PVA纤维对超高韧性纤维水泥基改性复合材料力学性能试验

超高韧性纤维水泥基复合材料通过加入PVA纤维增强性能,通过实验方法,具体分析PVA纤维对超高韧性纤维水泥基复合材料力学性能的影响。主要分析PVA纤维类型和掺量对水泥基复合材料拉伸强度、抗压强度和弯曲强度的影响。结果表明,添加相对较多的PVA纤维时能够增强材料的阻裂增韧效果,进口的PVA纤维具有更高的拉伸强度;相比于抗拉强度,PVA纤维的类型和添加量对超高韧性纤维水泥基复合材料的抗压强度影响比较小;PVA纤维的弹性模量越大时,加入PVA纤维之后的复合材料具有更强的抗弯能力,另外PVA纤维掺量并不是越多,材料的抗弯性能越好。     

PVA纤维长度对水泥基复合材料抗拉强度的影响

为了研究PVA纤维长度对水泥基复合材料抗拉强度的影响,采用6 mm、9 mm和18 mm的PVA纤维结合新疆本地沙漠砂与粉煤灰制备PVA-沙漠砂水泥基复合材料,于恒温条件养护28 d后测试其抗拉强度并与普通混凝土试件进行对比。由试验得出：添加PVA纤维的水泥基复合材料相比于普通混凝土试件其抗拉强度显著提高;随着纤维长度的增加,PVA-沙漠砂水泥基复合材料的流动度和抗拉强度逐渐降低。     

超高韧性水泥基复合材料弯曲韧性研究

为研究超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)的弯曲韧性,开展了薄板试件四点弯曲加载试验,结合对试件弯拉荷载和跨中挠度的分析,探究了纤维体积掺量、粉煤灰掺量、水胶比三因素对UHTCC弯曲韧性的影响规律,分析了韧性指数IU与极限跨中挠度的变化规律.结果 表明,纤维掺量越大,材料弯曲韧性越好;粉煤灰掺量在F/C为1.2时各阶段韧性指数最大,表明粉煤灰掺量对UHTCC弯曲韧性的影响存在一个最佳值;水胶比为0.24、0.28时韧性指数未达到I50,且水胶比为0.26时峰值荷载对应的韧性指数IU最大,表明过大或过小水胶比都会降低UHTCC持续耗能的能力;在不同因素影响下,峰值荷载所对应的韧性指数IU与极限跨中挠度具有良好的相关性,且峰值荷载处于应变硬化阶段末期,几乎包括荷载-挠度曲线的全部,使用IU能够较好地反映UHTCC的能量吸收能力.     

应变硬化水泥基复合材料高温后弯曲韧性研究

传统水泥基材料强度低、韧性差,表现出明显的脆性破坏.掺加聚乙烯醇(PVA)纤维的应变硬化水泥基复合材料(SHCC)可以改善传统水泥基材料的脆性,常温下表现出明显的应变硬化特征,提高了基材的强度和韧性.通过四点弯曲试验研究在不同温度作用下SHCC的弯曲韧性,结果表明,随着温度的升高,SHCC的强度和韧性呈现下降趋势,100℃之前降幅较小;约在10％以内;200℃时开始大幅下降(降低约50％),300℃时丧失韧性,发生脆性破坏.试验还表明,内掺Protectosil MH50硅烷乳液防水剂时,高温作用下,其韧性降低规律与未掺加防水剂时大致相同,但同条件下会使SHCC的强度略微降低.     

PVA纤维类型对应变硬化地聚合物基复合材料力学性能的影响

本文对比分析了4种不同聚乙烯醇(PVA)纤维分别在不同配合比地聚合物基体中的增韧作用,为利用国产无表面涂油PVA纤维制备应变硬化地聚合物基复合材料(SHGC)提供实验数据。主要研究矿渣与粉煤灰的比例、碱溶液的浓度、纤维尺寸以及纤维表面特性等因素对地聚合物基复合材料抗压和直接拉伸性能的影响。结果表明,经过7 d室温养护,含矿渣的地聚合物基体和复合材料的抗压强度均高于30 MPa,而纯粉煤灰地聚合物基体和复合材料的抗压强度较低,为12~15 MPa。表面涂油PVA纤维SHGC的延展性普遍高于无表面涂油PVA纤维SHGC。然而,通过调节地聚合物基体配合比,可以提高无表面涂油PVA纤维的增韧效果。当粉煤灰质量分数为33%时,无表面涂油PVA纤维SHGC的极限拉伸应变达1.44%,与表面涂油PVA纤维SHGC相当。在纯粉煤灰的情况,4种PVA纤维复合材料均呈现出稳定的多缝开裂和应变硬化特征。     

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...     

混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料(HyFRSHCC)的力学性能

为提高高性能纤维增强水泥基复合材料的性价比,设计了一种由聚乙烯醇(PVA)纤维、钢纤维以及碳酸钙晶须作为增强材料,水泥砂浆作为基体的混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料(HyFRSHCC).通过单轴压缩试验和四点弯曲试验对这种HyFRSHCC的抗压和抗弯性能进行了研究.结果表明HyFRSHCC的抗压强度高于基体材料,且在破坏时能保持良好的整体性;在弯曲荷载作用下表现出显著的应变硬化特征及多缝开裂行为,具有较高的能量吸收能力与变形能力.扫描电子显微镜(SEM)的观察结果表明碳酸钙晶须在材料破坏过程中限制了微裂缝的发展,而PVA纤维与钢纤维实现了对宏观裂缝的控制.通过引入碳酸钙晶须和钢纤维可以适量代替价格较高的PVA纤维,降低纤维增强应变硬化水泥基复合材料的成本.     

纳米粒子和石英砂对PVA纤维水泥基复合材料单轴拉伸性能的影响

为研究纳米粒子种类和掺量以及石英砂粒径对聚乙烯醇纤维(PVA纤维)水泥基复合材料单轴拉伸性能的影响,通过单轴拉伸试验测得了试件的极限拉应变和极限拉应力,并得到了试件应力-应变关系曲线.PVA纤维的体积掺量为0.9％,选择纳米SiO2质量掺量和石英砂粒径各四种.结果 表明,纳米SiO2的掺加对PVA纤维水泥基复合材料抗拉伸性能有一定的提高,随着纳米SiO2掺量从0％增大到2.5％,试件极限拉应变和极限拉应力整体上呈逐渐增大趋势.相对于纳米CaCO3,纳米SiO2对PVA纤维水泥基复合材料抗拉伸性能的增强效果更明显.石英砂的粒径对PVA纤维水泥基复合材料抗拉性能影响较大,石英砂的粒径越小,PVA纤维水泥基复合材料的极限拉应变和极限拉应力越低.     

PVA纤维增强水泥基复合材料高温性能研究

对PVA纤维增强水泥基复合材料的高温性能进行研究,分别测试了该材料在经受不同高温后的质量损失、抗压强度以及弯曲韧性,并对其微观结构变化进行了分析.结果表明,相比于普通水泥基材料,PVA纤维增强水泥基复合材料的抗压强度高,变形能力大,抗折强度高,弯曲韧性优越,其中纤维掺量为2％的试块28 d抗压强度达到45.98 MPa,抗折强度可达到14.10 MPa,最大挠度达到0.68 mm;高温处理后掺有PVA纤维的试块完整性良好,没有出现破坏性断裂,只表现为微小裂纹;随着温度的升高,不同纤维掺量砂浆试块的质量损失增大,抗压强度和抗折强度以一定的速率下降,但在800 ℃高温处理后试块仍具有一定的抗压强度和弯曲韧性,纤维掺量为2％的试块的抗压强度能达到18.9 MPa,最大挠度可保持在0.12 mm;根据微观测试可以看出,随着温度的升高,纤维缓慢熔出使试块内部出现相互交错的孔隙通道可有效防止试块高温爆裂,试块内部结构由致密变为松散蜂窝状.     

氧化石墨烯复合PVA纤维增强水泥基材料的力学性能及耐久性研究

为解决混凝土耐久性差、脆性大等问题,研究了氧化石墨烯(GO)复掺聚乙烯醇(PVA)纤维对低水灰比水泥基材料力学性能及耐久性能的影响.利用Hummers法制备GO,并表征GO的结构和性能,通过测试分析了不同配合比砂浆的力学性能和耐久性,并通过MIP(压汞法)和SEM(扫描电镜)分析了氧化石墨烯以及PVA纤维对水泥基材料的改性机理.结果表明GO和PVA纤维均能提高水泥基材料的力学性能以及耐久性.GO复掺PVA纤维可以显著改善水泥基材料孔结构,降低孔隙率,提高水泥基材料抗氯离子渗透性能并降低水泥基材料收缩率.     

合成纤维对超高韧水泥基复合材料力学性能的影响

超高韧水泥基复合材料(UHTCC)是在水泥制备过程中掺入了可以起到增强增韧作用的一定体积分数的纤维。对常见增强纤维种类与性能进行归纳总结,对增强理论、掺入纤维对UHTCC基本力学性能的影响进行了综述,认为UHTCC在桥体、路面、码头、军事工程等领域具有广泛的应用前景,需深入研究掺入纤维的力学性能对复合材料的抗拉、抗剪、抗冲击韧性、抗疲劳等力学性能以及抗渗性能的影响,从而为实际应用提供理论依据。     

断裂韧度对PVA纤维水泥基材料弯曲性能的影响

对加入超强吸水性能SAP颗粒形成的聚乙烯醇(PVA)纤维增强水泥基材料,通过楔劈拉伸试验研究了材料的断裂韧度,三点弯曲试验研究了材料的弯曲性能,同时基于微观力学机理分析了断裂韧度对PVA纤维水泥基材料延性的影响.断裂试验结果表明:水泥基体断裂韧度随SAP颗粒掺量增大而减小;弯曲试验结果表明:开裂强度与弯曲强度随SAP颗粒掺量增大而降低,但弯曲韧度随SAP颗粒掺量增大而提高;依据能量准则与强度准则发现:掺入SAP颗粒后的PVA纤维水泥基材料的延性提高与高的E值与S值相关.     

粉煤灰掺量对PVA纤维水泥基复合材料力学性能影响研究

通过对8组PVA-ECC试件进行抗压强度和抗折强度试验、四点弯曲试验以及直接拉伸试验,探讨粉煤灰掺量对PVA纤维水泥基复合材料力学性能的影响.结果表明:抗压强度与抗折强度均随粉煤灰掺量的增加而降低,四点弯曲试验中试件挠度可达26.5 mm,直接拉伸试验中试件最大极限拉应变为1.6％,是传统混凝土材料的100多倍.     

粉煤灰对PVA纤维/水泥基体界面作用及复合材料拉伸性能的影响

本文研究了粉煤灰掺量对基体强度、聚乙烯醇(PVA)纤维/水泥基体间界面作用以及无表面修饰PVA纤维应变硬化水泥基复合材料(SHCC)拉伸性能的影响。结果表明,随着粉煤灰掺量的增加,基体的28 d抗压强度在18~93 MPa内呈下降趋势。单轴拉伸试验结果表明,掺入20%(质量分数,下同)和50%粉煤灰对SHCC的影响不明显,随着粉煤灰掺量增至67%和80%,SHCC的多微缝开裂和应变硬化特征呈增强趋势,极限应变值也相应增大,最高达7.2%,并且具有轻质特性。单纤维拔出试验结果显示,高掺量粉煤灰不仅可以降低PVA纤维与基体间的化学黏结作用,还能减弱界面摩擦作用,从而有效抑制了PVA纤维在拔出过程中出现过早断裂,显著提高了无表面修饰PVA纤维SHCC的延展性。     

无表面修饰PVA纤维增强高韧应变硬化水泥基复合材料的性能研究

制备高韧应变硬化水泥基复合材料(SHCC)通常用经表面涂油处理的聚乙烯醇(PVA)纤维.本文通过利用无表面修饰的PVA纤维及高掺粉煤灰,制得高韧SHCC.通过控制粉煤灰掺量,利用减水剂调节水胶比,实现对基体强度的控制,得到有利于制备SHCC的基体.弯曲和直接拉伸试验结果表明,由无表面修饰PVA纤维增强的水泥基复合材料呈现多缝开裂和应变硬化特征,具有优良韧度和延展性.纤维增韧作用主要体现在挠度硬化阶段,但对于强度较低的SHCC而言,挠度软化阶段中也呈现较明显的纤维增韧作用.高掺粉煤灰时,无表面修饰PVA纤维增强的SHCC所呈现出的直接拉伸极限应变达3％以上,与经表面涂油PVA纤维增强的SHCC相当.     

PVA纤维增强快硬硫铝酸盐水泥基ECC材料性能的研究

针对快硬硫铝酸盐水泥基快速修补材料易开裂的问题,为了提高其韧性,增强其抗裂能力,设计并制备了PVA纤维快硬硫铝酸盐水泥基ECC材料(CSA-ECC),开展了PVA纤维不同体积掺量下CSA-ECC材料的工作性,抗压、抗折强度,单轴拉伸性能及弯曲韧性的试验研究,通过SEM观察分析了PVA纤维在CSA-ECC材料中的作用机理.研究结果表明:CSA-ECC材料浆体的流动度随纤维体积掺量的增多而降低,在掺量为2％时会出现结团现象;当纤维体积掺量高于1％时,抗压强度会出现略微下降;抗折强度随纤维体积掺量的增多而增大,纤维掺量为2％时,抗折强度可提高333％;当纤维体积掺量大于1.5％后材料在单轴拉伸下呈多缝开裂的破坏形式,在弯曲荷载作用下表现出良好的韧性特征和变形能力.