶须和碳纳米管的加入,改变了UHPC试件开裂后的拉伸行为,显著增强了其应变硬化能力。不同尺度纤维对UHPC轴心抗拉和抗压性能都表现出类似的规律:与钢纤维复掺时,碳酸钙晶须的效果优于碳纳米管的效果,且碳酸钙晶须和碳纳米管两者同时掺加效果最好。     

沸石粉取代部分硅灰的超高性能混凝土力学性能研究

相比于硅灰,沸石粉是一种可就地取材、价格低廉的矿物掺合料。采用沸石粉取代硅灰制备超高性能混凝土(UHPC),研究了沸石粉掺量、水胶比和钢纤维体积掺量对沸石粉UHPC力学性能的影响。结果表明:沸石粉取代部分硅灰降低了UHPC的3 d强度,而随着龄期的增加,15%(质量分数)取代率的沸石粉增加了其强度,30%(质量分数)沸石粉取代率影响不大;沸石粉有助于改善UHPC后期韧性;水胶比的增加降低了沸石粉UHPC强度,但水胶比为0.16和0.14的试件强度相差不大;适量钢纤维有助于提高沸石粉UHPC强度,其最佳体积掺量范围为2.5%~3.0%。     

不同龄期钢纤维增强水泥砂浆纤维拉拔试验与模拟研究

钢纤维增强水泥基复合材料作为一种多相复合材料,其增强增韧效果的发挥依赖于钢纤维与基体之间的界面粘结性能。通过开展不同龄期的钢纤维增强水泥基复合材料单根纤维拉拔试验及数值模拟研究,分析了龄期对钢纤维增强水泥砂浆界面粘结性能的影响,建立了不同龄期的单根纤维拉拔细观模型,通过将模拟结果与试验结果进行对比验证模型的有效性。根据所建立的细观模型分别对不同龄期钢纤维增强水泥砂浆纤维-基体间的界面粘结作用机理及纤维-基体间粘结表面在纤维拔出过程中的应力变化进行了分析。结果表明:所建立细观模型模拟得到的纤维最大拉拔力及荷载-滑移曲线与试验结果吻合较好,钢纤维的最大拉拔力及钢纤维-水泥砂浆基体的界面粘结强度均随着龄期的增加而增加;在7 d龄期内界面粘结强度的增长速度较快,7 d龄期后增长速度放缓;随着龄期的增加,不同龄期段的界面粘结强度的增长率逐渐减小并趋于稳定。采用拟合得到的粘结表面材料参数能够有效模拟各龄期下单根钢纤维从水泥砂浆中的拔出过程。     

钢纤维对超高性能混凝土弹性模量的影响

测试了掺有3种不同规格、4种不同掺量圆直形钢纤维的超高性能混凝土(UHPC)的弹性模量、立方体抗压强度和流动性能,分析了钢纤维几何参数和掺量对UHPC弹性模量的影响。结果表明:UHPC弹性模量、抗压强度随纤维掺量的增加而增大,随纤维的长径比增大而增大;新拌UHPC的流动性能则相反。钢纤维的掺入,对UHPC弹性模量具有正、负双重效应。纤维本身较高的弹性模量,发挥着正效应;但纤维同时会降低UHPC的流动性能,增大孔隙率和内部缺陷,削弱基体弹性模量,发挥负效应;综合呈现正效应。基于试验结果,建立了考虑纤维掺量和几何参数的UHPC弹性模量的半经验预测公式。UHPC弹性模量与抗压强度具有明显的相关性,为此建立了二者关系的经验公式。最后,基于收集到的42篇文献中320个试验数据,对上述半经验和经验公式进行了验证与修正,以扩大其适用范围。     

钢纤维改性橡胶混凝土与变形钢筋的粘结性能

本试验共设计制作4组钢纤维(钢纤维体积率分别为0%、0.5%、1.0%、1.5%)改性橡胶混凝土粘结试件,采用中心拉拔试验的方法,系统研究了钢纤维体积率的变化对粘结破坏形态、初始粘结强度、极限粘结强度以及粘结滑移曲线的影响规律。研究结果表明:随着钢纤维体积率的增大,与橡胶混凝土相比,初始粘结强度分别提高了5.37%、8.35%、0.89%,极限粘结强度分别提高了9.44%、16.49%、12.91%。适量掺入钢纤维可以显著改善粘结试件的破坏形态。上升段、下降段以及残余段共同组成钢纤维改性橡胶混凝土的粘结滑移曲线,且粘结滑移曲线的饱满程度以及上升段斜率随着钢纤维体积率的增加而增加。基于试验结果,建立了钢纤维改性橡胶混凝土与变形钢筋的粘结滑移本构方程,该方程能为其在结构设计中提供一定的参考。     

PVA纤维增强快硬硫铝酸盐水泥基ECC材料性能的研究

针对快硬硫铝酸盐水泥基快速修补材料易开裂的问题,为了提高其韧性,增强其抗裂能力,设计并制备了PVA纤维快硬硫铝酸盐水泥基ECC材料(CSA-ECC),开展了PVA纤维不同体积掺量下CSA-ECC材料的工作性,抗压、抗折强度,单轴拉伸性能及弯曲韧性的试验研究,通过SEM观察分析了PVA纤维在CSA-ECC材料中的作用机理.研究结果表明:CSA-ECC材料浆体的流动度随纤维体积掺量的增多而降低,在掺量为2％时会出现结团现象;当纤维体积掺量高于1％时,抗压强度会出现略微下降;抗折强度随纤维体积掺量的增多而增大,纤维掺量为2％时,抗折强度可提高333％;当纤维体积掺量大于1.5％后材料在单轴拉伸下呈多缝开裂的破坏形式,在弯曲荷载作用下表现出良好的韧性特征和变形能力.     

超高性能混凝土立方体抗压强度尺寸效应

通过5种几何尺寸、3个强度等级和4种钢纤维掺量的超高性能混凝土(UHPC)立方体试件的抗压试验,研究了强度等级和钢纤维体积掺量等对UHPC立方体抗压强度及尺寸效应的影响,结果表明:UHPC立方体试件抗压强度的尺寸效应随强度等级的增加而趋于明显,R160级UHPC基体抗压强度尺寸效应度约为R120级UHPC基体的1.72倍。钢纤维掺量对UHPC抗压强度尺寸效应有较大影响,掺入3%钢纤维UHPC立方体试件抗压强度尺寸效应度比未掺加钢纤维的试件提高了46%。提出了UHPC立方体抗压强度尺寸换算系数建议值,建立了UHPC抗压强度尺寸效应律中参数的计算公式,可用于UHPC立方体抗压强度的分析计算。     

FRP筋异强混凝土叠浇梁挠度与延性研究

为提高纤维增强聚合物(FRP)筋异强混凝土叠浇梁的抗弯性能与延性,研究了钢纤维掺量、钢纤维混凝土叠浇层厚度对FRP筋异强混凝土叠浇梁的影响。以钢纤维体积掺量(0%、0.5%、1.0%、1.5%)与钢纤维混凝土叠浇层厚度(0 mm、180 mm、210 mm、300 mm)为变量,对6根FRP筋异强混凝土叠浇梁进行三分点弯曲试验,并对试验梁的破坏过程、破坏形态、裂缝宽度以及跨中挠度进行分析。研究结果表明:钢纤维的掺入改善了FRP筋异强混凝土叠浇梁的受力性能,使其由脆性破坏向延性破坏发展;随着钢纤维掺量、钢纤维混凝土叠浇层厚度的增加,FRP筋异强混凝土叠浇梁的极限承载力提高了9%~33%,抗弯性能提升了4%~21%,延性提升了22%~89%。基于试验与理论分析,建立了钢纤维作用下的FRP筋异强混凝土叠浇梁挠度计算公式与延性评价方法。     

不同纤维增强对PZT/PVA复合材料性能影响的研究

压电陶瓷复合材料较低的力学性能限制其应用。为进一度探究纤维种类及掺量对锆钛酸铅(PZT)/聚乙烯醇(PVA)复合材料性能影响规律,对不同纤维掺量下碳纤维/PZT/PVA、芳纶纤维/PZT/PVA复合材料开展电学及力学性能测试,分析纤维种类、掺量及PZT/PVA体积比对试件介电、压电性能及弯曲、拉伸性能的影响规律,并结合电镜扫描(SEM)分析纤维掺量对试件性能的影响。结果表明,少量的纤维掺量能够提高复合材料的电学性能,过量的纤维使得复合材料结构孔隙结构增加,介质常数和压电常数均减小,介质损耗增大。7%芳纶纤维/0.5PZT/0.5PVA、5%芳纶纤维/0.6PZT/0.4PVA、3%芳纶纤维/0.7PZT/0.3PVA复合材料的介电性能和压电性能较高。芳纶纤维掺量为9%时,芳纶纤维/0.5PZT/0.5PVA、芳纶纤维/0.6PZT/0.4PVA、芳纶纤维/0.7PZT/0.3PVA、芳纶纤维/0.8PZT/0.2PVA复合材料的弯曲强度分别提高了10.72%、14.49%、13.85%及16.78%,拉伸强度分别提高了24.04%、23.94%、27.00%和28.52%。纤维在试件内...     

粉煤灰钢纤维增强砂浆的力学性能研究

介绍了钢纤维增强砂浆分别在钢纤维体积掺量为0、0.5%、1.0%、1.5%,粉煤灰质量掺量为0、10%、20%、50%下的7d和28d抗折强度和抗压强度,揭示出钢纤维和粉煤灰掺量对砂浆早期和后期强度和韧性的影响,得出钢纤维和粉煤灰掺量在一定的范围内有利于砂浆的增强增韧。     

原状粉煤灰对超高性能混凝土性能的影响

为提高粉煤灰的综合利用率,降低原料成本,采用未经磨细和分选的原状粉煤灰等质量替代硅灰来制备超高性能混凝土(UHPC),并研究了不同掺量的原状粉煤灰对UHPC力学性能及微观结构的影响。结果表明:原状粉煤灰的掺入可使UHPC中胶凝材料的粒度呈梯度分布,形成良好的微级配;并且使新拌混凝土的流动度增大,影响了钢纤维在UHPC基体中的分布;当原状粉煤灰掺重不超过30%时,UHPC抗折强度随着原状粉煤灰掺量的增加呈现不同程度的增长,30%原状粉煤灰掺量的UHPC抗折强度与不掺粉煤灰的空白样相比提高了34%;由于原状粉煤灰水化缓慢,当原状粉煤灰掺量在0%~40%时,UHPC抗压强度随着原状粉煤灰掺量的增加有所下降。孔结构分析表明:UHPC的平均孔径以及总孔体积均随着原状粉煤灰的掺入而减小,基体更加密实;当原状粉煤灰掺量为30%时,SEM照片显示钢纤维与UHPC基体结合紧密,界面黏结增强。