绿色韧性水泥基复合材料力学性能

为了研究绿色尾矿砂PVA纤维增强水泥基复合材料的韧性,参考国内外试验方法开展了立方体抗压、薄板拉伸和冲击韧性等力学性能试验研究.分析了纤维与基体的相互作用及增韧机理,讨论了纤维掺量和水胶比二元因素对增韧性能的影响.该研究获得了复合材料相应的强度和韧性指标,为高性能尾矿砂PVA纤维增强水泥基复合材料的制备和工程应用提供了参考.     

尾矿砂水泥基复合材料的拉压韧性

为了表征PVA增强尾矿砂水泥基复合材料的韧性,对具有不同水胶比的PVA增强尾矿砂水泥基复合材料试件进行轴心抗压试验和直接拉伸试验,运用韧性比和韧性指数双特征指标来评价压缩韧性和拉伸韧性.结果表明,PVA增强尾矿砂水泥基复合材料试件的延性和吸收能量的能力显著提高,试件压缩韧性和拉伸韧性的效果较好,使试件具备了韧性性能良好、呈延性破坏、多裂缝开裂等特点.随着水胶比的不断增大,试件的韧性比和韧性指数逐渐增加,当水胶比为0.35时,韧性比和韧性指数有较明显提高.     

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.     

超韧性水泥基复合材料圆管横向压缩吸能特性

以公路护栏吸能特性为背景,对超韧性水泥基复合材料制成的圆管试件进行抗压吸能试验,研究不同配合比下各试件的抗压强度和荷载与变形能力的关系,研究纤维掺量对试件抗压强度的影响以及变形破坏和吸能特性,选出最适合的纤维掺量与配合比。试验结果表明：合理的配合比和纤维掺量使超韧性水泥基复合材料制成的圆管具有较高的抗压强度和良好的吸能能力。     

PVA-尾矿砂水泥基复合材料损伤破坏数值模拟

针对纤维掺量及缝高比对PVA-尾矿砂水泥基复合材料损伤破坏的影响问题,提出了基于RFPA分析系统的含有预裂缝PVA-尾矿砂水泥基复合材料的三点弯曲损伤破坏数值模拟方法.应用RFPA分析系统进行数值模拟,对复合材料的损伤断裂过程进行了分析,对复合材料的断裂能进行了计算,并将模拟结果与试验结果进行了对比.结果表明,模拟与试验所得的荷载位移曲线吻合较好,证明了数值模拟的合理性;在一定范围内,断裂能随着PVA纤维的体积掺量增大而增大,随着缝高比的增大而减小.     

PVA纤维增强水泥基复合材料的抗拉性能

通过单轴拉伸试验,研究了粉煤灰种类、掺量、水胶比和砂胶比对聚乙烯醇(PVA)纤维应变硬化水泥基复合材料(SHCC)拉伸性能的影响.研究结果表明:粉煤灰替代部分水泥会降低SHCC的抗拉强度,随着粉煤灰掺量的增加,SHCC的应变硬化和多缝开裂特性能得到更好的发挥;在相同掺量下,Ⅰ级粉煤灰相较于Ⅱ级粉煤灰而言,能使SHCC具有更好的拉伸性能;水胶比的增加与砂胶比的减小,都会使SHCC的初裂强度和极限拉伸强度降低,但其极限拉伸应变会有所提升,较高的水胶比与较低的砂胶比更利于SHCC应变硬化和多缝开裂特性的发挥.     

混杂纤维高韧性水泥基复合材料抗压性能研究

为改善传统单掺有机纤维水泥基材料的抗压性能,采用钢纤维+聚乙烯纤维混杂方式制备了一种高韧性水泥基复合材料,在聚乙烯(PE)纤维体积掺量固定为1%的情况下,考虑钢纤维体积掺量分别为0、0.3%、0.6%、0.9%4种工况下该水泥基复合材料的抗压试验,分析了钢纤维掺量、长度、直径对其抗压性能的影响。结果表明,采用钢纤维与PE纤维混杂方式可显著提高水泥基复合材料的抗压性能,在采用较长钢纤维的情况下,较低的体积掺量可以有效提升试件的抗压强度,直径越小的钢纤维试件抗压性能越好。对比发现,钢纤维直径0.12mm、长度13mm、体积掺量为0.6%时混杂效应较好,其峰值压应力较未掺钢纤维的试件提升33.8%,极限压缩应变提升24.3%。     

PVA纤维及尾矿砂掺量对GTCC自愈合性能影响

针对最新开发的绿色韧性水泥基材料的自愈合性能,参考国内外水泥基复合材料的自愈合理论与试验研究,采用强度恢复法对经过预制裂纹处理、自愈合养护至不同龄期的试件进行抗压强度试验并计算其强度恢复率.分析不同纤维体积掺量及尾矿砂替代天然砂比率对该水泥基复合材料自愈合性能的影响规律.结果表明,利用尾矿砂部分替代细骨料可以提高GTCC的自愈合性能.在不影响GTCC抗压强度的前提下,合理使用PVA纤维可以提高材料的自愈合能力.     

低水胶比条件下水泥基复合材料的微结构形成机理

超高性能水泥基复合材料(UHPCC)由于其水胶比极低,水化进程明显与普通混凝土不同,故采用多种分析测试手段以期揭示其水化过程及微结构形成机理。结果表明,低水胶比条件下的UHPCC材料水化反应一直持续进行,随着养护龄期的延长,火山灰反应消耗了Ca(OH)2,孔隙率得以进一步降低(4%以下),界面得到强化。纳米力学性能测试分析表明,UHPCC材料存在大量未水化的水泥颗粒,且绝大部分水化产物为UHD C-S-H凝胶,未发现类似普通混凝土材料中的LD C-S-H凝胶,存在少量的HD C-S-H凝胶,且未水化水泥颗粒被水化产物UHD C-S-H凝胶紧密包围,不会对后期的耐久性能产生过多影响,因此UHPCC才显示出优异的力学性能和耐久性能。     

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．     

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%.     

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。     

超高韧性水泥基材料的制备技术

分别采用活性粉末混凝土（RPC）和渗浇钢纤维混凝土（SIFCON）两种制备工艺,根据水泥基材料结构的多尺度特征,研究了由碳酸钙晶须和微钢纤维复合增强的超高韧性水泥基材料（Ultra-High-Toughness Cementitious Composite,简称UHTCC）的制备技术,测试UHTCC不同配比的抗压强度、抗折强度、抗弯强度以及单轴拉伸性能,采用折压比、韧性指数等多个指标对UHTCC的韧性进行了评价。试验表明：UHTCC的抗压强度、抗折强度、抗弯强度以及延性和韧性都远高于普通钢纤维混凝土,其抗弯强度最高达65.1 MPa、韧性指数I₂₀最高达49.21,单轴拉伸试验时呈现明显的假应变硬化行为,极限拉应变可达4%~8%。相对而言,利用SIFCON工艺制得的水泥基材料韧性更高。     

微胶囊对水泥自修复复合材料微观结构的影响

在环氧树脂微胶囊的制备实验基础上,制备水泥自修复复合材料,研究养护龄期和微胶囊掺量对水泥自修复复合材料微观结构的影响,采用多种测试仪器对复合材料孔结构特性、电性能、抗渗透性能和水化热进行了分析.结果表明,随着养护龄期的增加,复合材料电阻值显著增大,而累积孔体积和吸水性系数减小;随着微胶囊掺量的增加,电阻值增大,而累积孔体积、吸附量与脱附量、吸水性系数以及水化放热速率与放热量减小.     

PVA-ECC与混凝土界面钻芯拉拔试验研究

为了研究聚乙烯醇纤维砂浆(PVA-ECC)与混凝土之间的粘结性能,通过钻芯拉拔试验分析了混凝土强度等级、界面剂类型、聚乙烯醇纤维水泥砂浆强度等级3种因素对聚乙烯醇纤维水泥砂浆与混凝土之间粘结性能的影响,最后用Table Curve 3D软件拟合PVA-ECC与混凝土界面的钻芯拉拔强度受3因素影响的回归公式。研究结果表明:混凝土的强度等级对界面粘结性能影响极不显著,而聚乙烯醇纤维水泥砂浆强度等级对界面粘结性能影响显著,界面剂因素影响高度显著。公式计算结果与试验结果吻合良好。     

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．     

再生混凝土抗碳化性能试验研究及理论分析

通过快速碳化试验,以再生骨料掺量、水灰比、水泥用量、原始混凝土强度和矿物掺合料为影响因素,对再生混凝土的碳化性能进行研究。试验结果表明：再生混凝土的碳化深度随水灰比、再生骨料掺量的增加而减小,随原始混凝土强度的增大和水泥用量的增加而增大,适量添加矿物掺和料能降低再生混凝土的碳化深度,提升其抗碳化性能。在已有的普通混凝土碳化模型研究基础上,结合本试验和中国其他学者的试验数据,建立了再生混凝土碳化深度预测模型,模型预测结果与试验值吻合较好。     

砂桩复合地基室内模型试验研究

通过自行研发的试验装置,对砂桩群桩复合地基进行室内模型试验,得出砂桩复合地基的一些工作性状:砂桩复合地基的荷载沉降曲线特征、桩和土的应力特点、桩土应力比特点、荷载分担比曲线特征等。本室内静载荷试验模型虽然不能完全模拟现场砂桩复合地基的工作性状,但从定性上分析砂桩复合地基的工作性状是可行的。从试验结果可以看出,在处理粉细砂类土时,砂桩发挥的作用是比较显著的。     

养护温度对高延性水泥基材料力学性能的影响

研究养护温度对高延性水泥基复合材料性能的影响,分析养护温度在20、40、60和80℃时水泥基复合材料的抗弯性能、抗压强度、抗折强度及裂缝分布特点.结果表明,养护温度越高,高延性水泥基复合材料的早期跨中挠度越小;养护温度高于40℃时,试件的跨中挠度和韧性指数随龄期延长无明显变化;高养护温度能显著提高高延性水泥基复合材料的早期抗压强度和抗折强度,龄期对高温养护条件下高延性水泥基复合材料的抗压、抗折强度影响不大;粉煤灰掺量相同时,常温养护下高延性水泥基复合材料的裂缝更加细密均匀;养护温度为60℃时,粉煤灰掺量提高至80%,高延性水泥基复合材料的韧性显著提高,28d抗压强度可达70MPa.