利用冲击球压法评价BFCC冻融下的表面损伤特征

利用冲击球压技术对玄武岩纤维水泥基复合材料在硫酸钠、水、氯化钠三种溶液冻融后的性能进行了研究,分析了冲击荷载–压痕尺寸的关系、冲击荷载–时间的关系、冲击应力–应变的关系及布氏硬度等。结果表明:(1)冻融对材料表层的影响最大也最为迅速,而表层以下的结构仍具有抗冲击性;(2)随着冻融循环次数的增加,冲击荷载–时间图中小球的回弹高度明显降低,材料的塑性变形损伤增大;(3)低荷载下冲击应力–应变关系曲线基本为一条直线,当荷载达到某一临界值后关系曲线呈现非线性;(4)布氏硬度随冻融循环次数的增加呈现先增加后降低的趋势,硫酸钠溶液对玄武岩纤维水泥基复合材料的冻融影响最大。试验表明,利用冲击球压法评价玄武岩纤维水泥基复合材料的冻融损伤是可行的。     

基于灰色理论的CBC单面冻融后抗压强度与孔结构参数关系研究

通过对水泥基材料(CBC)进行以NaCl溶液为冻融介质的单面冻融试验,探究CBC抗压强度及含气量、气泡间距系数、气泡比表面积、气泡平均弦长、气泡弦长大于20 μm的弦长频率等微观孔结构参数随冻融循环次数增加的变化规律,并运用灰色理论对抗压强度与各孔结构参数的内在联系进行分析。利用灰色相对关联度筛选出微观孔结构参数中与抗压强度关联最大的参数,对其进行了相关模拟和预测,并建立宏观性能与微观孔结构参数间的定量关系。结果表明:随冻融循环次数增加,CBC抗压强度逐渐降低,冻融循环后期下降速率加快; 试验过程中试件内部含气量、气泡间距系数、气泡平均弦长逐渐增大,而气泡比表面积逐渐减小; 灰色Verhulst模型相较于GM(1,1)模型更适用于气泡弦长大于20 μm的弦长频率的模拟; 采用灰靶决策模型定义的综合孔结构参数与抗压强度关联性更强,基于综合孔结构参数建立的模型精度更高。     

基于灰靶决策对BFCC力学性能及抗渗性能的评估

试验研究了不同纤维长度和不同应力比条件下BFCC抗压强度及抗渗性能的变化规律,运用灰色系统理论对BFCC的抗压强度、电通量与孔结构参数进行灰色关联分析,运用多目标加权灰靶决策模型对不同应力比下的BFCC综合性能进行评估.研究表明:随纤维长度增加,BFCC抗压强度先增加后降低,BFCC电通量值持续减小;相同应力比条件下,延长养护龄期,BFCC的抗压强度增加,电通量值减小;养护龄期相同时,增加应力比,BFCC电通量值先减小后增大,且在应力比为0.2时为最小,而其抗压强度则呈持续减小的趋势.根据灰色关联分析结果,采用气泡间距系数从微观角度表征抗压强度的变化,采用气泡比表面积表征电通量的变化,运用多目标加权灰靶决策模型定量评估不同应力比下BFCC的综合性能,随应力比不断增大,BFCC相对综合性能指标不断减小,且其综合性能不断劣化.     

基于微观孔结构特征的HPCC抗盐冻性能

为探究高性能水泥基复合材料(HPCC)抗冻性能,以天然河砂替代集料中的石英砂,替代率分别为0,25%,50%,75%,100%,设定水胶比为0.16~0.32,步距为0.04,在5%的Na2SO4溶液中进行冻融循环试验,测定了不同冻融循环次数的质量损失、动弹模量及孔隙结构参数,引入气泡分布分形维数分析了HPCC抗盐冻性能及微观孔隙结构变化对其影响规律。结果表明:水胶比为0.16时,各试验组完成500次冻融循环,相对动弹模量基本不变,未发生冻融破坏;随冻融循环次数的增加,各试验组质量并未损失,反而出现增加现象;不同水胶比的HPCC冻融前后气泡分布曲线变化规律基本相同,即气泡孔径均向大孔方向迁移;随着气泡分布分形维数的增大,HPCC抗冻耐久性大致呈线性上升趋势。     

基于正交理论的玄武岩纤维活性粉末混凝土配合比设计

通过正交试验进行活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC)的配合比设计,选取水胶比、砂胶比、水泥/粉煤灰、减水剂、玄武岩纤维掺量为因素,设定相应的水平.运用极差法分析了上述因素和相应水平对RPC拌合物工作性及其力学性能的影响.结果表明,在标准养护条件下,当水胶比为0.2、粉煤灰取代水泥量为30％、减水剂为胶凝材料的2％、玄武岩纤维掺量为5 kg/m3时,可以配制出28 d抗压强度、抗折强度分别超过95.1 MPa、13.4 MPa的高强度活性粉末混凝土.     

基于矩阵分析法的BFCC力学性能正交试验研究

采用正交试验方法,对玄武岩纤维水泥基复合材料(Basalt Fiber Cement Composites,BFCC)进行配合比设计。选取水胶比、砂胶比、玄武岩纤维掺量、粉煤灰/水泥替代率,天然砂替代率五个因素,每个因素设定四个水平,对BFCC的力学性能进行研究,利用矩阵分析法分析各因素对BFCC抗压、抗折强度的影响,并确定最优配合比。结果表明:对BFCC抗压强度的影响权重依次为:水胶比粉煤灰替代率天然砂替代率砂胶比玄武岩纤维掺量;对BFCC抗折强度的影响权重依次为:水胶比粉煤灰替代率天然砂替代率玄武岩纤维掺量砂胶比;BFCC优选配合比为:水胶比0.18,砂胶比1.2,玄武岩纤维掺量4 kg/m~3,粉煤灰替代率40%,天然砂替代率33%;采用天然砂替代部分石英砂,粉煤灰替代部分水泥,在一定范围内可有效提高BFCC的强度,具有良好的经济效益。     

基于灰熵法的FRCC力学性能及微观孔结构研究

通过试验研究了水胶比和玄武岩纤维掺量对FRCC力学性能的影响,并基于灰熵法分析了微观孔结构参数对FRCC抗压、抗折强度的影响规律。结果表明:随水胶比的增大,FRCC的抗压和抗折强度均呈现下降趋势,折压比则呈现先增加后减小的趋势;随着玄武岩纤维掺量的增大,FRCC的抗压、抗折强度以及折压比均呈现先增加后减小的趋势;孔结构参数对FRCC抗压、抗折强度的影响为:气泡比表面积影响显著,气泡平均弦长次之,含气量影响最小;随气泡比表面积的增大,FRCC的抗压和抗折强度均呈现增长趋势;随气泡平均弦长和含气量的增大,抗压和抗折强度均呈现下降趋势。     

单面冻融环境下CBC相对动弹性模量预测模型

为了解水泥基复合材料(cement-based composite, CBC)在复杂冻融环境下耐久性能的劣化规律,采用单面冻融试验来评价水泥基材料在水和硫酸钠溶液中的耐久性,分别测试了其宏观性能(剥落量、相对动弹性模量)和微观孔结构参数(含气量、气泡间距系数、气泡比表面积、气泡平均弦长)。运用灰色关联理论,计算孔结构参数和相对动弹性模量的关联度以评价其对宏观性能的影响并建立了基于孔结构参数的相对动弹性模量预测模型。     

纤维水泥基材料抗冻性与孔结构关系的变化规律

本文探究了冻融循环过程中纤维水泥基材料性能的变化规律与劣化机理。采用压汞法测量纤维水泥基材料在未经历冻融和经历300次冻融循环后,其孔隙特征参数(总孔体积、总孔隙率、最可几孔径、临界孔径和平均孔径)与体积百分比(无害孔、少害孔、有害孔和多害孔)。并运用灰色相对关联度将纤维水泥基材料在未经历冻融和经历300次冻融循环后的抗冻性指标与孔隙特征参数和体积百分比分别进行关联分析。研究表明,随着冻融循环次数的增加,纤维水泥基材料的质量损失率逐渐降低,即质量呈现增加趋势,抗压强度、动弹性模量和超声波波速均有不同程度的减小。其内部孔隙特征参数和体积百分比的变化规律可以解释抗冻性指标产生变化的微观原因。经历过冻融循环后,纤维水泥基材料的平均孔径和孔隙体积百分比与抗冻性指标的相对关联度有明显的提高。     

内蒙古中部隆盛庄古建筑青砖墙体冻害损伤研究

经分析,冻融是造成隆盛庄古建筑墙体产生病害的主要原因。为了进一步研究严寒环境对古建筑墙体损伤劣化的影响,通过对青砖试样进行冻融试验,分析冻融前后质量、抗压强度和表面硬度的变化规律;基于Weibull分布,分别建立了质量、抗压强度和硬度3个指标下的冻融损伤模型,并通过统一3个损伤模型的形状参数(m)值对模型进行了修正。结果表明:青砖材料的抗压强度、质量损失量和表面维氏硬度随冻融次数的增加呈指数型下降;相同冻融循环次数下,表面硬度的损伤程度远比质量和抗压强度的损伤程度大;建立的Weibull损伤模型与试验曲线具有较高的吻合度,修正后的冻融损伤模型可以较好地反映青砖在严寒环境下的损伤规律。