裂缝宽度对机场道面融雪除冰碳纤维混凝土导电性能影响的试验研究

碳纤维混凝土是极具应用前景的机场道面融雪除冰材料,而机场道面裂缝的普遍存在对碳纤维混凝土导电性能存在着严重影响。通过采用实际机场道面要求的混凝土配合比设计,在测试并优化选择碳纤维掺量的基础上,通过试验研究建立了裂缝宽度对碳纤维混凝土导电性能的影响关系。试验结果表明:随着裂缝宽度的增加,起初碳纤维混凝土电阻变化率与裂缝宽度呈线性关系;在临界的裂缝宽度之后电阻变化率大幅度上升,此临界裂缝宽度被定义为碳纤维混凝土有效导电临界宽度。机场道面融雪除冰碳纤维混凝土的有效临界宽度值在0.65 mm左右。     

SMA混凝土梁的裂缝监测及自修复

试验研究了混凝土梁加载过程中Ni-Ti形状记忆合金(shape memory alloy,简称SMA)丝电阻变化率与混凝土梁裂缝宽度的关系和SMA丝通电激励过程中混凝土梁裂缝恢复的变化规律.结果表明:SMA丝电阻变化率随混凝土梁裂缝宽度的增加呈现出规律性的变化,尤其是当混凝土裂缝在0.3 mm范围内变化时其电阻变化率对梁裂缝变化更为敏感;SMA丝通电激励后的恢复特性能使SMA混凝土梁的裂缝很好愈合.利用SMA丝电阻变化率对裂缝变化的敏感性和其相位恢复特性可实现对混凝土梁裂缝的自监测和自修复.     

钢纤维-碳纳米管导电混凝土的受弯机敏性试验研究

研究了钢纤维-碳纳米管导电混凝土在受弯过程中的荷载-挠度-电阻变化率之间的关系,研究发现:单掺钢纤维可以提高混凝土的导电性,并可以监测混凝土受弯开裂后的力-电效应,但导电能力与受弯过程的机敏性均较差。引入碳纳米管可以改善钢纤维的搭接效率,同时亦可以改善钢纤维表面的界面过渡区,从而使钢纤维混凝土受弯过程的机敏性得到了明显提升。碳纳米管的导电效率明显高于钢纤维,钢纤维-碳纳米管导电混凝土的受弯机敏性随着碳纳米管掺量的提高而显著提高,但是单纯提高钢纤维的掺量并无法明显改善混凝土材料的受弯机敏性。钢纤维-碳纳米管导电混凝土的电阻变化率-挠度曲线可以采用一次线性函数进行拟合,试件挠度与电阻变化率之间的线性相关性较好。     

SMA在结构健康监测中的应用研究

针对一种Ni-Ti形状记忆合金材料,通过试验定性了解了其力学性能随温度、应变幅值的变化情况;并通过通电激励的方式得出了合金温度随电流强度、通电时间的变化曲线,及常温下合金轴向应变与电阻变化率之间的关系。并介绍了将形状记忆合金丝埋置于混凝土梁中,形状记忆合金电阻变化率与混凝土梁裂缝宽度的关系。     

碳纤维-石墨导电混凝土力学性能及受弯机敏性研究

为研究导电混凝土受弯过程的机敏性,在混凝土中掺入碳纤维和石墨来改善其力学及机敏性能,试验研究了掺碳纤维和石墨导电混凝土的力学性能,建立了导电混凝土在受弯过程中荷载-挠度-电阻变化率的关系。在导电混凝土中适量用石墨代替碳纤维,可在不影响其力学性能的同时提高导电混凝土机敏性,对石墨-碳纤维导电混凝土挠度-电阻变化率进行拟合,得到挠度与电阻变化率关系的经验公式,且相关性较好。     

混凝土梁桥自监测裂缝自闭合试验研究

通过SMA埋入梁体,进行混凝土梁桥自监测裂缝自闭合试验,试验拟合出梁裂缝宽度变化与SMA电阻变化率的曲线关系,得到了在混凝土梁允许裂缝范围内对应的SMA电阻变化率的安全区段,实现了混凝土梁桥在突发开裂情况下的智能预报;同时对梁中埋入的SMA实施相应的电压激励,在电流作用下,随着合金丝温度的升高,合金内部由马氏体相向奥氏体相转变,马氏体相状态下产生的塑性变形随之消失并产生回复力作用于混凝土使结构变形恢复,实现混凝土裂缝的自闭合,SMA将桥梁监测带进了一个新领域。     

约束态SMA混凝土梁的裂缝监测及自修复

利用形状记忆合金(shape memory alloy,SMA)丝超弹性和激励回复产生较大驱动力的特性,将不同预拉长度及根数的Ni-Ti SMA丝预埋入混凝土模型梁中,研究了混凝土梁加载过程中Ni-Ti SMA丝电阻变化率与混凝土梁裂缝宽度的关系以及Ni-Ti SMA通电激励过程中混凝土梁裂缝恢复的变化规律.试验中考虑了SMA滑移的影响,并通过理论计算对其进行验证,计算时考虑了锚具造成的附加电阻的影响.结果表明:SMA显著提高了混凝土梁的变形能力和抗裂能力;在通电激励后,混凝土梁在Ni-Ti SMA激励回复效应驱动下,挠度迅速恢复,裂缝闭合;增加Ni-TiSMA总截面面积可提高合金对混凝土梁的驱动效果;在裂缝宽度小于1.5 mm时,Ni-Ti SMA电阻变化率和混凝土梁的裂缝宽度呈明显的线性关系;钢筋塑性变形的存在,对混凝土模型梁的变形回复起阻碍作用.     

基于准平面假定的内嵌CFRP筋加固宽缺口混凝土梁裂缝分析

为研究内嵌CFRP筋加固的宽缺口混凝土梁的裂缝特性,通过16根内嵌CFRP筋加固的混凝土梁静载试验,详细观测和研究了其开裂和裂缝扩展状况。基于FRP类材料加固混凝土梁应变协调的准平面假定,根据传统的钢筋混凝土裂缝研究理论,在充分考虑CFRP筋的力学贡献的前提下,对内嵌CFRP筋加固的普通混凝土梁、宽缺口混凝土梁的裂缝间距、裂缝宽度和最大裂缝宽度的计算式进行了理论推导。将理论算式的计算结果与试验实测结果进行了比对。研究结果表明：与对比梁相比,内嵌CFRP筋材加固的宽缺口混凝土梁和内嵌CFRP筋加固的普通混凝土梁的开裂裂缝和最大裂缝宽度均有大幅度降低,前者的裂缝宽度降低幅度要小于后者的。两类加固梁的最大裂缝宽度都随着CFRP加固量的增大而减小。裂缝间距、裂缝宽度和最大裂缝宽度的理论算式的计算结果与实测结果吻合较好。4个加固梁试件组的平均开裂裂缝均比对比梁的开裂裂缝宽度减少0.30mm。     

钢纤维-石墨烯导电混凝土受弯过程的力-电效应试验研究

利用石墨烯材料的纳米属性和超强的导电能力,较为领先地对石墨烯导电混凝土进行了初步研究,并针对混凝土材料受弯破坏全过程,研究了石墨烯与钢纤维混杂增强混凝土材料在受弯过程中的力-电效应和受弯机敏性。研究表明,钢纤维导电混凝土在纤维掺量较低时对受弯过程的机敏性较差,而石墨烯的掺入使得钢纤维混凝土的机敏性得到了明显提升,二者在改善导电混凝土的力-电效应方面表现出了明显的正混杂效应。研究发现,可以利用一次线性函数对钢纤维-石墨烯导电混凝土的电阻变化率-挠度曲线进行拟合,电阻变化率与挠度的相关性较好。     

非饱和开裂混凝土中水分运移研究

根据双重孔隙介质模型将开裂混凝土视为由完好混凝土和裂缝组成的复合孔隙材料,基于非饱和混凝土的水分运动方程和裂隙渗流的立方定律提出非饱和开裂混凝土中的水分运动方程,同时采用渗水装置对预制裂缝混凝土试块进行渗水试验,研究混凝土初始饱和度、水胶比和裂缝宽度对渗水深度的影响;采用TOUGH 2软件数值分析开裂混凝土中饱和度和水分流速的变化,根据平均流速计算渗水深度并与试验结果比较.研究发现:混凝土初始饱和度越小、裂缝宽度越大,则渗水深度越大,且渗水深度增长先快后慢,反映了混凝土基质势是开裂混凝土中水分运移的驱动因素;裂缝宽度与混凝土渗透性正相关;水分入渗开裂混凝土后流速差和平均流速随时间延长逐渐降低;采用平均流速计算的渗水深度能更好地反映渗水试验中渗水深度的变化趋势.     

PVA纤维混凝土梁的抗弯性能试验

研究了纤维混凝土改性梁的抗弯性能,通过对不同配筋率和不同PVA纤维掺量的10根2.0 m长混凝土梁式构件的试验测试,研究混凝土混合料中加入PVA纤维后的增强与增韧作用效果.研究中对比了纤维含量对配筋混凝土受弯构件（包括零纤维掺量的对比构件）的初裂荷载、极限荷载、韧性和耗能等指标的影响,分析了PVA纤维在控制裂缝宽度以及增强变形性能方面的作用机理.试验研究结果表明,PVA纤维提高了构件的整体变形能力,但是对构件的初裂强度、极限强度影响不大.     

PVA纤维混凝土梁裂缝试验分析

纤维的加入使得混凝土梁的受力性能有所改变 ,对普通混凝土梁规范所给出的开裂荷载、极限荷载、裂缝宽度计算公式就不再适用。通过对高强高弹聚乙烯醇纤维 (简称PVA纤维 )配筋梁受弯试验 ,对梁的裂缝进行了研究 ,在试验数据的基础上 ,拟合出PVA纤维混凝土梁的裂缝宽度的计算公式 ,对纤维混凝土裂缝宽度的计算提出建议     

玄武岩纤维增强聚合物筋钢纤维高强混凝土梁受弯试验及裂缝宽度计算方法研究

纤维增强聚合物(FRP)筋混凝土梁受弯挠度过大、裂缝过宽等缺陷严重影响其正常使用性能，为此，将具有优良抗裂与阻裂性能的钢纤维混凝土用于FRP筋混凝土梁，可以有效限制其挠度与裂缝的发展。通过12根玄武岩纤维增强聚合物(BFRP)筋/钢筋钢纤维高强混凝土梁的受弯性能试验，研究了钢纤维体积率、受拉区钢纤维高强混凝土层厚度、BFRP筋配筋率对BFRP筋钢纤维高强混凝土梁裂缝分布与宽度的影响。结果表明，钢纤维的加入能够有效抑制BFRP筋高强混凝土梁的裂缝开展，减小裂缝间距、宽度和裂缝宽度差异性，当荷载为100 kN时，钢纤维体积率为0.5%~2.0%的钢纤维高强混凝土梁的裂缝宽度减小了25.22%~54.78%，裂缝宽度标准差减小了10.00%~68.18%；当受拉区钢纤维混凝土层厚度达到梁截面高度的57%时，其阻裂与限裂效果与全截面掺加钢纤维的效果接近，表明在受拉区中掺加钢纤维以限制BFRP筋混凝土梁裂缝的发展是经济可行的。基于试验和相关文献研究结果，提出了考虑钢纤维影响的BFRP筋钢纤维高强混凝土梁最大裂缝宽度的建议计算方法，该建议方法的计算值与试验值吻合良好。     

基于STM理论钢纤维混凝土深受弯构件裂缝宽度试验研究

通过7根钢纤维混凝土深受弯构件的弯曲性能试验,分析了钢纤维掺量及配筋率对深受弯构件跨中截面混凝土应变、纵筋应变、破坏形态及裂缝宽度的影响。基于STM理论量化钢纤维、钢筋以及混凝土三者在受力过程中的组合作用,提出了适用于钢纤维混凝土深梁最大裂缝宽度的理论计算式,并与实测结果进行比对分析。研究结果表明:较普通深受弯构件而言,钢纤维混凝土深受弯梁的开裂荷载增幅11%~20%,极限荷载提高10%~16%,提高配筋率,开裂荷载提高约22%,极限荷载提高20%~31%;提高配筋率或钢纤维掺量,均可使试件破坏模式由正截面破坏向斜截面破坏转变;钢纤维掺加50、78 kg/m^3后,裂缝宽度可减少13%~29%;试件配筋率提高0.142%,裂缝宽度减少33%;推导出的理论计算式计算得到的最大裂缝宽度与实测值吻合。     

离心成型钢筋钢纤维混凝土电杆受力性能试验研究

通过试验研究了无拉线离心成型钢筋钢纤维混凝土电杆的力学性能,包括抗裂度、裂缝宽度及其分布形态、杆顶变形和极限承载力等。试验证明:掺入适量钢纤维后,电杆的抗裂度得到明显提高,裂缝宽度明显减小,裂缝间距减小,主裂缝间的裂缝呈短细非贯通性分布形态,电杆的极限承载力有所增大。结合离心成型工艺特点和钢纤维分布规律分析了其中的原因,为工程应用提供了科研依据。     

ECC梁的力学性能试验研究

研究了PP ECC梁的四点弯曲试验性能,制作了钢筋增强PP ECC梁,钢绞线GFRP筋增强PPECC梁,素PP ECC梁和普通钢筋混凝土梁4组试件。在试验研究中,主要考虑了配筋率、龄期等参数,对比了钢筋增强PP ECC梁、钢绞线GFRP筋增强PP ECC梁、素ECC梁与普通钢筋混凝土梁的弯曲性能,测试了试件的开裂荷载、裂缝的开展、各级荷载下的应变以及试件的极限荷载,验证了平截面假定。结果表明,对不同配筋率的PP ECC梁,配筋率越大,极限承载力增加,但极限变形减小,裂缝宽度的变化不明显。同一配筋率下,PP ECC梁比普通钢筋混凝土梁具有更高的承载力和变形性能,在屈服时刻裂缝宽度可控制在0.1mm以内。     

Cracking resistance performance of super vertical-distance pumped SFRC

The mix ratio of steel fiber reinforced concrete (SFRC) was optimized using the principles that workability must meet the pumping demand and anti-cracking performance should be optimal. The effect of SFRC on the initial cracking load, the ultimate load and the crack width of the reinforced concrete (RC) member were analyzed in this paper. It was found that the admixture had good preservation of moisture and adhesion and the fibers distributed homogeneously in one hour out of the machine. According to the pumping results, the SFRC could be pumped vertically up to 306 m. Based on the standard computation formula of cracks, the maximum crack width of an RC member with 0.8% steel fiber (by volume) is about 32% lower than that of standard RC member. Through an experimental research on full-scale model tests for the steel and concrete composite anchorage zone on a pylon, the SFRC not only remarkably increases the crack resistance and the ultimate load, but the initial load also improves 33% approximately. It is also indicated that plastic shrinkage cracking of SFRC in which volume fraction of steel fibers is 0.8% can be restrained obviously and the unrestrained drying shrinkage can be diminished by about 50% at early age. The results confirmed that the SFRC can lessen the shrinkage crack of concrete and enhance markedly the direct tensile strength. Therefore, the SFRC can solve the key question of crack resistance for the anchorage zone of a bridge tower.     

采用混杂纤维ECC的叠合板#br# 组合梁负弯矩受力性能试验研究

基于一种新型混杂纤维ECC材料研发一种钢 混凝土-ECC组合桥面结构,用于连续组合桥梁的负弯矩区以提升其抗裂性能,可代替其他复杂的工程措施。完成2根钢-混凝土-ECC叠合板组合梁和1根钢-混凝土叠合板组合梁的静力单调加载试验。通过对承载力、刚度与裂缝发展的分析,初步论证混杂纤维ECC用于钢-混凝土组合梁的可行性和优势。试验表明：在纵向受拉钢筋配筋率相等的情况下,采用ECC后浇层的叠合板组合梁在正常使用阶段的承载力略高于对比梁,刚度则高于对比梁且裂缝数量减少、宽度减小;在采用界面拉毛处理后,后浇ECC与混凝土之间的黏结性能良好,界面未出现滑移破坏。基于试验数据和规范方法,提出了含ECC构件的受弯裂缝宽度计算公式,公式计算值与相关试验吻合较好。     

钢纤维混凝土剪力墙裂缝的试验研究

通过5片钢纤维混凝土剪力墙和1片钢筋混凝土剪力墙在低周反复荷载作用下的试验,研究了剪力墙的裂缝发展形态,探讨了剪力墙中钢纤维的限裂作用,分析了钢纤维体积率和钢纤维混凝土强度对裂缝宽度的影响.结果表明,在剪力墙中加入钢纤维,能够有效的约束裂缝的出现,限制裂缝的发展,使同条件下的裂缝宽度明显降低.     

平板法研究层布式混杂纤维混凝土早期抗裂性能

试验通过平板约束试验研究粉煤灰混凝土、聚丙烯纤维混凝土、层布式钢纤维混凝土、层布式混杂纤维混凝土的早期抗裂性能,结果表明:聚丙烯纤维混凝土的最大裂缝宽度比粉煤灰混凝土减小了40%,裂缝总长度减小了25.55%,裂缝降低系数为56.56%,抗裂等级达到二级;层布式钢纤维混凝土的最大裂缝宽度比粉煤灰混凝土减小了26.7%,裂缝总长度减小了26.5%,裂缝降低系数为43.24%,抗裂等级达到三级;层布式混杂纤维混凝土的最大裂缝宽度比粉煤灰混凝土减小了67.69%,裂缝总长度减小了78.26%,裂缝降低系数为93.07%,抗裂等级达到一级。层布式混杂纤维混凝土的抗裂效果最好。