高掺量粉煤灰高延性水泥基复合材料的制备和性能

高延性水泥基复合材料(hjgh ductility cementitious composites,HDCC)是一种具有应变硬化、多缝开裂和高延性等特性的新型纤维增强水泥基复合材料,其材料设计必须取得基体韧度、界面黏结和纤维特性三者的最优组合,因此,HDCC的制备必须优选原材料和优化配合比,以取得最优的材料制备技术.从配合比设计入手,研究了粉煤灰含量、胶砂比等对HDCC力学性能的影响,优化了特定材料下的材料制各技术.结果表明:粉煤灰含量、胶砂比和养护条件对HDCC的拉伸性能均具有较大的影响.随着粉煤灰掺量的增大,砂含量的降低,拉伸应变增大.当砂含量较高时,基体开裂韧度较高,基体的极限拉伸应力下对应的极限拉伸应变较小,然而随着应力的下降,复合材料仍然能维持相当大的应变·     

掺机制砂的高延性水泥基复合材料的制备

采用机制砂,经过人工破碎、筛分,研究不同的砂灰比对高延性水泥基复合材料性能的影响。结果表明,砂灰比(0.35~0.50):1时,水泥基材极限挠度超过17 mm、极限抗弯承载力接近8MPa;通过扫描电镜观察发现试件破坏断面处以纤维被拔出方式为主,以纤维拉断方式为辅,水泥基材呈现出明显的应变硬化行为和多缝开裂特征。     

生态型高延性水泥基复合材料的高温损伤

为了研究生态型高延性水泥基复合材料(ECO-HDCC)在高温作用后的力学性能及损伤机理,研究了高温作用对混凝土抗压强度和对ECO-HDCC微观形貌和物相组成的影响。结果表明:300℃时ECO-HDCC抗压强度降低不明显;500℃时ECO-HDCC抗压强度损失率为32.6%～58.0%;800℃时ECO-HDCC抗压强度持续降低,损失率为58.9%～77.8%;1 100℃时ECO-HDCC无继续承载能力,损失率最高达92.5%。纤维熔化产生大量孔道和水化产物分解导致基体结构密实性降低,使ECO-HDCC抗压强度降低,也为ECO-HDCC在高温作用下形成的应力提供了释放通道,使ECO-HDCC在1 100℃高温作用下持续180min仍未发生爆裂。     

高延性水泥基复合材料的断裂性能分析

实验测试了不同纤维掺量下的高延性水泥基复合材料的载荷—挠度曲线,并对试件加载过程中的声发射信号进行收集,分析了试件断裂后的裂纹分布及纤维在基材中的破坏形式。结果发现:(1)当纤维体积掺量2.0%时,水泥基材的极限挠度、极限抗弯承载力分别可达20.16mm、19.47MPa;(2)高延性水泥基复合材料破坏主要来自于微裂纹的萌生、扩展以及损伤积累过程,试件从加载至完全破坏的时间为素水泥基复合材料破坏持续时间的2~5倍;(3)高延性水泥基复合材料中纤维的破坏以纤维被拔出和纤维被拉断两种模式,试件表现出明显的多缝开裂特征。     

高延性水泥基材料纤维分布及其影响因素研究进展

纤维在基体中的分布和取向情况对高延性水泥基材料(ECC)的应变硬化、多缝开裂、裂缝自愈合等特征具有显著影响。在归纳近年来有关ECC纤维分布研究的基础上,简要介绍了纤维分布的表征参数和方法,从微观和宏观的层面详细阐述了纤维分布对ECC材料力学性能的影响,从纤维本体特征、基材特征及成型工艺等3个方面重点分析了ECC纤维分布的关键影响因素。最后,对目前ECC纤维分布研究中存在的问题进行评述,并提出了对未来研究的建议。     

高延性纤维增强水泥基复合材料的微观力学设计、性能及发展趋势

高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC)是近20年发展起来的一种新型纤维增强水泥基复合材料。ECC在受力过程中,由于开裂处纤维的桥联作用以及纤维与基体间传递应力时裂缝能够稳定扩展,使得ECC表现出明显的多缝开裂特性和应变硬化行为。因此,ECC相对于传统的纤维增强水泥基复合材料具有更好的力学性能和耐久性。本文对ECC的微观力学设计理论、基本力学性能、耐久性以及工程应用进行了综述,介绍了4种具有特殊性能的新型ECC,最后就ECC所存在的材料选取、制备工艺和测试方法等方面的不足进行了评述和展望。     

基于深度学习的高延性水泥基复合材料单轴拉伸裂缝检查与特征定量化识别

对高延性水泥基材料(ECC)的裂缝特征进行准确识别和测量是研究ECC力学性能与耐久性的重要手段。针对ECC裂缝数量多且细密,纤维噪声干扰重等问题,基于深度学习方法,采用适合于小样本数量生物图像识别的U-Net模型,加上部分Res Net网络层结构进行优化,结合新增制作的适用于ECC的数据集,训练神经网络模型,进行语义分割获取裂缝像素。针对裂纹参数提取问题,使用骨骼提取方法,结合数字图像处理流程,运用CLAHE滤镜和半峰全宽概念获取裂缝宽度,实现了混杂纤维ECC狗骨试件和ECC连接板的裂缝识别与参数提取。结果表明：采用深度学习方法建立的ECC裂缝识别与智能检测方法与实际手工测量误差范围在0.6 mm以内。研究成果可为ECC裂缝检查与特征定量化识别提供准确有效和高通量的分析方法。     

硅溶胶对水泥基材料微观结构和力学性能的影响

用在水泥基材料试件中插入玻璃板的方法进行黏结强度实验,结合 X射线衍射和扫描电子显微镜分析了硅溶胶对水泥基材料微观结构和力学性能的影响.结果表明:随着硅溶胶掺量的增加,水泥硬化浆体强度、水泥硬化浆体与玻璃板界面黏结强度和混凝土强度均随之增加;但当硅溶胶掺量(质量分数)大于1.50%时,各项强度值不再增加.在1.5%硅溶胶掺量和28 d龄期时,掺矿渣的水泥硬化浆体与玻璃板界面黏结强度比不掺硅溶胶时提高了40%;掺矿渣的水泥混凝土抗折强度和抗压强度分别提高了20%和15%.硅溶胶的掺入能有效地降低水泥硬化浆体与玻璃板界面中氢氧化钙晶体的取向程度,可明显减少界面中氢氧化钙晶体的数量并细化其尺寸,减小界面过渡区的厚度.     

高吸水性树脂对高延性水泥基材料性能的影响

分别采用干拌与预吸水拌合两种方式将高吸水性树脂(SAP)加入高延性水泥基材料(ECC)浆体,分析不同掺量及拌合方式下SAP对ECC的极限拉伸应变、抗拉强度、约束收缩和韧性等性能的影响。结果表明：以干拌方式加入SAP可以显著提升ECC浆体的塑性黏度,降低浆体流动性,以预吸水拌合方式加入SAP会降低ECC浆体的塑性黏度,增加浆体流动性,更易于成型;以干拌方式加入SAP的ECC试件初裂强度和抗拉强度更高,韧性更优异,以预吸水拌合方式加入SAP的ECC试件极限拉伸应变更高,对约束收缩性能的改善效果更好;加入SAP可以明显提高ECC试件的拉伸应变能力和韧性,所有掺入SAP的ECC试件均具有良好的延性,极限拉伸应变均在3%以上,加入SAP的ECC试件极限拉伸应变相比对照组提高了62.0%～99.0%。     

经济环保型工程水泥基复合材料力学性能研究进展

基于微观力学理论设计的工程水泥基复合材料(ECC)具有应变硬化行为和多重开裂特性,其极限拉伸应变是纤维增强混凝土的500倍,具有优异的裂缝控制能力,可显著提高混凝土结构的力学性能和耐久性能。然而,有限的原材料产地和高昂的生产成本限制了ECC的广泛应用。基于此,本文回顾了ECC的相关文献,论述了利用本地原材料甚至是再生废弃材料制备出满足性能要求ECC的可行性,讨论了胶凝材料、骨料和纤维材料对ECC力学性能的影响规律以及作用机理。此外,探讨了ECC的研究方向,以期为日后的研究提供参考。     

高延性混凝土弯曲性能的尺寸效应

为了研究高延性混凝土尺寸变化对其弯曲性能的影响,测试了不同尺寸高延性混凝土试件的弯曲强度和弯曲韧性,采用统计学理论对试验结果进行了分析.结果表明:聚乙烯醇纤维增韧高延性混凝土极限弯曲强度及等效弯曲韧性指数都存在显著的尺寸效应,在相同龄期时,等效弯曲韧性指数的尺寸效应更为显著;随着养护龄期的增加,聚乙烯醇纤维增韧高延性混凝土极限弯曲强度和等效弯曲韧性指数的尺寸效应度增大.Ryan-Joiner正态性检验表明,聚乙烯醇纤维增韧高延性混凝土极限弯曲强度及等效弯曲韧性指数均服从正态分布,且随试件尺寸的增大,两者的变异系数均增大,说明聚乙烯醇纤维增韧高延性混凝土极限弯曲强度及等效弯曲韧性指数的尺寸效应符合Weibull尺寸效应统计理论的规律.     

高韧性水泥基复合材料抗压强度正交试验研究

利用正交试验设计原理,对9组不同配合比的高韧性水泥基复合材料进行了抗压试验,研究了粉煤灰掺量、水胶比、砂胶比和减水剂掺量这四种因素对高韧性水泥基复合材料抗压强度的影响,并定量分析了各个因素影响的显著性.试验结果表明:各因素对抗压强度影响的主次顺序为水胶比＞粉煤灰掺量＞减水剂掺量＞砂胶比,其中水胶比对强度的影响远大于其他因素,而砂胶比的影响并不明显;抗压强度随水胶比的增大而减小,随砂胶比的增大而缓慢增加;当粉煤灰掺量或减水剂掺量增大时,抗压强度先增大后减小,粉煤灰和减水剂存在最佳掺量.     

高韧性混凝土复合材料研究与应用进展

聚乙烯醇(PVA)纤维具有良好的抗拉性能、化学稳定性能与热稳定性能。相对于普通混凝土,通过内掺PVA纤维制成的高韧性混凝土复合材料(ECC)的直接拉伸性能、抗压性能、抗拉性能和抗弯曲性能都得到明显改善,在工程应用中具有极好的社会效益与经济价值。总结了ECC研究与工程应用进展,为纤维在建筑用混凝土性能改性方面的研究提供一些参考。     

PVA纤维表面改性对水泥基复合材料弯曲性能的影响

采用有机硅柔软剂对国产聚乙烯醇(PVA)纤维进行表面改性,并制备了纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)。采用扫描电子显微镜研究了有机硅柔软剂改性对PVA纤维表面结构的影响,用三点弯曲试验研究了有机硅柔软剂改性的PVA纤维对PVA-ECC复合材料弯曲性能的影响。研究结果表明:随着有机硅柔软剂含量的增加,PVA-ECC的极限弯曲强度和极限跨中挠度均先增加再减小,当有机硅柔软剂质量分数为7%时,极限弯曲强度和极限跨中挠度达到最大值,分别为5.627 MPa和2.123 mm;用ASTM C1609标准分析PVA-ECC三点弯曲韧性,当有机硅柔软剂质量分数为7%时,弯曲韧性达到最大值。     

工程水泥基复合材料动态力学性能及抗爆抗冲击能力研究进展

工程水泥基复合材料(ECC)是一种基于微观力学设计的新型纤维增强水泥基材料,它通过连续稳态开裂过程表现出超高延性和韧性,从而克服了普通水泥基材料抗拉能力弱、易开裂的缺点.本文综述了ECC设计机理、动态力学性能及其在抗爆抗冲击方面的研究现状,分析了材料组分设计、高应变率和高温环境对ECC性能的影响,对ECC材料在抗爆抗冲...     

氧化镁质和硫铝酸钙膨胀剂对工程水泥基复合材料性能的影响

本文研究了氧化镁质和硫铝酸钙膨胀剂对工程水泥基复合材料水化产物及微观结构的影响。结果表明:两种膨胀剂均会引起工程水泥基复合材料流动性能、力学性能的下降;掺入氧化镁质膨胀剂使得材料体系中大量生成富镁硅钙石,而掺入硫铝酸钙膨胀剂使得材料体系中钙矾石含量增大,两种水化产物均可以细化材料的孔结构,改善试样的抗氯离子渗透性能,5%(质量分数)掺量下硫铝酸钙膨胀剂试样的孔径比氧化镁质膨胀剂试样的更小,结构更加稳定。     

沙漠砂制备混凝土研究进展

采取“因地制宜,就地取材”策略,合理地将沙漠砂用于混凝土制备,是缓解西北地区建筑用砂供需矛盾的一种有效途径。本文首先通过文献研究与统计分析相结合的方法,归纳总结了不同地区沙漠砂基本理化特性;其次,梳理了现阶段沙漠砂制备混凝土研究状况,并对其所存在问题进行了总结概括;最后,展望了沙漠砂混凝土未来研究发展方向。研究表明,沙漠砂在一定条件下可替代或部分替代骨料用于制备混凝土,沙漠砂部分代替河砂制备的混凝土的工作性、力学性能及耐久性(抗冻性、抗高温性)能够满足一般的工程要求,部分情况下甚至优于普通混凝土。本研究可为沙漠砂混凝土在实际工程中的应用提供借鉴,并可为实现沙漠砂的绿色开采及资源化利用提供新的模式参考。     

热处理对聚合物改性纤维增韧水泥基复合材料物理力学性能的影响

采用环氧乳液、乳胶粉制备了聚合物改性纤维增韧水泥基复合材料,研究了200℃、400℃、600℃、800℃热处理对材料物理力学性能的影响.结果表明:掺加聚合物可以改善试样的高温体积稳定性,使得试样在800℃高温下热处理时不发生爆裂;室温冷却条件下,聚合物使得材料峰值残余强度对应的温度由400℃降低至200℃,而在水冷却条...     

化学激发硅灰强化钢渣基胶凝材料的微观结构及力学性能

化学激发钢渣基胶凝材料的抗压强度低,难以满足建筑材料对强度的要求;通过掺入少量硅灰以加速其水化反应,改善化学激发钢渣基胶凝材料的力学性能.当碱激发剂Na2SiO3·9H2O用量11wt％,硅灰掺量10wt％时,碱激发硅灰-钢渣基胶凝材料在室温养护28 d后,其抗压强度达56.7 MPa,较不掺硅灰的胶凝材料强度提高了59.72％.XRD、SEM及MIP结果表明:钢渣在碱激发作用下,随龄期的延长,氢氧化钙量逐渐减少,无定形的水化产物增多,微观结构更加致密,加入硅灰后,最可几孔径明显减小,无害孔的数量明显增多,导致其强度大幅度提高.