生态钢纤维混凝土弯曲韧性和断裂性能

为掌握生态钢纤维混凝土的弯曲韧性和断裂性能,分别对掺率(体积分数)为1.0%,1.7%,2.4%的2种异形生态钢纤维混凝土和掺率为0.7%,1.3%的原生高强钢纤维增强混凝土进行了无切口梁四点弯曲韧性试验和切口梁三点弯曲断裂试验。研究结果表明:生态钢纤维掺率为1.0%时,无切口梁四点弯曲荷载 挠度曲线和切口梁三点弯曲荷载 挠度及荷载 切口张开位移曲线在达到峰值后都出现局部陡降,试件残余强度较小,断裂韧度值较低,纤维对改善混凝土弯曲韧性和断裂性能的作用较小;当生态钢纤维掺率为1.7%时,混凝土弯曲韧性和断裂性能均得到显著提高,混凝土在变形达到15δ_ult,p（δ_ult,p为素混凝土峰值荷载对应的挠度）或70D_ult,p（D_ult,p为素混凝土峰值荷载对应的切口张开位移）水平时,依然具有较高的持荷能力和较好的韧性,波浪型生态钢纤维混凝土断裂能和断裂韧度是素混凝土的27.59倍和8.35倍;生态钢纤维掺率为2.4%时,混凝土弯曲韧性指标、断裂能和断裂韧度进一步增加;掺率为1.7%的生态钢纤维混凝土增韧和抗断裂效果与掺率为0.7%的原生高强钢纤维混凝土相当。     

混杂纤维混凝土的工作性、力学性能和弯曲韧性研究

在混杂纤维(PVA、PP纤维)总掺量不变的情况下,研究了纤维混掺比例V_PVA∶V_PP(0∶5、1∶4、2∶3、3∶2、4∶1、5∶0)对混凝土工作性、力学性能和弯曲韧性的影响。结果表明：随着PVA纤维掺量的增加,混凝土的流动度降低,抗压强度和初裂荷载变化不大,抗折强度、峰值荷载、等效弯曲强度和等效弯曲韧性显著增大。     

层布式钢纤维与混掺PVA纤维混凝土梁的抗弯韧性试验研究

通过层布式钢纤维与聚乙烯醇(PVA)混掺纤维混凝土粱三分点加载试验,研究了不同长径比、外形的钢纤维与不同PVA纤维掺量对混凝土梁抗弯韧性的影响;用不同的方法计算了抗弯韧性指标并进行了比较.结果表明,层布式钢纤维混凝土具有良好的增韧效应:混掺在层布式钢纤维混凝土中的PVA纤维与钢纤维能产生良好的协同效应,增韧效果更加良好;Nemkumar等人提出的韧性指标计算方法与曲线吻合得更好,更能全面分析荷载一挠度曲线的变化过程.     

聚烯烃粗合成纤维混凝土抗弯韧性试验

为了解新型粗合成纤维对改善混凝土抗弯韧性的效果,试验研究了纤维掺量、基体强度、纤维直径等因素对混凝土抗弯韧性的影响规律.结果表明:单掺或混掺不同几何尺寸粗合成纤维后,试件具有很好的韧性,呈延性破坏;抗弯韧性指数随纤维掺量的增加而增大;基体强度提高时,抗弯韧性指数略有上升;纤维直径不同时,抗弯韧性指数变化不明显;3种合成纤维与钢纤维混掺后,其抗弯韧性指标大于单掺钢纤维或3种合成纤维混掺的试件;混掺粗合成纤维可有效改善梁裂后行为,即峰值荷载后仍保持较高荷载;而单掺钢纤维梁在峰值荷载后,荷载下降较快;新的抗弯韧性评价方法能够准确地反映粗合成纤维混凝土裂后阻裂能力高、变形大的特点.     

PVA-ECC的弯曲韧性方板法试验研究

主要研究了PVA纤维体积掺量对纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)弯曲韧性的影响,对PVC纤维体积掺量分别为0%,0.5%,1.0%,1.5%,2.0%的PVA-ECC试件的抗压强度和方板法弯曲性能等进行试验研究,分析了PVA纤维在ECC中的作用机理,并对PVA-ECC方板进行能量评价。结果表明:PVA纤维体积掺量的改变对ECC材料的抗压强度影响甚微,PVA纤维体积掺量的增加对方板法弯曲韧性试验中ECC试件的初裂荷载影响不大,但峰值荷载有明显的提高,跨中挠度增加明显且裂缝宽度减小;PVA-ECC方板弯曲韧性随PVA纤维体积掺量增大而提高且体积掺量为2.0%时增韧的效果最佳。     

海水腐蚀环境下PVA-钢混杂纤维混凝土弯曲韧性研究

通过模拟海水环境,对同体积率下钢纤维和PVA纤维进行了混掺,采用干湿交替腐蚀方法研究了PVA-钢混杂纤维混凝土的弯曲韧性。结果表明,腐蚀后混杂纤维混凝土的初裂荷载、峰值荷载和弯曲强度均下降;PVA-钢混杂纤维混凝土经腐蚀后的混凝土韧性指数I_5、I_(10)和弯曲韧性比均降低,纤维对基体的耗能能力、延性和增韧效果下降明显。     

混杂纤维混凝土弯曲韧性评价体系

根据纤维总体积掺量为1%的混杂纤维混凝土四点弯曲试验和切口梁弯曲试验的荷载–挠度曲线、韧性指数I_n和纤维混凝土能量吸收值D_n等计算指标,结合试验力学模型以及弯曲韧性评价指标的含义,对两种试验方法下荷载–挠度曲线的精密度进行方差分析;对混杂纤维混凝土的韧性指数I_n、纤维混凝土能量吸收值D_n的离散程度进行统计分析。研究表明:对于低掺量混杂纤维混凝土而言,四点弯曲试验与切口梁弯曲试验的荷载–挠度曲线的精密度一致;采用纤维混凝土能量吸收值D_n作为弯曲韧性评价指标,其离散程度较小,所需要的试件数量较少,通过等效抗弯拉强度f_(eq1)、f_(eq2)可以建立弯曲韧性指标与强度指标之间的联系;选用切口梁法的试验方式和纤维混凝土能量吸收值D_n更适宜于低掺量混杂纤维混凝土弯曲韧性研究,有利于以韧性为基础的结构设计方法的发展。     

高掺量钢-聚丙烯混杂纤维高强混凝土抗弯韧性试验研究

通过高掺量钢-聚丙烯混杂纤维高强混凝土的抗弯试验得到纤维混凝土的抗弯荷载-挠度曲线,据此分别采用弯曲韧性指数、等效抗弯强度与弯曲韧性比来研究分析不同体积掺量的钢纤维、聚丙烯纤维混杂后对C60高强混凝土抗弯韧性的影响规律。研究结果表明,钢纤维混凝土的抗弯强度和韧性均随着钢纤维掺量的增加而明显提高,对钢纤维掺量一定时的钢-聚丙烯混杂纤维混凝土而言,存在最优的聚丙烯纤维掺量使得抗弯强度和韧性最大,即出现较好的正混杂效应。     

掺不同纤维的RPC弯曲韧性试验研究

通过对不同纤维种类及掺量的活性粉末混凝土进行弯曲韧性试验,测出相应的荷载-挠度曲线,并依据ASTM C1018韧性指数法分析了不同体积掺量的钢纤维、聚丙烯纤维及两者的混合对改善RPC韧性的影响。试验发现:体积掺量为2.5%的钢纤维单掺时对改善RPC的弯曲韧性和峰值荷载较合理;当体积掺量为1.5%的钢纤维和体积掺量为0.15%的聚丙烯纤维混掺时,其增韧效果更优;单掺聚丙烯纤维对RPC的增韧效果不明显,且对峰值荷载易产生负作用。     

纤维对高强混凝土弯曲性能及韧性的影响

选择具有代表性的聚乙烯醇(PVA)纤维、聚丙烯(PP)纤维、端钩型钢纤维(SF1)和高强微细钢纤维(SF2),系统研究纤维掺量和种类对高强混凝土(HSC)弯曲性能及韧性的影响。结果表明:SF1-HSC和SF2-HSC的弯曲韧性指数是PVA-HSC和PP-HSC弯曲韧性指数的2~3倍;相较基准高强混凝土,掺入SF1和SF2的高强混凝土极限弯曲荷载最高分别提高了72.2%和29.6%,而掺PVA和PP的高强混凝土极限弯曲荷载则分别降低了19.1%和11.5%;在工程应用中配制高强混凝土时,为了提高其弯曲性能及韧性,应选择极限抗拉强度高、掺量更大及与基体间锚固作用力强的端钩型钢纤维。     

玄武岩纤维增强机场道面混凝土力学性能试验研究

针对当前机场混凝土道面使用过程中存在的部分问题,为提高道面强度及耐久性能,试验利用纤维增强混凝土技术,对比分析研究了两种规格的玄武岩纤维分别以0.05%,0.10%,0.15%的体积掺量对机场道面混凝土抗折、抗压强度性能的影响规律。试验结果表明:玄武岩纤维对机场道面混凝土有较好的力学增强性能,28 d抗折强度提高6.09%～19.80%,对抗压强度影响不明显,并且长度40 mm、直径40μm的短切玄武岩纤维较长度20 mm、直径20μm有更好的增强效果,可以在机场混凝土道面施工中使用,其最佳体积掺量为0.10%。     

混杂纤维高强自密实混凝土弯曲韧性试验

为探究混杂纤维改性混凝土的韧性作用机理,以镀铜微丝钢纤维和纳米碳纤维掺量为参数,制备了混杂纤维高强自密实混凝土,进行了弯曲韧性试验。基于试验数据,绘制荷载 挠度曲线,以弯曲韧度比为量化指标,采用数值分析方法对试件样本空间进行扩参数分析。结果表明:纳米碳纤维与镀铜微丝钢纤维在高强自密实混凝土开裂的不同阶段发挥不同层次的改性作用,使混凝土峰值荷载变形得以改善的同时,提高其极限荷载、初始弯曲韧度比和弯曲韧度比;初始弯曲韧度比最大提高幅度为34.5%,HS-S9C6试验组弯曲韧度比达0.84,且随挠度增长,弯曲韧度比下降速率较慢,混杂纤维较好地发挥了改性高强自密实混凝土的韧性作用。     

聚丙烯-玄武岩混杂纤维对陶粒混凝土力学性能的影响

对掺加聚丙烯-玄武岩混杂纤维的陶粒混凝土进行了抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度试验,得到了混杂纤维对陶粒混凝土力学性能的影响规律。结果表明:混杂纤维掺量为0.2%时,陶粒混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度提升幅度最大,分别较基准组提高了11.21%、30.73%、15.26%,但掺量过大时陶粒混凝土的力学性能会下降,甚至出现负效应;聚丙烯纤维与玄武岩纤维的混杂比为2∶1时,其对陶粒混凝土的增强效果较好;混杂纤维能增强陶粒混凝土的韧性,对抗折强度和抗拉强度提升效果明显,对抗压强度提升效果较小。     

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.     

应变硬化水泥基复合材料(SHCC)弯曲韧性研究

砂浆、混凝土等水泥基复合材料易于开裂、耐久性低劣的主要原因是其抗拉强度低、韧性差。高模量聚乙烯醇（PVA）纤维的添加可以增强水泥基材料的韧性，使其呈现准应变硬化和多微缝开裂特性，从而显著改善结构的耐久性。通过四点弯曲试验研究了PVA纤维体积掺量分别为0、0.75%、1.5%的抗折强度，按照ASTM方法确定了SHCC的弯曲韧度指数，通过JCI方法得到了SHCC的弯曲韧性系数。结果表明，最大抗弯承载力和最大挠度均随纤维掺量的增加而增加。结果可由纤维增强材料的应变硬化特性来解释。同时，与数值模拟结果的比较也证实了上述结论。     

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。     

改性合成纤维混凝土弯曲及抗冲击试验

针对普通混凝土道面易开裂、使用寿命无法达到设计寿命的情况,在普通混凝土中加入合成聚丙烯纤维及聚丙烯腈纤维,以提高混凝土的抗弯拉开裂性能及冲击韧性。对改性合成聚丙烯纤维混凝土及聚丙烯腈纤维混凝土进行了四点弯曲试验,并采用自行设计的冲击试验装置进行了冲击试验及经冻融循环后冲击试验。试验结果表明:在几乎不影响抗压强度的情况下,长度20、40 mm的合成聚丙烯纤维可以显著提升混凝土的抗弯韧性和冲击次数,经冻融后合成聚丙烯纤维混凝土的冲击次数下降幅度明显低于普通混凝土; 在抗弯韧性及抗冲击性能方面,改性合成聚丙烯纤维改善效果最佳,聚丙烯腈纤维次之,而长度40 mm的合成聚丙烯纤维又略强于长度20 mm的合成聚丙烯纤维; 在抗弯韧性方面,掺有长度40 mm合成聚丙烯纤维混凝土相较素混凝土提升了60.09%～120.62%; 未经冻融前掺有长度40 mm合成聚丙烯纤维混凝土在冲击试验中的初裂冲击次数和破坏冲击次数均为最高,相较素混凝土分别提升了114.29%～157.14%和120%～306.67%,相较于掺有长度为20 mm合成聚丙烯纤维的混凝土分别提升了5.56%～23.53%和15.15%～35.90%,相较于掺有聚丙烯腈纤维的混凝土分别提升了5.56%～13.33%和36.36%～60.66%; 试验结果可为混凝土道面的建设提供参考依据。     

PVA纤维混凝土弯曲韧性性能试验研究

按照《纤维混凝土试验方法标准》（CECS13：2009）中弯曲韧性和初裂强度的试验方法对聚乙烯醇纤维混凝土的力学性能进行试验,研究结果表明：聚乙烯醇纤维能略微提高混凝土的抗压强度,最佳掺量在1％以下;聚乙烯醇纤维能有效地改善混凝土立方体抗压变形能力,使混凝土由脆性破坏转换为有一定塑性的破坏形态;当聚乙烯醇纤维掺量在0．08％-0．2％时可明显改善混凝土的弯曲韧性;聚乙烯醇纤维也能在一定程度上提升混凝土的抗弯拉强度。     

混凝土早期凝缩测定及抑制机理研究

采用非接触式的涡流传感器研究了聚乙烯醇纤维对混凝土凝缩性能的影响,试验结果表明:与素混凝土相比,掺0.9 kg/m3和12.8 kg/m3聚乙烯醇纤维混凝土的凝缩值在6 h内分别减少了12.6%和19.4%,而掺有0.9 kg/m3聚丙烯纤维混凝土的凝缩值仅减少6.5%,聚乙烯醇纤维能够明显地减少混凝土的凝缩。通过扫描电镜分析了掺聚乙烯醇纤维和聚丙烯纤维水泥浆体的表面形貌,探讨了聚乙烯醇纤维抑制混凝土凝缩的机理,建立了聚乙烯醇纤维抑制混凝土凝缩的模型。