玄武岩织物增强碱激发砂浆高温后抗弯力学性能

对高温处理后的玄武岩织物增强碱激发矿渣粉煤灰砂浆试件进行了三点弯曲试验,并探讨了环氧涂层、基体类型、织物层数对玄武岩织物增强试件耐高温性能的影响.试验结果表明:随着温度升高,由于基体和玄武岩纤维的劣化,玄武岩织物增强碱激发矿渣粉煤灰砂浆试件抗弯承载力近乎呈线性下降,并且破坏模式由多重开裂转变为单一裂缝破坏;经800℃高温处理1 h后,试件的残留抗弯强度仅为1.67 MPa.改性环氧树脂浸渍在600℃以下对抗弯强度有增强作用,超过600℃时,随着环氧树脂的挥发和界面黏结性能下降,环氧浸渍试件的抗弯强度会大幅下降.相比玄武岩织物增强硅酸盐水泥砂浆试件,碱激发砂浆试件表现出更好的耐高温性能,在400℃及以上高温情况下,抗弯强度的降幅更小.织物层数在一定程度上能提高试件高温后的力学性能,但提高作用随温度升高逐渐减弱,当温度到600℃时,增加织物层数对涂覆处理后试件的抗弯承载力几乎没有影响.     

不同地域海砂取代率对混凝土力学性能的影响

：为深入研究海砂取代率对混凝土性能的影响,采用山东胶州、福建漳州、广西钦州三地原状海砂,对比研究它们与河砂混合后在物理性质上的差异. 同时,三种海砂以15%、25%、35%和50%的取代率去替代河砂,研究取代率对混凝土工作性能和不同龄期下力学性能的影响. 结果表明：使用海砂基本不会影响混凝土的工作性能,在50%取代率下海砂能够提高混凝土的流动性;随着海砂取代率的增加,混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度先增加后减小,但对弹性模量影响较小;掺入海砂优化了细骨料粒径分布,进而提高了混凝土强度. 但是高取代率下海砂中贝壳等有害成分将对混凝土的力学性能造成不利影响. 此外,从整体上看海砂取代率对混凝土强度的影响较小（幅度均在10%以内）,而且在海砂取代率为50%时,在长龄期下混凝土的强度依然高于对照组. 因此,从工程应用角度,海砂取代率在50%的范围内都是可行的.     

(1. 湖南大学 绿色先进土木工程材料及应用技术湖南省重点实验室，湖南 长沙 410082；2. 湖南大学 土木工程学院，湖南 长沙 410082；3. 南通东泰新能源设备有限公司，江苏 启东 226200)

从仿生学的角度制备端部具有不同锥角(0°,2°,5°,7°)的异形钢纤维,根据纤维表面是否处理分为有化学黏结与无化学黏结2种,并使用MTS万能试验机测试了仿生异形钢纤维从水泥砂浆基体中以不同速率(2.5 mm/min,25 mm/min,250 mm/min)拔出的力和位移,并计算得到最大拔出力和拔出功.结果表明,当钢纤维端部锥角从0°增加到5°时,最大拔出力有明显的增加,但7°时稍有减小;对于5°及7°锥角的钢纤维,随着加载速率从25 mm/min增大到250 mm/min,钢纤维的最大拔出力分别增大20.2%和13.4%;而0°及2°锥角钢纤维在加载速率增加到250 mm/min时,最大拔出力相对于加载速率为25 mm/min时的最大拔出力分别减小25.9%和8.2%;0°,2°和5°有黏结钢纤维的最大拔出力与相同锥角无黏结钢纤维的最大拔出力相比,分别增加64.1%,22.2%和6.7%,而7°锥角有黏结钢纤维的最大拔出力比无黏结钢纤维的最大拔出力减小6.2%;3种加载速率下,2°锥角钢纤维拔出力所做的功最大,纤维表面是否处理对拔出功无明显影响;本文设计的异形钢纤维能有效增强钢纤维与水泥砂浆基体的等效黏结强度.     

高温后玄武岩和玻璃纤维增强 复合材料筋的力学性能

采用MTS万能试验机对不同温度处理后的玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋和玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋的拉伸和剪切性能进行测试,研究了高温对BFRP筋和GFRP筋力学性能和破坏模式的影响.利用Weibull模型对不同温度处理后BFRP筋和GFRP筋的拉伸强度进行统计分析,采用热重分析仪定量化阐明BFRP筋和GFRP筋的热分解机制.结果表明:高温会导致BFRP筋和GFRP筋发生明显的颜色和形貌变化;BFRP筋和GFRP筋的拉伸强度、极限应变、韧性和剪切强度均随着温度的升高而呈先上升后下降的趋势,而弹性模量变化不明显.与相同温度处理后的GFRP筋相比,BFRP筋的拉伸性能较差,剪切性能较好;BFRP筋和GFRP筋的热分解特性解释了其高温后力学性能的退化机理.     

超高性能海水海砂混凝土性能的影响因素试验研究

本研究分析了制备超高性能海水海砂混凝土（Ultra-high Performance SeawaterSea-sand Concrete,UHPSSC）的影响因素及其性能优化. 首先采用正交试验,探究了水胶比、砂胶率、硅灰掺量及粉煤灰掺量对UHPSSC力学性能及流动度的影响,并得到了最优配比. 基于最优配比,分别研究了...     

碳纤维带电热地暖性能的足尺试验研究

设计了一套基于碳纤维带电热技术的地暖系统,并对其供暖性能和经济适用性进行了研究.选取一间保温隔热良好的卧室铺设该地暖系统,并预先在地板各层、近地表空间布置多个温度传感器.进行24h供暖试验,通过检测和分析设定位置的温度变化来研究该系统的性能和能耗.结果表明:碳纤维带电热地暖能够将室内温度保持在设定范围内,合理布置碳纤维带可以将各层横向温差控制在3℃以下.通过与传统采暖方式间的造价及运行成本的对比,研究了碳纤维带电热地暖的经济适用性,发现碳纤维带电热地暖具有造价费用低、运行费用适中、总费用低的优势.     

水泥基体中仿生钢纤维的拔出试验

从仿生学的角度制备端部具有不同锥角(0°,2°,5°,7°)的异形钢纤维,根据纤维表面是否处理分为有化学黏结与无化学黏结2种,并使用MTS万能试验机测试了仿生异形钢纤维从水泥砂浆基体中以不同速率(2.5 mm/min,25 mm/min,250 mm/min)拔出的力和位移,并计算得到最大拔出力和拔出功.结果表明,当钢纤维端部锥角从0°增加到5°时,最大拔出力有明显的增加,但7°时稍有减小;对于5°及7°锥角的钢纤维,随着加载速率从2.5mm/min增大到250mm/min,钢纤维的最大拔出力分别增大20.2%和13.4%;而0°及2°锥角钢纤维在加载速率增加到250 mm/min时,最大拔出力相对于加载速率为25 mm/min时的最大拔出力分别减小25.9%和8.2%;0°,2°和5°有黏结钢纤维的最大拔出力与相同锥角无黏结钢纤维的最大拔出力相比,分别增加64.1%,22.2%和6.7%,而7°锥角有黏结钢纤维的最大拔出力比无黏结钢纤维的最大拔出力减小6.2%;3种加载速率下,2°锥角钢纤维拔出力所做的功最大,纤维表面是否处理对拔出功无明显影响;本文设计的异形钢纤维能有效增强钢纤维与水泥砂浆基体的等效黏结强度.     

玻纤织物增强混凝土界面黏结性能的试验研究

利用MTS万能试验机进行了纤维束的静态拔出试验,分别研究了不同的埋置深度、温度及纤维织物表面改性对耐碱玻璃纤维织物与水泥基体间黏结性能的影响.试验结果表明:玻璃纤维织物与水泥基体的黏结性能与纤维束埋深、纤维织物改性及温度条件存在一定的相关性.在常温条件25℃时,随着纤维束埋置深度的增大(15～25 mm),纤维束的拔出刚度、极限拔出力和拔出功不断增大,等效黏结强度反而呈现减小趋势.在相同的埋置深度(15 mm)下,随着温度的升高,纤维束的拔出刚度和极限拔出力不断降低.温度在25℃至300℃范围时,浸渍环氧树脂或者黏砂处理均能提高纤维束的极限拉拔承载力,且表面黏砂相比浸渍环氧树脂具有更好的增强效果.然而,当温度在400℃和500℃范围变化时,表面浸渍环氧树脂和黏砂对提高玻璃纤维束的极限拔出力影响不太显著,而在一定程度上降低了极限拔出力.     

考虑内部缺陷的FRP拉索力学行为仿真分析

通过扫描电子显微镜观测了纤维增强树脂基复合材料(FRP)拉索的内部原始缺陷形态与结构,基于Python-ABAQUS建立了含孔洞缺陷的微观模型来分析拉索的多尺度力学行为.结果 表明:孔隙率与孔洞长径比是影响纤维丝等效弹性模量的主要因素,在相同孔隙率和孔洞体积下,等效弹性模量随孔洞横截面积减小而增大.由于孔洞分布位置的随机性,数值模拟得到的纤维丝等效弹性模量比Mori-Tanaka理论计算值偏高.当纤维丝内部的孔洞的长径比小于1时,孔洞分布位置对等效弹性模量的影响最大.基于纤维束的随机破坏本构关系,采用用户自定义子程序建立了宏观尺度拉索和单筋的多尺度有限元模型,探究了微观和细观尺度的缺陷对宏观性能的影响.最后,采用不同Weibull参数与含内部缺陷的纤维束力学参数,发现FRP单筋和拉索模型的仿真结果与试验结果比较相符.     

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.