海底隧道纤维混凝土力学性能发展研究

研究目的:海底大直径隧道管片结构对混凝土的抗裂性提出了较高的要求,采用纤维混凝土能够有效解决这一问题。本文对纤维混凝土在不同养护龄期下的抗压强度以及弹性模量进行试验研究,分析不同聚丙烯纤维及钢纤维掺量对混凝土抗压强度以及弹性模量随龄期发展的影响规律,研究纤维掺量对混凝土力学性能的影响,并利用扫描电镜对聚丙烯纤维混凝土进行观测,从微观角度分析纤维与混凝土的作用机理。研究结论:(1)钢纤维对混凝土强度有提高作用,2%钢纤维掺量的混凝土试件抗压强度要明显高于其他组的试验结果,纤维混凝土的强度离散性高于普通混凝土;(2)纤维可明显提高混凝土的弹性模量,2%钢纤维掺量的混凝土试件弹性模量最高,2 kg聚丙烯纤维掺量的混凝土28 d弹性模量较3 d提升幅度最大;(3)微观试验表明,聚丙烯纤维表面较为光滑,与混凝土基体结合性能较差,是聚丙烯纤维混凝土强度较低的原因之一;(4)本研究成果可为海底隧道混凝土管片设计提供指导。     

钢-聚丙烯纤维混凝土力学性能试验研究

为研究钢纤维类型、钢纤维掺量、聚丙烯纤维掺量三种因素对钢-聚丙烯纤维混凝土(Steel-Polypropylene Fiber Reinforced Concrete,简称SPFRC)力学性能的影响,设计三因素三水平正交试验。通过对SPFRC立方体抗压强度、抗折强度进行极差分析和方差分析,得到了三种因素对SPFRC的力学性能的影响程度和显著影响因素。结果表明:钢纤维掺量是影响SPFRC力学性能的主要因素,当钢纤维掺量从0增加到1%时,SPFRC立方体抗压强度降低了9.6%,抗折强度提高了14.7%。     

纤维种类与尺寸对喷射混凝土弯曲韧性的影响

选取不同种类与尺寸的4种型号的纤维,分别以0.7%和1.0%的体积掺量制成混凝土试件进行预切口三点弯曲试验,由混凝土弯曲荷载与跨中挠度的关系曲线计算出纤维喷射混凝土的弯曲韧性指数,进而分析研究纤维种类、几何尺寸及掺量对纤维喷射混凝土弯曲韧性的影响。结果表明:纤维掺量和形状相同时,纤维长度越长混凝土的弯曲韧性提升效果越显著,但纤维长度的确定需考虑对混凝土工作性的影响;对于钢纤维和有机纤维,端部弯钩或表面压痕均可增大纤维与基材之间的黏结力,提高弯曲韧性;与钢纤维相比,有机纤维PP30-55对喷射混凝土弯曲韧性的提升效果更显著,体积掺量1.0%时弯曲韧性指数I5=13.10。     

钢纤维地聚物混凝土轴压性能细观数值模拟

为研究细观尺度下钢纤维地聚物混凝土(SFRGPC)的轴压性能,考虑骨料和钢纤维在混凝土基体内部的随机分布,建立钢纤维地聚物混凝土棱柱体的三维细观尺度数值模型。对不掺纤维与掺纤维2种工况下钢纤维地聚物混凝土的轴压性能进行模拟,验证该细观尺度数值模型的准确性。在此基础上,分析钢纤维地聚物混凝土的轴压破坏行为,进一步探究骨料最大粒径和纤维掺量对混凝土轴压受力性能的影响规律。结果表明,地聚物混凝土峰值应力随骨料最大粒径增加而降低;骨料最大粒径的增加会略微降低地聚物混凝土的韧性指数;由于纤维对混凝土裂缝的桥接作用,地聚物混凝土的峰值应力和韧性指数随纤维掺量增加均有所提高,且韧性指数的提高更为显著。     

纤维与外掺料对锚碇混凝土抗裂及抗渗性能影响研究

针对棋盘洲长江公路大桥北锚碇大体积混凝土的开裂防渗问题,研究了单掺聚丙烯纤维、抗渗剂、膨胀剂及复掺聚丙烯纤维与抗渗剂或膨胀剂对锚碇C30大掺量矿物掺合料混凝土抗裂与抗渗性能的影响。结果表明,掺加聚丙烯纤维显著改善了混凝土的抗早期塑性收缩开裂性能,掺加膨胀剂和聚丙烯纤维均有利于降低其干燥收缩,并提高其抗氯离子和抗压力水渗透性;复合掺加膨胀剂与聚丙烯纤维抑制干燥收缩和改善抗渗性的效果优于复掺抗渗剂与聚丙烯纤维。采用聚丙烯纤维与膨胀剂的复合改性技术是提高锚碇大体积混凝土抗裂防渗性能的理想技术路线。     

聚丙烯纤维增强泡沫轻质混凝土力学性能试验研究

针对浇筑密度700 kg/m3的泡沫轻质混凝土掺加6种长度(3,6,9,12,15,19 mm)、不同掺量的聚丙烯纤维,开展抗压强度试验、劈裂抗拉强度试验和抗折强度试验,研究聚丙烯纤维对泡沫轻质混凝土力学性能的影响。结果表明:当纤维长度为3,6,9,12 mm时,泡沫轻质混凝土的抗压强度、弹性模量、劈裂抗拉强度、抗折强度均随着纤维掺量的增加先增大后减小;当纤维长度为15,19 mm,掺量≤0.2%时,其抗压强度、弹性模量、劈裂抗拉强度、抗折强度与基准值相比稍微增加,掺量0.2%时,各参数随着纤维掺量的增加而减小;纤维长度6 mm、掺量为0.6%时泡沫轻质混凝土的无侧限抗压强度、劈裂抗拉强度与抗折强度达到最大值。     

不同纤维掺量BFRP筋玄武岩纤维再生混凝土梁抗剪性能试验研究

通过6根玄武岩纤维(BFRP)筋玄武岩纤维再生混凝土梁的受剪试验,研究短切纤维掺量对BFRP筋纤维再生混凝土梁的裂缝开展、跨中挠度、开裂荷载和极限荷载的影响。研究结果表明:试验梁跨中挠度随玄武岩纤维体积掺量的提高先增大后减小;开裂荷载随玄武岩纤维体积掺量的提高略微增加;极限荷载随玄武岩纤维体积掺量的提高先增大后减小;玄武岩纤维体积掺量在0.2%时,极限荷载为峰值增强效果最明显。依据试验结果并参照《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2015)对BFRP筋纤维再生混凝土梁极限承载力进行计算,结果表明计算值和试验值吻合较好。     

纳米碳酸钙对钢纤维混凝土物理力学性能的影响

试验研究了不同掺量纳米CaCO3对钢纤维混凝土物理力学性能的影响,并采用XRD和SEM微观手段对其改善机理进行了分析.试验结果表明,适量的纳米碳酸钙可以改善钢纤维混凝土的和易性,提高混凝土各个龄期的抗折和抗压强度.在掺有1.5%体积掺量的螺旋状的钢纤维混凝土中,纳米碳酸钙的最佳掺量为水泥质量的2%.     

减震初期支护用钢纤维泡沫混凝土材料性能优化

为提高泡沫混凝土的强度,制备三因素四水平正交配合比的钢纤维泡沫混凝土试块;通过孔隙率测定试验和单轴抗压试验,分析并推导分别考虑试块材料的原生孔隙率和泡沫孔隙率对其相对抗压强度影响的关系式;通过劈裂抗拉试验,分析并归纳试块材料的抗压强度和钢纤维体积率对试块材料抗拉强度影响的关系式;通过扫描电镜试验,发现试块材料的原生孔隙与泡沫孔隙的形态差异;通过三维复合式衬砌隧道模型在典型地震波荷载作用下的最大主应力模拟分析,对钢纤维泡沫混凝土初期支护的减震性能进行测试。结果表明：当总孔隙率一定时,相对抗压强度随泡沫孔隙率增大而减小,但随原生孔隙率的增大而增大;钢纤维泡沫混凝土的抗拉强度与其抗压强度和钢纤维体积率呈正比例线性关系;原生孔隙和泡沫孔隙对抗压强度的影响程度不同,须分类考虑二者对抗压强度的影响;水胶比为0.35、密度为1 550 kg·m-3、纤维体积率在0.9%～1%之间、水泥硅灰质量比为6∶4～9∶1之间的混合料可满足初期支护强度要求;钢纤维泡沫混凝土初期支护相比普通初期支护,减震率在26.1%～42.8%之间。     

纤维对喷射混凝土抗折强度的影响

针对素喷射混凝土强度低、韧性差、破坏呈脆性的特点，在混凝土中掺入了工程中常用的纤维，研究纤维对喷射混凝土抗折强度的影响并提出抗折强度发展公式，阐明了不同纤维对混凝土抗折强度的增强机理。结果表明：随着纤维掺量增大，混凝土抗折强度呈线性增长；相同体积掺量下，对抗折强度提高效果最好的是端钩型钢纤维，其次是波纹型钢纤维，最次为仿钢纤维；端钩型钢纤维有利于明显改善喷射混凝土的延性。     

超高性能注浆纤维水泥基材料力学性能研究

进行不同纤维率、不同纤维类型和不同纤维长度下注浆纤维水泥基材料(Slurry Infiltrated Fiber Cementitious Composites,SIFCC)的抗弯、抗压强度变化规律以及SIFCC的弯曲韧性研究。研究结果表明:在本文试验范围内,无论是废旧轮胎回收纤维还是端勾纤维,随着纤维率的增加,其对应SIFCC试件的抗压、抗弯强度均逐渐增加;同一纤维率下,掺端钩型纤维的试件的抗压、抗弯强度普遍高于掺回收纤维的试件的抗压、抗弯强度;且该条件下25 mm钢纤维相比13 mm钢纤维无论是在抗弯还是抗压方面的性能都有提高,因此在后续的SIFCC研究当中应尽量采用长纤维;弯曲韧性指数随着纤维率的提高而增大;针对弯曲韧性而言,在6%,8%和10%纤维率的范围内,8%纤维掺量的纤维利用效率最高。     

干湿循环条件下复合固化砂土抗压强度试验研究

为探究水泥、石灰以及长安大学4号固化剂和多种纤维复合固化砂土在干湿循环后的力学性能,利用正交设计方案进行无侧限抗压强度试验,并将试样进行扫描电镜(SEM)试验和能谱仪(EDS)检测对其微观机理进行分析。研究结果表明:3种固化剂及纤维均能有效提高复合固化砂土的无侧限抗压强度,其中龄期和固化剂品种对复合固化砂土的抗压强度影响最大,干湿循环次数次之,纤维掺量和固化剂掺量有一定的影响,而纤维品种对无侧限抗压强度的影响最小;纤维掺量0.45%,固化剂掺量8%时效果较好;纤维加筋固化砂土的无侧限抗压强度随着干湿循环次数的增加而显著下降。鉴于良好的抗干缩湿胀耐久性能,建议使用8%水泥与0.45%的改性聚丙烯纤维作为固化砂土的复合固化材料。     

铁路隧道钢纤维喷射混凝土力学特性试验研究

通过室内试验分析钢纤维对混凝土工作性能和力学性能的影响,对比钢筋网喷射混凝土和钢纤维喷射混凝土的弯曲韧性,并在郑万铁路高家坪隧道现场验证两种喷射混凝土的支护效果.结果表明:掺加钢纤维会大幅降低混凝土流动性,对混凝土抗压强度影响小,钢纤维掺量45 kg/m3时能显著提高混凝土抗折性能;端钩型钢纤维的增强效果优于铣削型钢纤...     

低水化热纤维增强衬砌混凝土性能研究

针对在建的广州深圳—茂名铁路沿线隧道用衬砌混凝土开展了室内试验,研究不同矿物掺合料对衬砌混凝土水化放热特性的影响,以及不同种类纤维及掺量对衬砌混凝土力学性能、早期抗裂性能和耐久性能的影响规律。研究结果表明:掺入粉煤灰可显著降低衬砌混凝土的水化热,但会影响其早期力学性能;纤维的掺入显著提升了衬砌混凝土的抗裂性能、弯曲韧性及抗盐冻性能,钢纤维的增韧效果优于PVA纤维;端钩型钢纤维的抗裂增韧效果优于镀铜短细钢纤维,但其不易分散,掺量宜取0.7%。     

钢纤维混凝土力学性能和弯曲韧性研究

为研究钢纤维混凝土的力学性能、弯曲韧性及最优钢纤维掺量,进行掺量为25、30、35、40 kg/m3的4组(每组15根)钢纤维混凝土切口梁试验。通过对荷载-挠度变化规律曲线分析,发现钢纤维掺入对混凝土开裂后的力学性能、弯曲韧性有显著提高,开裂后荷载二次峰值较初裂荷载最大提高了41.5%;基于CECS 13∶2009标准,分析钢纤维混凝土的能量吸收和弯曲韧性比,获得单位质量钢纤维能量吸收与钢纤维掺量的曲线关系,并推导弯曲韧性比与钢纤维掺量间的关系式,结果认为掺量为36 kg/m3时钢纤维能够最大程度发挥其弯曲韧性作用。     

桥梁用钢纤维混凝土最优砂率的试验研究

结合厦门至昆明国家重点公路干线的建设,配制了一批C40普通混凝土和钢纤维混凝土,对不同的钢纤维掺量分别采用了四种不同的砂率进行试验。通过对钢纤维混凝土各个龄期的抗压强度和抗拉强度的分析,得到了每一钢纤维掺量对应的最优砂率,为实际工程提供参考依据。     

不锈钢纤维对超高性能混凝土的 性能影响研究

通过抗压强度、抗折强度、弹性模量和荷载挠度曲线试验,研究不锈钢纤维对UHPC力学性能的影响;通过氯盐浸泡干湿循环试验,研究不锈钢纤维和镀铜钢纤维对UHPC耐锈蚀性能的影响。实验结果表明:不锈钢纤维对UHPC的抗压强度、抗折强度和弯曲韧性有显著的改善作用;当不锈钢纤维掺量为2%时,UHPC的抗压强度最高;在满足工作性能的前提下,不锈钢纤维的掺量和长径比越大,UHPC的抗压强度、抗折强度越高,弯曲韧性越好;不锈钢纤维的掺入,可提高UHPC的弹性模量;在氯盐浸泡干湿循环条件下,掺不锈钢纤维的UHPC几乎不会发生锈蚀现象,而掺镀铜钢纤维的UHPC经过1次干湿循环后表面会出现锈渍,并随着干湿循环次数的增加,掺镀铜钢纤维的UHPC表面会发生严重的锈蚀现象。     

喷射纤维混凝土在硫酸盐腐蚀环境下的劣化规律

为研究喷射聚丙烯粗纤维混凝土在隧道腐蚀环境下应用的可行性,通过测试不同纤维掺量喷射混凝土的力学性能和在浓度为5%的硫酸盐溶液中长期浸泡条件下抗腐蚀性能,研究其在地下水腐蚀环境下的适用性和耐久性。并根据试验结果,探寻聚丙烯粗纤维混凝土的腐蚀劣化规律,在此基础上可对聚丙烯粗纤维混凝土寿命进行预测。研究表明:聚丙烯粗纤维掺量为8 kg/m~3左右时,喷射混凝土的力学和抗腐蚀性能均表现良好,试验成果可以作为喷射聚丙烯粗纤维混凝土耐久性定量设计的依据。     

聚丙烯纤维路面混凝土耐久性能的试验研究

通过对杜拉纤维(聚丙烯纤维)体积掺量分别为0.6 kg/m3,0.9 kg/m3,1.2 kg/m3的混凝土进行抗冻性、抗渗性和耐磨性试验,并与基准混凝土进行对比.试验表明:随着纤维掺量的增加,混凝土的抗冻性相应提高,抗渗性、耐磨性也相应改善.     

桥面铺装中钢纤维混凝土抗折强度的试验研究

结合高速公路桥面铺装实际工程,通过试验研究在混凝土中掺入两种不同类型和不同体积率的钢纤维对混凝土抗折强度的影响,同时研究了钢纤维混凝土(SFRC)抗折强度与抗压强度、劈拉强度等之间的关系,为实际工程应用提供参考。研究表明:SFRC的抗折强度随着抗压强度的提高而提高,随着钢纤维体积率的增大,抗折强度与抗压强度之比也随着呈上升趋势;SFRC抗折强度随着劈拉强度的提高而提高,随着钢纤维体积率的增大,SFRC的抗折强度与劈拉强度比呈下降趋势。