PVA纤维对超高韧性纤维增强水泥基复合材料力学性能的影响

通过对超高韧性纤维增强水泥基复合材料制作的立方体试件、棱柱体试件,进行了抗压、抗折和Ⅰ型断裂试验,研究了不同配合比下各组试块的抗压强度等力学指标与纤维掺量及基体材料强度的关系,研究了荷载与变形的关系、及不同切口高度试件的抗裂性能等.试验结果表明:合理的配合比及最佳PVA掺量能提高纤维增强水泥基复合材料的抗压强度、抗折强度以及抗裂韧度;研究了国产PVA纤维与进口PVA纤维的合理掺量,在相同力学指标的前提下,利用国内PVA纤维造价低的优势,可实现部分代替超高性能水泥基复合材料中的进口PVA纤维,从而达到这种复合材料国产化、本地化的目的.     

聚合物对超高韧性水泥基复合材料性能的影响

采用苯丙乳液和环氧乳液对超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)进行改性,研究二者对UHTCC力学性能、黏结强度、收缩率的影响.结果表明:对比未改性UHTCC,苯丙乳液和环氧乳液改性的UHTCC抗压强度和抗折强度均降低,但黏结强度提高,收缩率减小;苯丙乳液改性UHTCC的极限应力和早期初裂应力降低,但90d的初裂应力提高,极限应变保持不变,初裂应变增大;环氧乳液改性UHTCC的极限应力、初裂应力提高,初裂应变增大,但极限应变减小,拉伸应变硬化现象不显著.     

钢筋增强超高韧性水泥基复合材料弯曲性能计算分析与试验研究

超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)具有优异的抗裂和能量吸收能力,用其取代混凝土可显著提高结构的耐久性和延性。为了推广UHTCC在限裂要求严格的结构中的应用,开展了钢筋增强UHTCC受弯构件即RUHTCC梁的研究。根据RUHTCC梁受拉区UHTCC不退出工作的特点,采用弹性理论推导RUHTCC梁受弯承载力计算公式,并将计算结果与无腹筋长梁弯曲试验结果进行验证对比。结果表明:在正常使用状态下,裂缝宽度保持在0.05mm以内,满足处于高腐蚀环境下结构裂缝宽度限值要求;RUHTCC梁平截面假设成立;起裂后直至钢筋屈服,UHTCC和钢筋保持很好的变形协调性;试验结果与理论计算吻合,计算得到的延性指数偏于安全,在实际工程设计中用其来预测结构或构件的延性是合理的;与钢筋混凝土梁相比,UHTCC能够延缓钢筋屈服,提高结构或构件的承载力和延性,降低钢材用量;低配筋率有利于UHTCC材料性能的发挥。     

超高性能水泥基复合材料三点弯曲梁断裂韧度的试验测定及影响规律

研究超高性能水泥基复合材料的双K断裂参数,针对水泥基纤维复合材料和水泥基体两种不同材料设计了不同强度等级、不同尺寸以及不同初始缝高比的14组试件,进行3点弯曲梁断裂试验,测定其起裂荷载,并以此计算得到了起裂韧度的控制值;通过测定最大荷载及对应的裂缝张开位移计算失稳断裂韧度。结果表明,两种材料试件的起裂韧度和失稳韧度都随试件抗压强度的增大而增大;随初始缝高比的减小,水泥基纤维复合材料试件的起裂韧度和失稳韧度都明显增大,而水泥基体试件的起裂(失稳)断裂韧度增大不明显;尺寸效应均比较明显,试件尺寸的增大,水泥基纤维复合材料的起裂断裂韧度和失稳断裂韧度增大较为明显,而水泥基体试件呈现一定的离散型。     

超高韧性水泥基复合材料弯曲性能及韧性评价方法

本文利用薄板试件和梁试件,采用三分点加载,对超高韧性水泥基复合材料(Ultra High Toughness Cementitious Composite,简称UHTCC)的受弯性能进行了试验研究,并在试验结果的基础上探讨了适于UHTCC弯曲韧性的评价方法。薄板四点弯曲试验表明,UHTCC材料具有可与金属相比拟的弯曲变形能力。四点弯曲梁试验表明,UHTCC材料具有优异的裂缝无害化分散能力,在荷载达到峰值裂缝开始局部化扩展之前,裂缝在整个梁深几乎始终以扁平形式存在和扩展,宽度始终保持在几十个微米量级,不同梁深位置的变形协调通过裂缝条数的变化实现。梁试验表明,UHTCC具有非常高的耗能能力,到达峰值荷载时消耗的能量是对应钢纤维消耗能量的13倍,该材料试件在跨中挠度达到l/60时仍能够保持良好的完整性,是用于结构抗震的理想材料。在弯曲韧性的评价方法分析中发现,ASTMC1018方法中的韧性指数用于评价UHTCC可能会引起一定的误导,将限定计算挠度扩展后的JSCE-SF4方法能够很好地描述该材料的耗能能力,而本文定义的变形硬化系数法通过给出不同变形情况下的抗弯强度,不仅能够有效评价UHTCC的韧性特征,也能够很好地满...     

浅谈超高韧性水泥基复合材料在桥梁湿接缝中的应用

传统混凝土湿接缝由于预制T型梁的约束效应、温度效应、行车疲劳荷载及混凝土自收缩等因素导致普通混凝土湿接缝在终凝拆模及后期使用过程中容易引起裂缝、渗漏水及耐久性问题。为了避免混凝土湿接缝裂缝的产生,防止渗漏水,并提高湿接缝的耐久性和外观质量,浙江交工与浙江大学合作,研发应用于混凝土桥梁湿接缝的超高韧性水泥基复合材料。本文将探索新型UHTCC湿接缝的施工技术及工艺,解决普通混凝土连续梁桥湿接缝裂缝、耐久性及外观质量问题。文章中就此展开论述,现总结归纳如下。     

超高韧性水泥基复合材料受压性能试验研究

通过对同批次2组圆柱体试件（每组3个）、2组立方体试件（每组3个）进行单轴受压试验,研究龄期、试件类型和纤维类型等因素对超高韧性水泥基复合材料（UHTCC）受压性能的影响,得到UHTCC的轴压应力 应变全曲线及不同类型试件的受压性能规律。结果表明：28 d龄期的圆柱体试件受压时,峰值应变约为0.015,明显高于普通混凝土峰值应变（0.002）;极限压应变为0.034,约为普通混凝土的10倍;7d龄期试件的轴压应力 应变全曲线在应力达到峰值后表现出明显的缓慢下降过程,说明此时UHTCC具有良好的压缩韧性;随着龄期的增长,UHTCC抗压强度提高,但变形能力有所下降;掺入普通高强高模PVA纤维制作的试件抗压强度较高,但变形性能低于K-ⅡREC15型PVA纤维制作的试件;龄期相同时,立方体试件的抗压强度高于圆柱体试件,说明试件尺寸与形状对抗压强度影响较大。     

超高韧性水泥基复合材料K&C模型参数确定

超高韧性水泥基复合材料 (UHTCC) 具有超高的延性、优异的能量吸收能力以及良好的耐久性,其在防护结构中有着广泛的应用前景。K&C模型被用于研究混凝土类准脆性材料在动态荷载作用下动力特性,但是该模型无法准确地描述UHTCC这种韧性水泥基材料的各项动态力学特性。为得到适用于UHTCC的K&C模型参数,基于现有UHTCC材料单轴压缩/拉伸、霍普金森杆的压缩/劈裂和三轴压缩试验数据,校核K&C模型中的损伤参数、应变率效应参数以及强度面参数,并采用改进后的K&C模型参数模拟UHTCC靶体在接触爆炸荷载下的动态响应。模拟结果表明：采用改进后的K&C模型参数对爆炸荷载下UHTCC靶板迎爆面的开坑尺寸预测结果与相应文献中的试验结果基本一致,相差在6%以内。同时,改进的K&C模型参数相较于其他K&C模型参数可以更为准确地预测UHTCC靶板在爆炸荷载作用下的损伤分布和破坏形态。为了进一步验证改进的K&C模型参数的准确性,利用LS-DYNA软件预测了弹体高速冲击UHTCC靶体时弹体的侵彻深度和靶体的迎弹面开坑直径,发现模拟结果与文献中的试验结果较为吻合。     

超高韧性水泥基复合材料单轴压缩疲劳性能研究

对超高韧性水泥基复合材料（UHTCC）进行单轴压缩疲劳试验,研究其压缩疲劳寿命、疲劳变形特征、纤维破坏形态以及疲劳寿命方程。结果表明：在单轴压缩疲劳荷载作用下,UHTCC材料的三阶段变形特征与普通混凝土以及钢纤维混凝土类似,所不同的是,该材料在疲劳荷载作用下的变形明显大于其静载包络线,具有更优异的变形能力,在疲劳破坏时呈现更显著的延性特征;疲劳破坏后,疲劳破坏面上的纤维受到严重挤压,其形态不同于纤维初始形态以及单调荷载作用下纤维的破坏形态。UHTCC材料的压缩疲劳寿命服从威布尔分布,p-S-N双对数方程可根据威布尔参数拟合得到。该研究结果可为UHTCC材料的工程应用提供参考。     

优化设计水泥基复合材料应变硬化性能研究

对比研究了不同试验方法和纤维掺量下优化设计水泥基复合材料(ECC)的应变硬化性能。各种试验方法下ECC性能差别较大,楔形劈裂、单轴拉伸、三点弯曲、四点弯曲试验所得断裂能依次增大,说明裂缝开展区对ECC应变硬化性能具有很大影响。通过研究认为,四点弯曲试验是较为适合的试验方法。纤维掺量增加能提高ECC的断裂能,但掺量较高时易发生纤维结团现象,对其性能造成不利影响。     

活性再生粉纤维增强应变硬化水泥基材料弯曲及拉伸韧性

通过扫描电子显微镜对再生粉的微观结构进行观测;利用X射线荧光和X射线衍射,对再生粉体及制备的水泥基材料的矿物组成和水化产物进行了测定;通过弯曲试验和单轴拉伸试验对再生粉体制备纤维增强应变硬化水泥基材料(FRCC)的力学性能进行了研究。结果表明：再生微粉以钙硅质氧化物和化合物为主,具有火山灰活性,可以增强其与基体间的二次水化反应,掺入再生粉体可有效提高FRCC的拉伸和弯曲强度;再生粉体-FRCC弯曲韧性随着纤维掺量的增加而提高,当纤维掺量(质量分数)达到2%时,FRCC具有典型的应变硬化特征;利用再生粉体等质量替代粉煤灰时,FRCC的极限应变有所降低,而极限荷载有较大程度提高,提高幅度均达到10%以上,且再生砂浆粉(RMP)、再生砖粉(RBP)比再生混凝土粉(RCP)制备的FRCC具有更好的应变硬化性能;验证了在满足材料韧性要求的情况下,利用再生粉制备应变硬化水泥基材料的可行性,对再生微粉在实际工程材料中的应用提供了参考。     

纳米SiO2和PVA纤维增强水泥基复合材料的断裂性能

通过18组共90根纳米SiO2和聚乙烯醇(PVA)纤维增强水泥基复合材料预制切口小梁试件的三点弯曲断裂试验,以起裂断裂韧度和断裂能作为评价指标,探讨了纳米SiO2掺量、PVA纤维体积分数及石英砂粒径对水泥基复合材料断裂性能的影响.结果 表明:适量的纳米SiO2和PVA纤维可显著改善试件的断裂性能,在未掺纳米SiO2或纳米SiO2掺量为2.0％条件下,随着PVA纤维体积分数的增加,试件的起裂断裂韧度和断裂能均呈现先增后减趋势,且均在PVA纤维体积分数为1.2％时达到最大值.当纳米SiO2掺量小于1.5％时,试件的断裂性能随着纳米SiO2掺量的增加而提高;当纳米SiO2掺量大于1.5％时,纳米SiO2的掺入对试件的断裂性能有不利影响;随着石英砂粒径的减小,试件的断裂性能逐渐降低.     

超高韧性水泥基复合材料与既有混凝土黏结性能

通过共256块超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)与既有混凝土黏结而成的立方体试件的劈拉和剪切试验,研究了既有混凝土黏结面粗糙度、抗压强度、黏结面干湿状态以及UHTCC浇筑方位等因素对该2种材料黏结劈拉强度、黏结剪切强度的影响.研究表明:在相同浇筑条件下,各种因素对UHTCC与既有混凝土黏结劈拉强度和黏结剪切强度的影响...     

定向钢纤维增强水泥基复合材料断裂细观数值模拟

采用随机生成算法投放钢纤维,建立了随机乱向、定向钢纤维增强水泥基复合材料（SFRC、ASFRC）三点弯曲梁细观有限元数值模型,计算了不同纤维掺量下SFRC试件和ASFRC试件加载断裂的全过程,分析了三点弯曲梁开裂截面处的纤维应力,研究了定向钢纤维的细观增强机理.结果表明：SFRC试件和ASFRC试件荷载-裂缝张开口位移全曲线的模拟值与试验值符合较好,峰值荷载的误差在10%以内;SFRC试件和ASFRC试件的峰值荷载与纤维合力的最大值均随着纤维掺量的增加而增大,当纤维掺量为0.8%、1.2%、2.0%时,ASFRC试件的峰值荷载较SFRC试件提高了75%、111%、141%,纤维合力的最大值较SFRC试件增大了202%、144%、127%;定向钢纤维可以有效改善水泥基复合材料的断裂性能,显著提高钢纤维的利用率,延缓裂缝的扩展.     

Q345B H型钢动态断裂韧性研究

采用Awick Amsler/Roell RKP 450仪器化冲击试验机,研究了型钢在-60℃～20℃的冲击韧性和动态断裂韧性.结果表明：在型钢下平台温度范围内,缺口试样冲击能量的绝大部分用于裂纹萌生;在韧脆转变区及上平台范围内,裂纹扩展消耗大量的能量,型钢动态断裂韧性韧脆转变温度约在-40℃～-20℃之间.     

温度和层理对油页岩断裂韧度影响的试验研究

为了研究油页岩受不同温度影响的正交各向异性力学特征,以抚顺油页岩为研究对象,参照ISRM提出的半圆形弯曲试件测试脆性岩石Ⅰ型断裂韧度K_IC的方法,利用万能材料试验机测试不同温度作用下的3种不同层理方向的油页岩试件的载荷和位移,计算得出K_IC的变化规律。结果表明:在500 ℃以下,油页岩断裂表现出明显的脆性特征,在线弹性阶段,载荷-位移曲线的斜率与温度大致呈负相关;油页岩正交方向的断裂韧度存在各向异性;在150 ℃前,crack-arrester方位的断裂韧度大于crack-divider方位的断裂韧度,在200 ℃左右发生逆转,400 ℃以后二者趋于一致;常温下crack-splitter方位的值只有crack-arrester与crack-divider方位的1%~2%;不同层理方向的断裂韧度存在不同的“门槛”温度T_c,断裂韧度在T_c前后均呈现先增大后急剧减小的趋势。     

PVA纤维增强应变硬化水泥基材料韧性性能研究

水泥基材料抗拉强度低、韧性差是其易于开裂、导致结构耐久性低劣的主要原因之一。高模量聚乙烯醇(PVA)纤维可增强水泥基材料韧性,使其呈现准应变硬化和多缝开裂特征,从而改善结构耐久性。本文通过四点弯曲试验得出了不同加载速率和不同配比应变硬化水泥基复合材料(PVA-SHCC)的力-变形曲线并用CONSOFT软件计算断裂能。结果表明,硅灰使材料的抗压强度有所提高,但最大抗弯承载力和变形下降,断裂能随之降低;甲基纤维素使PVA-SHCC脆性增大;随着加载速率的降低,材料表现出更好的应变硬化性能,微裂缝条数增多。     

水泥基材料断裂性能与微孔结构研究

以高掺量粉煤灰HDCC配合比为基础,测试了不同龄期基体的抗压强度、断裂韧度,同时采用MIP测试了其微孔结构.结果表明:养护28 d主要改善基体大于50 nm的大毛细孔结构,养护28 d后再热养护7d主要改善其小于200 nm的微孔分布,而养护28 d后再继续热养护7d以上则仅仅改善其小于20 nm的微孔分布,且改善效果...     

养护温度对白云岩碱激发净浆断裂性能的影响EI北大核心CSCD

以采石场废弃白云岩粉为前驱体,成功制备了具有优异机械性能的白云岩碱激发净浆,研究了不同养护温度对其抗压强度、断裂韧性和断裂能的影响,探究了养护温度的微观影响机制.结果表明:废弃白云岩粉可在碱激发剂的作用下发生去白云石化反应和离子交联反应,形成具有优异力学性能的白云岩碱激发净浆;白云岩碱激发净浆的抗压强度和断裂韧性在养护温度为150℃时达到最大,而其断裂能随养护温度变化较小;在不同养护温度下,白云岩碱激发净浆内部不同发育形态的碳酸钙晶须是其抗压强度和断裂韧性变化的主要影响因素.