粗合成纤维混凝土抗弯韧性及疲劳特性试验研究

粗合成纤维为聚丙烯与聚乙烯的复合体,表面为压痕波浪形,是一种新型增强增韧材料。试验研究异型粗合成纤维混凝土抗弯拉强度、抗弯韧性和疲劳特性,探讨疲劳寿命与应力水平、纤维体积掺量的关系,结果表明:当纤维掺量为9～13kg/m3时,异型粗合成纤维混凝土相对剩余强度为49%～66%;疲劳寿命相比基准混凝土提高了100%～389%。     

粗合成纤维长径比对喷射混凝土性能的影响

粗合成纤维对喷射混凝土的增韧效果与钢纤维相比有明显差距.为了改善粗合成纤维的增韧效果,采用小型湿喷成型试件,测试当量直径为0.5～1.0 mm、断面形状分别为8字形或椭圆形的2种聚丙烯粗合成纤维的长径比对C30湿喷混凝土工作性、纤维分散性、回弹率、抗压强度、抗拉强度、抗折强度及弯曲韧性的影响.纤维长径比为30～76,长度为24～50mm,掺量为8 kg/m3.结果表明:整体上,随纤维长径比增加,抗压、抗拉、抗折强度及弯曲韧性先增加后降低.对所用的2种纤维,长径比约为50时对喷射混凝土增强、增韧作用最为明显.适宜长径比范围内,长径比增大使边壁效应减弱,基体对纤维咬合作用增强,利于提高喷射混凝土力学性能;长径比过大时,纤维分布不均及结团减弱了纤维增强、增韧作用.     

正交法分析再生粗骨料混凝土的基本性能

采用正交法试验分析了再生粗骨料掺量、聚丙烯纤维掺量和引气减水剂掺量3个配合比因素对再生混凝土抗压强度、劈拉强度和抗压弹模的影响,用再生粗骨料掺量为70%、聚丙烯纤维掺量为O.7%和引气减水剂掺量为0.2%的参数进行配合比设计,可使设计强度为C30的再生混凝土获得良好的和易性和较高的强度.通过对混凝土拌合物含气量的测定,分析得出了随着引气减水剂掺量的增加,含气量增加1%时,再生混凝土的抗压强度降低4.1%,劈拉强度降低7.7%,抗压弹模降低3.9%.将再生粗骨料经机械强化后,可使再生混凝土的抗压强度提高约13%.结果表明:引气减水剂和再生粗骨料掺量是影响这3个力学性能的重要因素.     

粗合成纤维增强混凝土的冲击动载特性

为了研究将掺量为6～13kg/m3的粗合成纤维和掺量40～60kg/m3的钢纤维掺入水泥混凝土后,对硬化混凝土动载特性的效用,试验研究了国产异型聚丙烯、日本Barchip、美国Forta粗合成纤维和钢纤维增强混凝土的抗弯冲击性能,探讨了纤维掺量对冲击动载特性的影响.研究表明：纤维掺量增加,纤维混凝土梁的初裂冲击次数先增加后减少,破坏冲击次数一直增加;粗合成纤维对混凝土冲击性能有显著的增韧效果,混凝土由脆性破坏变为有良好的延展性.     

混杂粗纤维增强混凝土力学特性试验研究

选用低弹粗合成纤维、高弹钢纤维，以总体积掺率为1．5％的二元混杂纤维增强混凝土，系统研究了其弯曲韧性、抗弯冲击及断裂性能；用数理统计方法对抗弯冲击强度进行了分析；基于美国ASTM及日本JSCE方法，提出了适合评价粗纤维混凝土弯曲韧性的新方法。试验结果充分体现了粗合成纤维与钢纤维良好的协同效应；纤维混杂比例影响混杂纤维混凝土的性能，当粗合成纤维与钢纤维以体积掺率分别为1．0％、0．5％混杂时，纤维混凝土的各项力学性能达到优化，相对剩余强度、冲击延性指标、断裂韧度约分别达到79．6%、7．4、1．2。     

正交法分析再生混凝土基本力学性能

用正交分析法分析矿渣粉、粉煤灰、引气剂、聚丙烯纤维和再生粗骨料5个因素对再生混凝土抗压和劈拉强度的影响,得出再生混凝土的最佳配合比。试验表明:粉煤灰和矿渣粉是影响再生混凝土力学性能的主要因素;随着粉煤灰掺量增加,再生混凝土28 d抗压强度和劈拉强度分别降低2.6%～8.8%和0.6%～4.7%,粉煤灰掺量30%的再生混凝土90 d抗压强度比28 d提高了49%;再生混凝土的强度随着矿渣粉掺量的增加呈增大趋势,抗压强度增幅为4.9%～8.1%,劈拉强度增幅为0.4%～4.6%。     

纤维种类和总掺量对混凝土弯曲疲劳寿命分布的影响

分析不同应力水平下普通混凝土、钢纤维混凝土及钢与聚丙烯混杂纤维混凝土(75%聚丙烯纤维和25%钢纤维)的弯曲疲劳试验结果,以得到纤维种类和纤维总掺量对混凝土弯曲疲劳寿命分布的影响及疲劳模型。据分析,所选取的疲劳数据符合两参数Weibull分布模型,且根据Kolmogorov-Smirnov方法的拟合优度检验结果良好。结果表明:0.9应力水平下纤维掺入对混凝土疲劳寿命不利,掺钢与聚丙烯混合纤维比仅掺钢纤维对混凝土疲劳寿命更加不利;0.75~0.85应力水平下Vf=1%是最佳总掺量;0.7应力水平下Vf=0.5%是最佳总掺量。给定应力水平和给定掺量下,仅掺钢纤维比钢与聚丙烯混杂纤维效果好。     

纳米SiO_2和聚丙烯纤维水泥混凝土强度研究

为提高水泥混凝土路面的力学性能,扩大水泥混凝土路面的应用范围,研究了纳米二氧化硅和聚丙烯纤维对水泥混凝土力学性能的影响。采用SEM对双掺混凝土的微观结构进行分析,探究了纳米二氧化硅和聚丙烯纤维对混凝土力学性能改善的作用机制。结果表明:聚丙烯纤维掺量为0.1%、纳米二氧化硅掺量为1.0%为双掺的最佳掺量时,混凝土抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度分别提高10.9%,44.8%和46.2%。SEM结果显示:聚丙烯纤维的阻裂理论和纳米二氧化硅的水化反应和物理填充,以及二者形成致密骨架结构的共同作用提高了混凝土的强度。     

聚丙烯纤维掺量对再生混凝土抗折疲劳性能影响的试验研究

掺加聚丙烯纤维可提高再生混凝土抗折强度及抗折疲劳性能。制作了聚丙烯纤维掺量分别为0 kg/m~3、0.7 kg/m~3、1.0 kg/m~3、1.3 kg/m~3、1.6 kg/m~3的5种再生混凝土棱柱体试件,分别开展了抗折强度试验和在0.6、0.7、0.8 3种应力水平下的抗折疲劳试验,得到了其抗折强度和不同条件下的抗折疲劳寿命。试验结果表明,掺加聚丙烯纤维后,再生混凝土的抗折强度和抗折疲劳寿命可得到明显提升:聚丙烯纤维掺量为1.0 kg/m~3、1.6 kg/m~3时,抗折强度较不掺加聚丙烯纤维时可分别增长16.7%、23.9%,抗折疲劳寿命可分别增长至不掺加聚丙烯纤维时的1.9倍、2.5倍。根据疲劳试验数据,拟合得到了考虑聚丙烯纤维掺量的再生混凝土抗折疲劳S-N曲线方程,该方程适用于0~1.6 kg/m~3的常用聚丙烯纤维掺量范围内再生混凝土的抗折疲劳设计及计算分析。     

新型粗聚烯烃纤维高性能混凝土弯曲韧性

基于美国ASTM C1550标准,采用圆板试件研究了新型粗聚烯烃纤维混凝土的弯曲韧性,探讨了纤维掺量和纤维长度对纤维混凝土板能量吸收值的影响规律.通过与梁弯曲韧性试验方法的比较,发现圆板试验更加适合评价粗合成纤维混凝土的弯曲韧性.随着粗聚烯烃纤维掺量、纤维长度的增加,纤维混凝土板的能量吸收值逐渐提高.按照日本JSCE SF4韧性评价方法,掺量为6,8,11kg/m3的粗聚烯烃纤维混凝土梁的韧性指标,比相同掺量的中等弹模纤维增强混凝土分别提高了101%,68%,76%,比掺量为156kg/m3的钢纤维增强混凝土分别提高了65%,90%,138%.     

粗合成纤维混凝土抗弯冲击强度的分布规律

采用自制的落锤抗弯冲击试验装置,研究了改性聚丙烯、Barchip、Forta、巴奇粗合成纤维混凝土的抗弯冲击性能,并与钢纤维混凝土进行了对比.利用双参数Weibull分布理论分析了冲击次数的分布规律,回归得到了不同失效概率下的冲击次数方程.结果表明:Weibull分布理论较好地描述了粗合成纤维混凝土冲击次数的分布特征;粗合成纤维能够显著改善混凝土的抗弯冲击性能.     

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。     

聚丙烯纤维混凝土力学性能试验研究

试验研究了聚丙烯纤维混凝土的抗压强度、抗剪强度、抗冲磨强度及弯曲性能，并与钢纤维混凝土进行了对比。结果表明：在混凝土基体不变情况下，低掺量聚丙烯纤维(掺量为0．91kg／m^3)略微降低混凝土的抗压强度和抗剪强度，少许提高混凝土的抗弯强度，显著提高混凝土的弯曲韧性和断裂能，从而起到阻裂和增韧作用，而对混凝土的抗冲磨性能几乎没有改善。另外．网状聚丙烯纤维对混凝土抗弯强度和韧性的改善优于聚丙烯单丝纤维，但它们较钢纤维的增强增韧效果还有一定差距。     

低弹性模量纤维混凝土剩余弯曲强度的力学意义

介绍一种适合于评价低弹性模量纤维混凝土弯曲特性的剩余弯曲强度概念,并对聚丙烯纤维混凝土垢剩余弯曲强度进行了试验研究,与弯曲韧性指数相比,低弹性量纤维混凝土的剩余弯曲强度不仅可以更好地评价纤维混凝土弯曲开裂后的强度和韧性,而且可用来简化配筋纤维混土正截面强度计算,具有显著的力学意义。     

仿钢丝聚丙烯长纤维对钢纤维混凝土力学性能影响

按照国际标准对新型仿钢丝聚丙烯合成长纤维增强高性能混凝土的工作度、含气量、强度及弯曲韧性进行了试验研究。其中对该纤维混凝土的弯曲韧性按照国际材料与结构联合会(RILEM)标准进行了研究,同时还对比了钢纤维混凝土及新型聚丙烯长纤维与钢纤维混杂时纤维混凝土的韧性,得出了不同纤维混凝土的能量吸收值和等效抗弯强度,探讨了新型聚丙烯长纤维部分取代钢纤维的可能性。试验表明,该纤维具有很好的增韧效果,可以部分取代钢纤维来达到增韧增强和降低成本的目的。     

不同纤维对高性能混凝土耐久性能及微观结构的影响

研究了聚丙烯纤维、钢纤维、聚乙烯醇纤维对高性能混凝土的力学性能、抗冻性和疲劳耐久性的影响,并通过SEM进行了微观分析。结果表明,纤维掺量越高,高性能混凝土的工作性越差;掺加适量纤维能够提高高性能混凝土的抗压强度和弯拉强度,显著改善其抗盐冻侵蚀性能和抗疲劳耐久性能。聚丙烯纤维、钢纤维、聚乙烯醇纤维对高性能混凝土力学强度、抗冻性能和疲劳性能的影响存在界面增强效应、加筋阻裂效应的双重作用,从而有效延缓微裂纹的扩展和阻滞宏观裂缝的发生。适宜的聚丙烯纤维、钢纤维、聚乙烯醇纤维掺量应分别控制在0.6~0.9 kg/m^3、1.2~1.5 kg/m^3、0.9~1.2 kg/m^3。     

有机仿钢丝粗纤维与钢纤维在喷射混凝土中的性能研究

在隧道及大型地下工程施工中,有机仿钢丝粗纤维(以下简称有机仿钢丝)作为一种新型工程材料,用于解决混凝土脆性大、喷层吸收变形能力差等问题,越来越多地受到关注与研究.对有机仿钢丝和钢纤维应用于喷射混凝土中的抗压强度、弯曲韧性、耐久性能及喷射厚度等性能进行了比较和研究,结果表明:有机仿钢丝与相同体掺率钢纤维在改善喷射混凝土力学性能方面作用相当,但比钢纤维具有更好的耐久性和增韧效果.     

纤维类型对混凝土抗压强度和弯曲韧性的增强效应及变异性的影响

为研究单掺钢纤维、聚丙烯纤维和纤维素纤维对混凝土抗压强度及弯曲韧性的影响,在不同体积掺量下进行了混凝土试块的抗压强度及弯曲韧性试验,并对试验结果进行了变异性分析。试验结果表明:3种纤维混凝土抗压强度较素混凝土平均提高26.7%、6.1%和11.1%;二次抗压强度保持率分别达77.0%、45.7%和58.0%;抗弯承载力最大分别提高31.6%、3.5%和14.0%;基于荷载挠度曲线、Newkumar法及弯拉应力应变曲线分别计算的弯曲韧性指数I_(20)、Newkumar指标PCS_m和韧度比R_x分别为素混凝土的4.2、3.1、2.6倍,19.9、9.8、6.9倍和4.0、3.4、2.7倍。变异性分析结果表明,掺入纤维后混凝土的抗压强度变异性小于弯曲韧性。同时,基于Newkumar法和应力应变曲线法算得的混凝土弯曲韧性指标变异系数小于荷载挠度曲线法。总体而言,钢纤维增强混凝土的抗压强度和弯曲韧性最为显著,且变异系数最小。纤维素纤维增强混凝土抗压强度及聚丙烯纤维增强混凝土弯曲韧性则相对较显著。