混杂纤维高韧性水泥基复合材料抗压性能研究

为改善传统单掺有机纤维水泥基材料的抗压性能,采用钢纤维+聚乙烯纤维混杂方式制备了一种高韧性水泥基复合材料,在聚乙烯(PE)纤维体积掺量固定为1%的情况下,考虑钢纤维体积掺量分别为0、0.3%、0.6%、0.9%4种工况下该水泥基复合材料的抗压试验,分析了钢纤维掺量、长度、直径对其抗压性能的影响。结果表明,采用钢纤维与PE纤维混杂方式可显著提高水泥基复合材料的抗压性能,在采用较长钢纤维的情况下,较低的体积掺量可以有效提升试件的抗压强度,直径越小的钢纤维试件抗压性能越好。对比发现,钢纤维直径0.12mm、长度13mm、体积掺量为0.6%时混杂效应较好,其峰值压应力较未掺钢纤维的试件提升33.8%,极限压缩应变提升24.3%。     

碳/钢混杂纤维水泥基复合材料的性能研究

研究了碳 /钢混杂纤维水泥基复合材料的电性能和力学性能。结果表明 :单一碳纤维水泥基复合材料的体积电阻率在碳纤维用量为 0 .5 %时出现了“渗滤”现象 ,而当碳纤维与钢纤维混杂使用时可使水泥基复合材料的电性能出现明显的混杂效应 ,但是其力学性能并没有明显的混杂增强效应。     

不同尺度纤维复合增强水泥基材料的抗氯离子渗透性能

为研究不同尺度纤维复合增强水泥基材料的抗氯离子渗透性能,对单掺和复掺碳酸钙晶须、聚乙烯醇（PVA）纤维的水泥基材料分别进行电通量试验、电镜扫描观测及基本力学性能试验,分析不同纤维尺度、掺量及复合比例对水泥基材料抗氯离子渗透性能和基本力学性能的影响规律,并基于试验结果给出了多纤维复合增强水泥基材料的氯离子侵蚀深度计算模型。结果表明,不同尺度纤维可在不同结构层次上发挥对水泥基材料的增强作用,使得多纤维复合增强水泥基材料的抗氯离子渗透性能明显优于单一纤维增强水泥基材料;多纤维复合材料的抗压强度与氯离子侵蚀深度及电通量大致呈反比例关系;当复合材料的抗压强度提高13.6%时,其氯离子侵蚀深度和总电通量则分别降低39.1%和44.7%;建立的氯离子侵蚀深度计算模型,可用于多纤维复合增强水泥基材料的抗氯离子渗透和侵蚀性能评估。     

超高韧性水泥基材料的制备技术

分别采用活性粉末混凝土（RPC）和渗浇钢纤维混凝土（SIFCON）两种制备工艺,根据水泥基材料结构的多尺度特征,研究了由碳酸钙晶须和微钢纤维复合增强的超高韧性水泥基材料（Ultra-High-Toughness Cementitious Composite,简称UHTCC）的制备技术,测试UHTCC不同配比的抗压强度、抗折强度、抗弯强度以及单轴拉伸性能,采用折压比、韧性指数等多个指标对UHTCC的韧性进行了评价。试验表明：UHTCC的抗压强度、抗折强度、抗弯强度以及延性和韧性都远高于普通钢纤维混凝土,其抗弯强度最高达65.1 MPa、韧性指数I₂₀最高达49.21,单轴拉伸试验时呈现明显的假应变硬化行为,极限拉应变可达4%~8%。相对而言,利用SIFCON工艺制得的水泥基材料韧性更高。     

S-P混杂纤维对混凝土长期性能与耐久性影响

采用对比的试验方法,研究并讨论了钢纤维、聚丙烯纤维及其混杂对混凝土长期性能及耐久性的影响.研究结果表明,用不同尺度、不同性质的钢纤维与聚丙烯纤维按二元混杂以总体积率0.9%掺入高性能混凝土中,明显改善了水泥混凝土的长期性能,90d干缩值减少36.6%,200d徐变度降低45.4%,并可显著提高混凝土的耐久性能,相对渗透系数降低79.03%,氯离子渗透系数降低30.5%.     

水泥基材料隐身性能改性试验与数值模拟

以水泥为基体,添加硅灰和粉煤灰、石墨和碳纤维、纳米TiO2和钢纤维为吸波剂的试样,对8～18GHz频段内的隐身性能进行了试验分析,结果表明,硅灰和粉煤灰、纳米TiO2和钢纤维与水泥复合制成的吸波材料具有良好的隐身性能,石墨和碳纤维与水泥复合制成的吸波材料的隐身性较差,掺合材对水泥基材料吸波性能的影响必须综合考虑,并不是越多越好,掺合材超过一定极限后,材料的透波能力增强,吸波性能便会下降.在设计时对试件实验数据进行计算机模拟仿真,得到水泥基复合吸波材料,材料的电导率、复介电常数、复磁导率、介质损耗角正切等是评价吸波材料的主要参数.当掺合材作为复合吸波剂应用时,两种材料的介电损耗共同发挥衰减作用,可以明显提高试件的吸波性能,而且可以拓宽频段,比单一吸波剂的添加有着明显的优势.     

混杂纤维增强高性能混凝土拉压比试验研究

研究了揭示钢纤维和聚丙烯纤维混杂后对高性能混凝土强度和拉压比的影响.参照国家标准和试验方法,按不同的纤维掺量设计了9组混杂纤维增强高性能混凝土试件以及3组钢纤维增强高性能混凝土对比试件和1组普通高性能混凝土对比试件,进行了大量立方体抗压强度试验和劈裂抗拉强度试验研究,并对拉压比进行回归分析.结果在高性能混凝土中掺加适量的钢纤维和聚丙烯纤维后:对抗压强度影响不明显,但可使抗拉强度提高10%~30%,使拉压比增大到0.06~0.068;钢纤维体积掺量为0.8%、聚丙烯纤维体积掺量为0.11%时,混杂纤维增强高性能混凝土拉压比为0.068;混杂纤维增强高性能混凝土的劈裂抗拉试验为近似于延性断裂破坏.结论掺加适量钢纤维和聚丙烯纤维后,高性能混凝土的抗拉强度和拉压比均有不同程度的提高,这有利于提高高性能混凝土的抗裂性能和抗震性能.     

低掺量S-P混杂纤维增强增韧的作用研究

研究并讨论了钢纤维与聚丙烯纤维混杂对高性能混凝土力学性能的影响。研究结果表明,在较低掺量下(总体积率0.9％),混杂纤维混凝土的抗压、抗拉强度、断裂性能和抗弯韧性得到了较显著的提高,使混凝土的破坏具有预征兆性,并在混凝土材料初裂后呈现优越的应变硬化行为,体现了两者的混杂效应。     

温度作用对于纤维混凝土抗渗性能影响

为确保核废料贮存的长期耐久性,对受热150℃后的混杂纤维混凝土进行抗压强度、坍落度及抗渗试验,通过极差分析量化了钢纤维(材料A,材料B)、聚丙烯纤维(材料C)和粉煤灰(材料D)对各项性能影响效果;延长受热时间,对最陡坡法调优峰值试件与高强混凝土试件进行抗渗试验.结果表明:对于受热后混杂纤维混凝土的抗渗性能,各因素影响顺序为:材料A>材料C>材料D>材料B;随受热时间的增长,纤维混凝土与高强混凝土的抗渗性能均明显劣化;受热17 d后,钢纤维混凝土SP-10的抗渗性能优于高强混凝土SP-13;混杂钢纤维(材料A,材料B)混凝土适宜用作核废料贮存容器.     

低掺量S-P混杂纤维增强增韧的作用研究

研究并讨论了钢纤维与聚丙烯纤维混杂对高性能混凝土力学性能的影响。研究结果表明，在较低掺量下(总体积率0．9％)，混杂纤维混凝土的抗压、抗拉强度、断裂性能和抗弯韧性得到了较显著的提高，使混凝土的破坏具有预征兆性，并在混凝土材料初裂后呈现优越的应变硬化行为，体现了两者的混杂效应。     

钢纤维增强聚合物水泥基复合材料的界面特性

采用聚丙烯酸酯乳液（PAE）、苯乙烯－丙烯酸共聚乳液（SA）、聚乙烯醇缩甲醇水溶液（PVFO）对钢纤维增强水泥基复合材料进行改性,发现聚合物提高了复合材料的宏观性能如抗弯强度、韧性、纤维与水泥基体界面粘结强度。红外光谱分析表明,聚合物加入后其活性团与水泥或集料间发生化学键合,DSC放热曲线表明,加入聚合物后混合物的放热峰值提高,验证了红外光谱的结果。通过聚合物与水泥石之间的化学键合强化了钢纤维与水泥基体间界面,形成强度、韧性很好的具有互穿网络的钢纤维增强水泥基复合材料。     

高性能纤维增强水泥基复合材料的研究

介绍了在高性能蒸养水泥中掺入钢纤维制备出高性能水泥基复合材料的研究对象，研究了水灰比（W／C），砂灰比（S／C），钢纤维掺量对水泥基复合材料性能的影响；并用XRD、SEM分析其微观结构和形貌，试验结果表明，将钢纤维掺入到高性能蒸养水泥中并采用适当的工艺，可制备出抗夺强度达133MPa，抗折强度达24．5MPa的高性能水泥基复合材料。     

Dynamic Compression Behavior of Ultra-high Performance Cement-based Composite with Hybrid Steel Fiber Reinforcements

Ultra-high performance cement-based composites (UHPCC) is promising in construction of concrete structures that suffer impact and explosive loads.In this study,a reference UHPCC mixture with no fiber reinforcement and four mixtures with a single type of fiber reinforcement or hybrid fiber reinforcements of straight smooth and end hook type of steel fibers were prepared.Split Hopkinson pressure bar (SHPB) was performed to investigate the dynamic compression behavior of UHPCC and X-CT test and 3D reconstruction technology were used to indicate the failure process of UHPCC under impact loading.Results show that UHPCC with 1% straight smooth fiber and 2% end hook fiber reinforcements demonstrated the best static and dynamic mechanical properties.When the hybrid steel fiber reinforcements are added in the concrete,it may need more impact energy to break the matrix and to pull out the fiber reinforcements,thus,the mixture with hybrid steel fiber reinforcements demonstrates excellent dynamic compressive performance.     

生态型超高性能混凝土的弯曲行为研究

通过大掺量超细工业废渣制备了2个不同配比的超高性能混凝土，分别研究了其棱柱体三点弯曲行为和薄板四点弯曲行为，绘制了弯曲荷载-挠度曲线，讨论了钢纤维、有机纤维和纤维混杂对其弯曲行为的影响。结果表明通过纤维的增强和增韧作用，超高性能混凝土的抗弯强度和弯曲韧性指数分别提高到2倍和10倍以上。破坏形态从脆性断裂转变为延性破坏。     

Effects of fibers on mechanical properties of high-performance concrete subjected to elevated temperatures

The compressive strength and ilexural toughness as well as fracture energy of fiber reinforced highperformance concrete （FRHPC） subjected to different high temperatures were studied. The results showed that after exposure at 300,600 and 900℃, the concrete mixes retained 88.1% , 41.3% and 10.2% of the original compressive strength on average, respectively. Steel fiber and polypropylene （PP） fiber were both effective in minimizing the damage effect of high temperatures on the compressive strength. The HPC reinforced with steel fibers showed higher flexural toughness and fracture energy before and after the high-temperature exposures. In comparison, PP fibers had minor beneficial effects on the flexural toughness and fracture energy. The mechanical properties of HPC reinforced with hybrid fibers （steel fiber ＋ PP fiber） were equivalent to or better than those of HPC reinforced with steel fibers alone. In addition, the failure pattern of FRHPC beams changed from pull-out of steel fibers at lower temperatures （20, 300 and 600℃） to tensile failure of steel fibers at higher temperature （900 ℃）.     

SUPER-THIN COATING MATERIAL FOR HIGH-GRADE HIGHWAY

The road surface of cement concrete in highway is easily cracked and even destroyed due to inhomogeneous subsiding of the road foundation. In this work, a super-thin-coating material is prepared in order to repair the destroyed thin road surface, in which polymers and steel-fibers are added into ordinary concrete to form a steel fiber reinforced polymer-cement-based composite, the composite was successfully used to repair road surface.Microstructure and mechanical properties of the composites are measured and analyzed.     

竹纤维/水泥复合材料力学性能和耐久性的试验研究

利用竹纤维制备了水泥基复合材料,采用正交试验法得到了纤维掺量、纤维长度、减水剂和水灰比四个因素的最佳试验条件.在此基础上测试了该复合材料在不同龄期抗压强度和抗折强度.针对竹纤维的机械性能在碱性水泥浆中会逐渐恶化的缺点,对竹纤维表面预涂了乳液并进行了耐久性对比测试.结果表明,加入预处理的竹纤维制备出的水泥基复合材料的力学性能和耐久性得到了显著改善.     

Effect of chemical vapor infiltration treatment on the wave-absorbing performance of carbon fiber/cement composites

Short carbon fibers were treated at high temperatures around 1100℃ through chemical vapor infiltration technology. A thinner layer ofpyrocarbon was deposited on the fiber surface. The dispersion of carbon fibers in a cement matrix and the mechanical properties of carbon fiber/cement composites were investigated by scanning electron microscopy （SEM） and other tests. The reflec- tivity of electromagnetic waves by the composites was measured in the frequency range of 8.0-18 GHz for different carbon fiber contents of 0.2wt%, 0.4wt%, 0.6wt%, and 1.0wt%. The results show that the reflectivity tends to increase with the increase of fiber content above 0.4wt%. The minimum reflectivity is -19.3 dB and the composites exhibit wave-absorbing performances. After pyrocarbon is deposited on the fiber, all the refiectivity data are far greater. They are all above -10 dB and display mainly wave-reflecting performances.     

钢纤维高强混凝土的配合比及基本性能研究

探讨了钢纤维高混凝土配合比的设计方法.根据钢纤维高强混凝土的特点和要求配制出3种钢纤维(铣削型钢纤维MF、切断弓型钢纤维BF、剪切波纹型钢纤维SF)高强混凝土,进行了立方体和棱柱体试件的抗压试验及弹性模量试验,分析了水泥浆含量ρp和钢纤维体积率ρf对拌合物工作性及高强混凝土基本力学性能的影响.研究表明:水泥浆含量和钢纤维体积率均是影响高强混凝土拌合物工作性及力学性能的重要因素,所得结果可为进一步研究提供有益的参考.     

纤维素纤维及混杂纤维混凝土的弯曲韧性

研究了纤维素纤维UF500增强混凝土的抗弯韧性,同时进行了合成纤维、钢纤维及混杂纤维混凝土的弯曲韧性试验,测定了纤维混凝土梁的荷载一挠度全曲线.基于美国ASTM方法,分析了纤维素纤维、合成纤维、钢纤维及其混杂纤维增强混凝土的弯曲韧性.研究表明,纤维素纤维可提高混凝土抗弯韧性和变形能力,韧性指数I_5、J_(10)分别比素混凝土提高了3.0和5.8倍;在纤维体积率相同情况下,纤维素纤维混凝土抗弯韧性高于聚丙烯纤维混凝土;纤维素纤维和钢纤维混杂使用显著改善了混凝土的韧性和变形性能,使混凝土由脆性破坏变为延性破坏.