玄武岩纤维TRC板拉伸性能试验研究

采用短切钢纤维体积掺量为0%、0.8%、1.6%的3种精细混凝土基体分别制备玄武岩纤维TRC板,并对纤维编织网施加不同水平的预拉力,通过单轴拉伸试验,考察了各类TRC板试件的应力-应变关系和裂缝形态.试验结果表明:随着纤维编织网层数的增加,TRC板试件的开裂荷载减小,极限荷载和极限应变均增大,裂缝形态得到很大改善.随着纤维编织网上预拉力水平的增加,TRC板试件的开裂荷载增大,极限荷载并未产生明显变化,极限应变减小,裂缝逐渐表现出不良的形态.TRC板试件的拉伸性能与短切钢纤维掺量和预拉力水平均存在一定的相关性;当基体混凝土中掺加体积分数为1.6%的短切钢纤维且纤维编织网上施加的预拉力大小合适时,TRC板试件表现出相对较好的拉伸性能.     

玄武岩织物增强水泥基复合材料拉伸力学性能

利用美特斯(MTS)万能试验机研究了掺入不同体积掺量(0、0.5%、1.0%、1.5%)短切碳纤维、玻璃纤维、钢纤维的2层和3层玄武岩纤维织物增强水泥基复合材料的拉伸力学性能.结果表明:短切碳纤维、玻璃纤维、钢纤维均可明显增加玄武岩纤维织物增强水泥基复合材料的开裂强度,并且存在最优体积掺量;在0~1.5%掺量范围内、2层织物时,开裂强度随着3种短纤维掺量的增加而增加,掺量1.5%时最大;3层织物时,开裂强度随着碳纤维、钢纤维掺量的增加先增加后减小,掺量1.0%时达到最大值,而随着玻璃纤维掺量的增加持续增加,掺量1.5%时最大.短切碳纤维、玻璃纤维不能增加其峰值荷载,而钢纤维则明显提高其峰值荷载,2层织物时最优掺量为1.5%,3层织物时最优掺量为0.5%.     

碳纤维织物增强混凝土薄板的界面粘结性能试验

为了研究碳纤维织物增强混凝土薄板中织物和混凝土界面间粘结性能,首先介绍了德国斯图加特大学提出的测试织物在薄板的混凝土基体中界面粘结性能的拉拨试验方法,并通过初步试验,讨论了试验方法中试件养护条件和试验机夹具夹持试件的尺寸2个因素对试验结果的影响.然后,进一步研究了复合材料中的织物在其使用前的预浸胶和复合材料薄板制作过程中在织物上施加预拉力2项工艺对提高织物和混凝土基体间界面粘结性能的影响.采用Ohno ＆ Hannant理论,分析和探讨了该试验方法的机理.最后,得出该试验方法能较准确地反映织物增强混凝土薄板中织物和混凝土界面间粘结性能的结论,并提出织物浸胶和施加预拉力可以提高其界面间粘结性能的建议.     

玄武岩纤维织物高延性混凝土拉伸性能

为研究玄武岩纤维织物高延性混凝土（TR-HDC）的拉伸力学性能，设计和制作了36组TR-HDC狗骨形拉伸试件，通过单轴拉伸试验研究织物配网率、PVA短纤维掺量、基体类型和网格间距（5mm、10mm）对TR-HDC拉伸力学性能的影响.试验结果表明：随织物配网率的增加，TR-HDC试件的抗拉强度大幅提高，多裂缝开展特征明显；PVA短纤维的掺入可有效改善织物与基体的界面特性，防止基层的剥离，减少织物与基体之间的滑移，并且提高织物强度利用率；网格间距增大时，掺入的PVA短纤维更容易穿过织物网格，与纤维束充分接触，增加了织物与基体的机械锚固力，使纤维织物的强度利用率提高；基体中粉煤灰掺量的改变对于TR-HDC试件的抗拉强度影响较小，而粉煤灰掺量较多时，试件的应变较大，裂缝间距较小.通过对试验结果进行回归分析，考虑PVA掺量与纤维织物耦合作用，给出了TR-HDC单轴抗拉强度简化计算模型.     

碳纤维织物增强水泥砂浆板平面内抗剪性能

采用单点加载试验研究了碳纤维织物增强水泥砂浆(carbon textile reinforced mor-tar,CTRM)板的平面内抗剪性能,以碳纤维织物层数、钢纤维掺量两个因素对CTRM复合板力学性能进行研究.试验结果表明:随着织物层数的增加,试件的斜截面开裂荷载、极限荷载以及开裂前刚度和开裂后刚度都得到了明显的提高;提高钢纤维掺量可以有效提高试件的斜截面承载力,提高斜截面开裂荷载和极限荷载,并且可以有效改善碳纤维织物与水泥砂浆的界面性能,减轻织物与水泥砂浆的剥离破坏程度.最后,提出了CTRM板平面内抗剪承载力的计算方法.     

混杂纤维掺量对再生混凝土力学性能的影响研究

试验研究了钢纤维和聚丙烯纤维单一掺入,以及混合掺入时对再生混凝土力学性能的影响。结果表明:在再生混凝土中掺入钢纤维后,其各项力学性能都有所提高;单掺入聚丙烯纤维后其抗压强度有所降低,但显著提高了其劈裂抗拉强度和弹性模量;掺入混杂纤维后其抗压强度介于单掺钢纤维和单掺聚丙烯纤维之间,弹性模量受钢纤维掺量的影响较大,劈裂抗拉强度有显著提高,最高增强率达53.8%。加入纤维后,再生混凝土由脆性破坏变成塑性破坏。     

钢纤维及预应力对BTRC板抗弯性能的影响

采用三点弯曲试验研究了玄武岩纤维编织网增强混凝土(BTRC)抗弯性能.试验考虑了编织网层数、编织网上预拉力水平和钢纤维掺量3个影响因素.试验结果表明:随着编织网层数的增加,BTRC板的抗弯强度和韧性增大.随编织网上预拉力水平的提高,BTRC板的开裂应力和开裂后抗弯刚度均增大,极限挠度减小,而抗弯强度变化不明显.钢纤维有助于提升BTRC板的开裂应力、抗弯强度和韧性;对编织网施加预拉力使钢纤维掺量对BTRC板的抗弯强度影响更显著.编织网层数和钢纤维的增加使BTRC板上的裂缝形态更均匀细密,但对编织网施加预拉力使板上裂缝数目减少且裂缝间距增大.     

BFRP网格增强水泥砂浆永久模板力学与协同工作性能试验研究

针对现有永久模板成本高和耐久性差的问题,采用轻质高强的玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)网格增强水泥砂浆制成薄板,作为混凝土的永久模板,并开展拉伸试验,研究其力学性能。模板经过界面处理后,上部浇筑混凝土短梁,开展四点弯曲试验,研究其与混凝土的协同工作性能,研究的参数包括网格的厚度和短切纤维掺量。结果表明：BFRP网格可在薄板开裂后继续承载,较大程度地提高薄板的极限拉伸承载力,而短切纤维的掺入则能增强薄板的抗裂性能;经过打磨处理和涂刷界面剂后,永久模板与现浇混凝土界面黏结可靠,并且表现出良好的协同受力性能;永久模板的使用使构件的力学性能提升显著,破坏时挠度大幅度提升,构件可获得较好的延性。     

冻融环境下TRC加固RC柱轴压性能的研究

为探究冻融环境下纤维编织网增强混凝土(TRC)加固钢筋混凝土(RC)柱的轴压性能,本文开展了冻融循环次数、轴压应力和冻融循环耦合作用及短切纤维改性细粒混凝土等因素对TRC加固RC柱性能的研究.试验结果表明:冻融循环次数超过一定次数(20次),会造成TRC表面萌生细微的收缩裂缝,开始降低TRC约束效果,在冻融循环60次时,TRC加固RC柱的承载力降低达21.75%;轴压应力与冻融循环的耦合作用降低TRC加固RC柱的承载力及约束能力相对明显,轴压应力比率为0.4的试件的破坏形态发生改变;在TRC中掺入短切纤维可提高TRC加固柱的抗冻性.此外,掺入AR短切纤维的TRC在冻融环境下有助于提高加固柱的承载力,而掺入PVA短切纤维的TRC有助于增强加固柱的变形性能.     

改性和温度对织物增强混凝土界面性能的影响

为了研究界面改性和温度对织物增强混凝土（Textile Reinforced Concrete，TRC）界面性能的影响，分别采用环氧树脂、硅烷偶联剂及纳米二氧化硅（SiO2）对纤维表面进行处理，并通过电镜扫描和拔出试验测试处理后纤维微观形貌和TRC试件在25 ℃、100 ℃及200 ℃ 下的宏观力学性能 . 试验结果表明：纳米 SiO2 浸渍和环氧树脂涂层均明显改善碳纤维束在水泥基体中的界面黏结性能 . 纳米 SiO2颗粒能浸入纤维束内部，改善内部纤维丝与基体间的应力传递，同时纳米SiO2与氢氧化钙反应生成水化硅酸钙凝胶，提高其黏结性能. 硅烷偶联剂处理可以增加纤维表面粗糙程度，提高纳米 SiO2 在纤维表面的附着量，从而进一步提升纤维与基体的界面黏结强度. 在100 ℃ 和200 ℃ 下纳米 SiO2浸渍的碳纤维束界面强度显著高于环氧树脂浸渍的. 本研究将为TRC力学性能设计和热稳定性提升方法提供参考.     

提高纤维编织网与砂浆粘结性能的实用方法

纤维编织网增强混凝土结构(简称TRC)的力学性能与纤维编织网和基体之间的粘结状况密切相关.采用环氧树脂浸渍纤维编织网并在其表面粘砂的方法来提高粘结强度,控制砂浆基体的开裂.通过四点弯曲试验和拉拔试验考察了不同粘砂粒径对TRC粘结性能的影响.试验结果表明,采用环氧树脂浸渍纤维编织网并在其表面粘砂的方法能够提高纤维编织网与基体之间的摩擦力,甚至产生咬合效应.因此可明显提高TRC的弯曲开裂荷载,增加裂缝数量,改善纤维编织网与砂浆之间的粘结性能.其中粘砂粒径为0.15～0.30 mm改善效果最为显著.     

纤维编织网增强混凝土抗渗性能研究

研究纤维编织网增强混凝土(textile reinforced concrete， TRC)外部水分沿其内部纤维束的放置走向迁移，使混凝土基体受损抗渗性能下降.分别在宏、细观层面研究了混凝土基体水灰比、纤维编织网网格尺寸、纤维束Tex含量对纤维编织网增强混凝土抗渗性能的影响，并通过核磁共振试验引入分形维数评价混凝土的粗糙程度.结果表明:纤维编织网增强混凝土的抗渗性能会随混凝土水灰比的增大、网格尺寸的减小、纤维束Tex含量的增大而降低.基于量纲分析法与试验建立了一种TRC渗流预测模型，描述了TRC的抗渗性能.     

碳纤维增强镁合金层合板拉伸性能和层间断裂韧性

玻璃纤维增强铝金属层合板,已广泛应用于航空、航天等领域。现采用密度更小的镁合金板取代铝合金板,并用抗拉强度更高、弹性模量更大的碳纤维来代替玻璃纤维,会得到一种新型的复合材料——碳纤维增强镁合金层合板。通过对不同纤维/树脂复合材料体积比的碳纤维增强镁合金层合板进行拉伸以及单悬臂梁试验,分别得到其强度、刚度及界面断裂韧性等机械性能。并与工程实际中广泛使用的玻璃纤维增强铝合金层合板进行比较。结果表明,碳纤维增强镁合金层合板具有比玻璃纤维增强铝合金层合板更高的比强度、比刚度以及界面断裂韧性。碳纤维增强镁合金层合板是一种非常有前途的新型复合材料。     

预应力碳纤维修复含裂纹钢板的应力强度因子分析

海洋平台作为海上油气勘探开发生产的重要装备,随其服役期临近设计使用寿命,平台在多种载荷的作用下已存在多种形式的裂纹缺陷,对其开展修复加固研究以延长服役期是降本增效提质的有效措施。碳纤维复合材料(CFRP)凭借其优异的力学性能,可应用于海洋平台的修复加固技术,从而达到延长服役期的目的。本文建立了CFRP修复含裂纹钢板有限元模型,结合线弹性断裂力学,验证了模型的可靠性,考虑了预应力对修复效果的影响,进行了以裂纹尖端应力和应力强度因子为评价指标的仿真分析研究,并拟合了CFRP上预应力与应力强度因子之间的变化关系。研究表明： CFRP可以减小裂纹尖端的应力和应力强度因子,CFRP对含裂纹钢板有良好的修复效果;并且裂纹尖端的应力强度因子随着CFRP上预应力的增大而减小,预应力的施加可以增强CFRP对含裂纹钢板的修复效果;此外,CFRP上预应力与应力强度因子之间存在线性关系。     

撒布式混杂钢纤维再生混凝土力学性能

为了研究撒布式混杂钢纤维再生混凝土的力学性能,以混杂钢纤维撒布层数和掺量为参数,对混凝土试块进行抗压、劈拉及弹性模量试验。结果表明:随着混杂钢纤维撒布层数的增加,抗压强度整体变化不大,劈拉强度逐渐呈现上升趋势,弹性模量、拉压比、弹强比随层数变化规律不明显;但弹性模量均较普通再生混凝土降低,拉压比均较普通再生混凝土增大,弹强比有增大也有减小;随着混杂钢纤维掺量的增加,抗压强度先增大后减小,劈拉强度、弹性模量逐渐增大,拉压比、弹强比先减小后增大。撒布混杂钢纤维层后,再生混凝土的破坏由脆性转变为具有一定的塑性。     

激光石墨化沥青基碳纤维的力学性能研究

为提升沥青基碳纤维的力学性能,采用自制的激光超高温石墨化装置对中间相沥青基碳纤维进行石墨化处理。通过改变实验过程中的激光功率、牵伸力及碳纤维直径等3个因素制备了多组样品,研究了沥青基碳纤维拉伸强度随温度的变化规律,并分析了石墨化过程中牵伸力及碳纤维直径对其力学性能的影响。结果表明：沥青基碳纤维石墨化能承受的最大激光功率为360 W,对应的温度约为3 050℃,在此条件下处理得到的碳纤维拉伸强度由1.0 GPa提升至2.5 GPa;在碳纤维的承受范围内,其力学性能随着温度、牵伸力的增加而提高;直径较小的碳纤维力学性能提升更大。     

冷弯厚壁钢管截面不同部位材料特性分布模型

对取自30种不同截面、不同厚度、不同钢材型号、不同厂家生产的冷弯厚壁矩形和方形钢管的568个试件进行了材料性能试验研究.结果表明:焊缝部位的屈服强度和极限强度相对于邻边均有提高;角部屈服强度提高系数随型钢中心线长与弯角内径之比的增大而增大,而各参数对极限强度的影响较小;焊缝两邻边间的强度差异很小.基于研究结果,提出了冷弯矩形和方形钢管屈服强度、极限强度、强屈比和伸长率沿截面的分布模型.当相应冷弯型钢截面的梁、柱强度和稳定分析中需要考虑冷弯效应的影响时,可以应用此分布模型.     

非对称热轧高品质不锈钢复合板可行性模拟研究

利用特厚规格复合板与较薄规格复合板进行非对称组坯,采用ABAQUS有限元软件对其热轧过程中的应变、接触应力及温度分布进行计算,并通过温度补偿及冷却控制的手段,对热轧非对称复合坯的可行性进行模拟分析。结果表明,采用非对称组坯设计,有利于特厚复合板碳钢层与不锈钢层在各道次轧制中的界面结合;通过控制复合坯上、下表面的温差,能有效改善板坯翘曲现象,并可一次性获得一块宽幅特厚复合板与一块宽幅较薄规格复合板,提高生产效率;此外,采用非对称组坯设计还可实现控轧控冷,保证芯部不锈钢与碳钢的协同变形,促进其界面结合。