PVA纤维增强水泥基复合材料的性能试验研究

通过单轴抗压试验、直接拉伸试验、四点弯曲试验、抗折试验对不同配比和不同试件形状的PVA纤维增强水泥基复合材料进行力学性能试验研究,结果表明：加有PVA纤维的水泥基复合材料的抗压强度提高不大,大约是10%,而抗拉强度和抗弯强度则提高很多,且出现了许多细小裂缝,呈现出应变硬化特性,极限拉应变可达1.8%;利用直板型试件做直接拉伸试验比胫型试件做直接拉伸试验的试验结果准确,且易于试验操作.试验结果证实了PVA纤维增强水泥基复合材料具有很好的韧性.     

高韧性纤维增强水泥基复合材料的单轴拉伸力学性能

试验研究了3种纤维掺量聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)的单轴拉伸力学性能及纤维掺量对ECC力学性能的影响规律,探讨了裂缝扩展宽度与轴拉应力的关系,分析了ECC拉伸断裂能与特征长度.结果表明:当纤维掺量由0.308%提高到0.462%时,PVA-ECC的断裂能提高128%,特征长度提高146%,最大拉应变提高128%.PVA-ECC的断裂能和最大拉应变比聚丙烯纤维混凝土分别提高209%和3 614%.表明PVA纤维具有良好的阻裂增韧效用,显著提高了ECC的抗裂性能和变形能力,ECC在单轴拉伸荷载下能实现应变硬化和多重裂纹开裂.     

PVA纤维水泥基复合材料的抗拉性能及韧性研究

聚乙烯醇(PVA)纤维是一种具有高抗拉、高弹模,亲水性好,特别是与波特兰水泥有良好的相容性等特点的新型纤维.为配制出高韧性、大变形纤维增强水泥基复合材料,试验介绍了PVA纤维增强水泥基复合材料的单轴拉伸性能和弯曲韧性,试验结果表明:PVA纤维具有良好的阻裂增韧效用,能够显著提高水泥基复合材料的抗裂性能和变形能力;PVA纤维可明显改善混凝土弯曲韧性,且PVA纤维混凝土的弯曲韧性指数明显高于聚丙烯(PP)纤维混凝土.     

纤维素纤维增强高韧性水泥基复合材料的拉伸力学性能

研究了3种纤维掺量UF纤维素纤维增强水泥基复合材料(UF-ECC)的单轴拉伸性能及纤维掺量对ECC力学性能的影响规律,探讨了裂缝扩展宽度与轴拉应力的关系,分析了ECC的拉伸断裂能与特征长度.结果表明:当纤维体积掺量由0.3%提高到0.6%时,UF-ECC的最大拉应变提高183%,断裂能提高419%,特征长度提高281%.ECC复合材料的最大拉应变是聚丙烯纤维混凝土的8~20倍.UF纤维素纤维具有良好的阻裂增韧效用,显著提高了ECC的变形能力,ECC在单轴拉伸荷载下能实现应变硬化和多重裂纹初裂.     

掺粉煤灰PVA纤维增强水泥基复合材料的试验研究

研究了粉煤灰掺量对PVA纤维增强水泥基复合材料（ECC）的新拌性能、弯曲性能、抗压抗折强度、开裂模式及微观结构的影响.结果表明：随着粉煤灰掺量的增加,水泥净浆的屈服剪切应力和塑性黏度不断降低,ECC的流动度增加.ECC的初始开裂荷载降低、抗折和抗压强度逐渐降低,ECC的跨中挠度提高,ECC的平均裂缝宽度变小.在满足抗压强度的前提下,适当增加粉煤灰掺量有助于提高ECC的韧性和延性.     

骨料级配对应变硬化水泥基材料力学性能的影响

水泥基复合材料的高脆性是诱发结构开裂、腐蚀甚至失去承载能力的主要原因.PVA纤维增强水泥基复合材料（SHCC）的应变硬化特性和多微缝开裂特征可显著改善此类材料的性能.通过三点受弯和直拉试验对比了骨料颗粒级配合理与否对SHCC材料力学性能的影响.结果表明：适宜的颗粒级配可以显著改善SHCC的应变硬化特性,骨料的最大粒径可以由ECC材料常用的110μm放大到1.25 mm,便于此类材料在实际工程中的推广应用.     

纤维增强水泥基复合材料研究的若干问题探讨

对水泥基材料耐久性差的主要原因，纤维在水泥基材料中可能存在的主要增强作用，影响纤维增强效果和复合材料耐久性的主要因素及该材料主要力学性能有关研究模型进行了综述，分析了研究中存在的问题及今后的研究趋势。     

聚乙烯醇纤维水泥基复合材料

介绍了聚乙烯醇纤维的特点和聚乙烯醇纤维水泥基复合材料的高延性、耐久性、抗疲劳性能和抗破坏能力．     

乳化沥青对PVA纤维增强水泥基复合材料韧性的影响

为了研究乳化沥青对纤维增强水泥基复合材料韧性的影响,采用乳化沥青制备PVA纤维增强水泥基复合材料,对其强度和韧性性能进行测试,并采用SEM对试件断面微观形貌进行了分析。结果表明,加入乳化沥青以后,复合材料的抗压强度和抗折强度迅速下降,而韧性性能迅速上升;纤维的破坏模式由拉断破坏变成拔出破坏,随之在试件底部出现了多缝开裂;当乳化沥青用量为10%时,试件出现了明显应变硬化现象;当乳化沥青用量过大时,韧性反而下降。此外,结合微观力学原理,对乳化沥青的增韧机理进行了阐述。     

应变硬化水泥基材料轴拉荷载下的氯离子渗透

钢筋混凝土结构因为易于开裂而通常难于达到预期的设计使用寿命.原因之一就是水泥基材料在拉伸状态下的应变太小.通过添加聚乙烯醇纤维,水泥基复合材料的拉应变可以提高几百倍.多微缝开裂是准应变硬化水泥基复合材料(Strain Hardening Cement-based Composites(SHCC))的基本特征,然而,只有在外加拉应变下的裂缝不引起水、CO2、氯离子或硫酸根离子等对混凝土结构的侵蚀量显著地增加,这种大应变才对结构的安全性和耐久性有益,从而可以提高结构的使用寿命,降低全寿命周期成本.通过不同拉应变下SHCC的毛细吸水和氯离子渗透试验研究了SHCC的抗渗性能,并探讨了内掺硅烷乳液防水剂对SHCC在不同拉应变下的抗渗性能的影响.结果表明,毛细吸收试验是表征复合受力状态下的水泥基材料耐久性能的简便有效的试验方法;复合受力下极限拉应变不能作为耐久性设计的依据,必须根据渗透性确定能够保证使用寿命的临界拉应变极限状态;内掺硅烷乳液的防水处理方式能够防止SHCC吸收过多的水分或水溶离子,可以使其高应变能力得到更广泛的应用.     

冻融环境下PVA纤维水泥基复合材料断裂性能

针对冻融循环次数对PVA纤维水泥基复合材料断裂性能的影响问题,提出了基于快冻法的三点弯曲试验方法,研究了冻融循环次数对PVA纤维水泥基复合材料的起裂韧度、失稳韧度及断裂能的影响,并对冻融循环后的试件质量及表面现象进行了分析.结果表明:在冻融循环250次后,试件的质量增加1.92%,起裂韧度、失稳韧度、断裂能分别降低了37.2%、51.1%及48.4%;随着冻融循环次数的增加,试件的质量呈现增长趋势,试件表面破坏情况愈发严重,试件的起裂韧度、失稳韧度及断裂能均呈现下降趋势.     

聚乙烯醇纤维强化水泥基复合材料的抗盐冻性能

通过氯盐环境中的快速冻融试验研究了纤维体积率、冻融循环次数、粉煤灰、硅粉对聚乙烯醇(PVA)纤维水泥基复合材料抗盐冻性能的影响。通过扫描电镜观察内部微观结构随盐冻作用的变化规律、PVA纤维在水泥基体中分布情况和界面结合状况。试验结果表明:PVA纤维的掺入可明显改善水泥基复合材料的抗盐冻性能;PVA纤维在基体中分散性较好,且与水泥基体界面结合状况较好;而粉煤灰、硅粉的掺入未明显改善PVA纤维水泥基复合材料的抗盐冻性能。     

不同尺度纤维复合增强水泥基材料的抗氯离子渗透性能

为研究不同尺度纤维复合增强水泥基材料的抗氯离子渗透性能,对单掺和复掺碳酸钙晶须、聚乙烯醇（PVA）纤维的水泥基材料分别进行电通量试验、电镜扫描观测及基本力学性能试验,分析不同纤维尺度、掺量及复合比例对水泥基材料抗氯离子渗透性能和基本力学性能的影响规律,并基于试验结果给出了多纤维复合增强水泥基材料的氯离子侵蚀深度计算模型。结果表明,不同尺度纤维可在不同结构层次上发挥对水泥基材料的增强作用,使得多纤维复合增强水泥基材料的抗氯离子渗透性能明显优于单一纤维增强水泥基材料;多纤维复合材料的抗压强度与氯离子侵蚀深度及电通量大致呈反比例关系;当复合材料的抗压强度提高13.6%时,其氯离子侵蚀深度和总电通量则分别降低39.1%和44.7%;建立的氯离子侵蚀深度计算模型,可用于多纤维复合增强水泥基材料的抗氯离子渗透和侵蚀性能评估。     

纤维混杂对超高性能纤维增强水泥基复合材料力学性能的影响

采用最紧密堆积理论对UHPFRC进行配合比设计,并通过应用Excel Solver Tool进行编程求解,实现了UHPFRCC符合体系的理论设计,利用石灰石粉改善流动性的作用得到最终配合比。基于基准配合比,研究了钢纤维与合成纤维混杂对UHPFRCC的力学性能的影响。试验结果表明：基于Dinger-Funk模型可实现自密实UHPFRCC的配合比设计;混杂纤维可增强UHPFRCC的抗压强度,但抗折强度有所降低;相比于单掺2%钢纤维的UHPFRCC,合成纤维的取代掺入均降低了UHPFRCC的抗压强度和抗折强度。     

纤维增韧水泥基复合材料抗压强度影响因素研究

对多种纤维增韧水泥基复合材料（ECC）进行各个龄期立方体抗压强度试验,对比水胶比、胶砂比、粉煤灰及矿渣含量和龄期对ECC力学性能的影响规律,得到ECC早龄期强度的增长规律及各个因素对ECC强度的影响规律。研究结果表明,粉煤灰及矿渣含量、水胶比是ECC抗压强度的主要控制因素。     

Electromagnetic shielding and absorption properties of fiber reinforced cementitious composites

In order to investigate the electromagnetic shielding effectiveness (SE) and absorbing properties of fiber reinforced concrete, steel fiber, carbon fiber and synthetic polyvinyl alcohol (PVA) fiber reinforced concrete were researched. The results show that with the increase of fiber volume fraction, the SE and trend of frequency change of corresponding fiber reinforced concrete are enhanced. When the volume content of steel fiber is 3%, the SE of concrete is above 50 dB and its frequency is above 1.8 GHz. Moreover, in the range of 8-18 GHz, steel fiber, carbon fiber and PVA fiber all can improve the microwave absorption properties of concrete. The concrete with 0.5% carbon fiber can achieve the best absorbing property, the minimum reflectivity is about -7 dB; while steel fiber optimal volume fraction is 2%. The reflectivity curve of PVA fiber reinforced concrete fluctuates with the frequency, and the minimum value of the reflectivity is below -10 dB. The results show that fiber reinforced concrete could be used as EMI(electromagnetic interference) prevention buildings by attenuating and reflecting electromagnetic wave energy.     

三点弯曲下PVA-尾矿砂水泥基复合材料断裂特性

针对混凝土的早期开裂问题,设计了PVA-尾矿砂水泥基复合材料三点弯曲梁试验,研究了尾矿砂掺量、缝高比、纤维掺量以及使用条件对断裂韧度和断裂能的影响规律.通过试验得出P-δ曲线和P-COM D曲线,并计算断裂韧度和断裂能.结果表明:断裂韧度与缝高比成反比,且随着纤维掺量的增加而增加,但尾矿砂对断裂韧度的影响却很小;断裂能随纤维掺量的增加而增加,随尾矿砂掺量的增加而降低;正常使用条件下的断裂能、断裂韧度计算值比腐蚀使用条件下的断裂能、断裂韧度计算值均增大约10%.     

水泥基复合材料单轴受力特性研究

通过圆柱体聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料（PVA—FRCC）试件单轴受压试验,对其力学性能进行系统研究．分析其破坏形态、峰值应力、极限应变、弹性模量、泊松比、应力一应变曲线．通过试验发现聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料与普通混凝土相比,具备极限应变大、延性好、峰值应力、变形能力及韧性明显增加、弹性模量、泊松比基本不变等优点．通过改变聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料中水、水泥、砂、纤维的配比进而讨论纤维掺量、水胶比、砂胶比对其力学参数的影响．     

Properties and microstructure of polymer emulsions modified fibers reinforced cementitious composites

The synthesis and characterization of a new class of cementitious composites filled with polymer emulsions were investigated, and their superior mechanical strength and durability properties compared to composites devoid of fi llers were reported. Polymer emulsions were utilized to mechanically reinforce the composite and bridge the cement, fly ash, aggregate and fibers. The results reveal that the epoxy emulsion and poly（ethylene-co-vinyl acetate） emulsion markedly enhance the mechanical and durability properties of cemetitious composites. The fi bers can be pulled out in the form of slip-hardening and the abrasion phenomenon can be observed clearly on the surface of the fibers. The hydration extent of cement is higher than that of the pristine composites. The polymer modified cementitious composites designed on micromechanics, have fl exibility and plasticity which could be applied for a novel form of multifunctional materials with a range of pipeline coatings applications.     

PVA纤维增强水泥基复合材料弯曲性能试验研究

对PVA纤维增强水泥基复合材料(PVA-Fiber Reinforced Cementitious Composites,以下简称PVA-FRCC)进行了四点弯曲试验,得到荷载-挠度曲线,进一步分析了PVA-FRCC的变形性能.结果表明,PVA-FRCC较基体混凝土的变形能力得到显著改善,由突然的脆性破坏变为具有较好韧性的延性破坏,破坏时出现多缝开裂现象.