聚丙烯纤维混凝土力学性能试验

为了探究不同类型、不同掺量的聚丙烯纤维对混凝土力学性能的作用效果,在混凝土材料中加入3种不同类型的聚丙烯纤维(波浪型聚丙烯纤维、压花型聚丙烯纤维、单丝型聚丙烯纤维),并分别使用不同掺量(0、0.08%、0.11%、0.14%、0.17%、0.20%)作为水平变量,对聚丙烯纤维试块进行抗压强度试验、劈裂抗拉强度试验、轴心抗压强度试验.研究发现:波浪型聚丙烯纤维掺量为0.17%时,混凝土抗压强度最佳;单丝型聚丙烯纤维掺量为0.20%时,混凝土的劈裂抗拉强度最佳;单丝型聚丙烯纤维掺量为0.17%时,对于混凝土的抗折强度有较好作用效果.

水性环氧树脂-聚丙烯纤维改性水泥基快速修补砂浆性能研究

为改善机场道面修补砂浆脆性大和粘结性能差等问题,本文利用水性环氧树脂(WER)、聚丙烯(PP)纤维和硫铝酸盐水泥(SAC)制备出一种快速修补砂浆,并对其工作性能、力学性能、阻尼性能和耐硫酸盐腐蚀性能进行研究。结果表明,PP纤维和WER可显著提高快速修补砂浆韧性和粘结性能,使得快速修补砂浆2 h抗压、抗折强度和粘结强度分别达到22.3,5.1和3.7MPa,满足民用机场规范要求,同时可改善快速修补砂浆的阻尼性能和抗硫酸盐侵蚀性能。

细聚丙烯纤维混凝土介观离散力学模型及其Ⅰ型断裂强度负效应机理

细聚丙烯(PP,直径小于100μm)纤维混凝土Ⅰ型断裂强度随纤维含量增加呈现先增后减的变化规律,其机理尚不明晰。而且由于纤维数量过多,现有数值方法无法精细刻画细纤维混凝土力学行为。对此通过考虑细PP纤维亲水性提升基体局部水灰比的强度正效应和纤维桥接力强度贡献低于砂浆的强度负效应,并引入纤维直径等效系数(rf),实现介观尺度细聚丙烯纤维混凝土(PFRC)力学行为模拟。研究表明:纤维直径等效系数(rf)建议小于10;当纤维微量添加时,细PP纤维提升基体局部水灰比,使基体强度上升,此时正效应高于负效应;随着纤维含量增加,由于纤维桥接力贡献无法补偿相应面积基体强度,负效应持续增长,PFRC宏观Ⅰ型断裂强度下降。

多尺度聚丙烯纤维混凝土弯曲疲劳寿命试验及数值模拟

为研究多尺度聚丙烯纤维混凝土的弯曲疲劳性能,开展基准混凝土、聚丙烯粗纤维混凝土及多尺度聚丙烯纤维混凝土的静载试验及不同应力水平(0.75、0.80、0.85)下的弯曲疲劳试验,建立弯曲疲劳寿命方程,并结合ABAQUS与FE-SAFE软件建立纤维混凝土梁的三点弯曲疲劳有限元模型。结果表明:聚丙烯纤维的掺入,尤其是多尺度聚丙烯纤维混掺显著增强了混凝土基体的抗折、抗疲劳性能。双对数lgS-lgN疲劳方程能够较好地描述多尺度聚丙烯纤维混凝土的应力水平与疲劳寿命的相关性,使用lgS-lgN疲劳方程计算得到200万次循环荷载作用下多尺度聚丙烯纤维混凝土的疲劳强度最高,为3.91 MPa。三组试件疲劳寿命的数值模型预测值均介于实测疲劳寿命的最大值与最小值之间,并接近于疲劳寿命平均值,该模型为多尺度聚丙烯纤维混凝土的疲劳寿命预测提供了理论依据。

聚丙烯纤维增强珊瑚混凝土韧性试验研究

采用聚丙烯纤维(PPF)对珊瑚混凝土进行增韧和降脆处理.结果表明:适当增加PPF的掺量或长度能在一定程度上提升珊瑚混凝土的抗弯强度与抗拉强度;当PPF长度过长或掺量过大时,PPF卷曲或聚团会引起珊瑚混凝土的局部缺陷,降低增韧效果;PPF增强珊瑚混凝土的拉伸应力-应变曲线符合三线性本构模型,极限拉应变提升了52%~333%,延性指数高达10.89;尽管PPF能显著提升珊瑚混凝土的韧性,但也可能导致其密实度和抗压强度有所降低,建议在实际应用中精确控制PPF的掺量和长度,以确保珊瑚混凝土既能获得所需的韧性,又能保持适当的密实度和抗压强度.

聚丙烯纤维增强橡胶砂固结不排水剪切试验

鉴于橡胶砂作为回填材料时承载力低和变形量大的问题,采用加入聚丙烯纤维(PPF)的方法提高橡胶砂的力学性能,提出了聚丙烯纤维增强橡胶砂的半干拌式制备方法,通过48组聚丙烯纤维增强橡胶砂、普通橡胶砂和纯砂试样的固结不排水剪切试验,探究了聚丙烯纤维掺量和橡胶掺量等参数对聚丙烯纤维增强橡胶砂主要力学变形特征参数的影响.结果表明:聚丙烯纤维对橡胶砂弹性模量的影响较小;聚丙烯纤维增强橡胶砂具有先剪缩后剪胀破坏的特征,其偏应力与轴向应变关系为应变硬化型;聚丙烯纤维可有效提高橡胶砂的内摩擦角和黏聚力;聚丙烯纤维增强橡胶砂破坏偏应力的提升效果十分显著,最高可提高3倍.

聚丙烯纤维磷石膏胶结体早期力学强度特性及增韧机理研究

在传统水泥基复合材料的研究领域,纤维增强了材料的强度、韧性、延展性和抗裂性。为了提高磷石膏胶结体的早期强度,掺入聚丙烯纤维作为增强剂,开展了掺纤维磷石膏胶结体制备试验以及单轴抗压强度试验,分析了纤维对磷石膏胶结体破坏规律的影响,并通过SEM探究了纤维对磷石膏胶结体的增韧机理。研究结果表明:随纤维掺量增加磷石膏胶结体单轴抗压强度呈先增加后降低的趋势,且纤维最优掺量为1%;掺入纤维的磷石膏胶结体能延缓峰值抗压强度达到时间且破坏时的峰值应力更大,未掺入纤维的磷石膏胶结体在荷载超过应力峰值后快速失稳,掺入聚丙烯纤维的磷石膏胶结体则呈缓慢降低趋势;随着纤维的掺入,磷石膏胶结体的裂纹数量逐渐减少,且裂而不断,磷石膏胶结体的延性变形明显;微观下聚丙烯纤维表面附着有絮团状水化产物,且在磷石膏胶结体固结过程中相互缠结形成稳定的网状结构。研究成果可为磷石膏基复合材料在固废胶结充填现场的应用提供一定参考。

轴压下含裂隙聚丙烯纤维混凝土裂纹扩展及损伤演化研究

为研究聚丙烯纤维(PPF)掺量和预制裂隙角度对混凝土在受压作用下的裂纹扩展、破坏形式的影响,对含不同裂隙角度的素混凝土和聚丙烯纤维混凝土(PFRC)进行了单轴压缩试验,并采用声发射(AE)监测系统对其内部损伤过程进行了采集,分析了试件破坏形态和AE定位图,探究了PPF掺量、预制裂隙角度与应力-应变曲线、AE参数等指标之间的联系。研究表明,随着PPF掺量增加,试件产生裂纹的数量和扩展范围先减小后增大,峰值应力先增大后减小,其破坏形式由拉伸破坏转变为拉剪或剪切破坏,其中PPF的作用机理表现为当其掺量适宜的情况下可在基体内部起到较好的桥接作用,而当过量时则易成团出现,导致内部薄弱面增加,表明PPF对混凝土的增强效果存在正负两种影响;随着预制裂隙角度增大,峰值应力呈先下降后上升的趋势,其中倾斜非水平角度预制裂隙与高掺量PPF之间存在一定的协同效应,并发现几类对试件抗压强度和PPF掺量变化表现敏感的预制裂隙角度;最后分析AE数据发现PPF的掺入使AE定位图的定位点数量变多、分布变杂,AE信号从开始出现至到达峰值的活跃时间随PPF掺量增加而延长,表明PPF对混凝土起到了阻裂增韧的效果。

圆钢管聚丙烯纤维橡胶混凝土柱抗震性能研究

对圆钢管聚丙烯纤维橡胶混凝土柱的抗震性能进行了试验研究,设计并制作了6根圆钢管混凝土柱进行低周往复荷载试验,探讨了橡胶粉掺量、长细比、轴压比和含钢率对试件破坏形态和抗震性能的影响。结果表明,圆钢管聚丙烯纤维橡胶混凝土柱在低周反复荷载试验中的破坏形态与普通钢管混凝土柱相似,先是钢管在柱根部形成鼓曲,后被拉裂。橡胶粉的掺入会降低试件的承载能力,但提高了试件的耗能能力和延性性能。较大的轴压比会使圆钢管聚丙烯纤维橡胶混凝土柱提前破坏,其中,长细比对于试件的抗震性能有较大影响。

聚丙烯纤维橡胶混凝土的力学及抗冻性能研究

研究了聚丙烯纤维的体积掺量(0.45%、0.90%、1.35%、1.80%、2.25%、3.41%、4.51%)对橡胶混凝土力学及抗冻性能的影响,并建立了冻融损伤劣化模型来预测橡胶混凝土的冻融损伤劣化规律。结果表明:掺入适量聚丙烯纤维可以有效提高橡胶混凝土的力学及抗冻性能,当聚丙烯纤维掺量在1.80%~2.25%范围内时,试件的力学及抗冻性能均较好;建立的冻融损伤劣化模型的拟合系数R2均大于0.992,拟合精度较高,可为聚丙烯纤维橡胶混凝土在寒冷地区工程中的应用提供理论依据。

聚丙烯纤维增强再生混凝土性能试验研究

为探究再生混凝土的力学性能和收缩性能与聚丙烯纤维用量之间党的关联性,本研究选择再生粗骨料取代率为0%、30%和50%,以及聚丙烯纤维掺量为0%和1%,分别制备再生混凝土试件,测试其力学性能和收缩性能,并进行对比分析。试验结果表明,无论是否掺加聚丙烯纤维,再生混凝土的抗折强度和抗压强度均随着再生粗骨料用量的提升而降低,而收缩率和吸收率则随之增加;同时,无论是否掺加聚丙烯纤维,随着养护龄期的延长,再生混凝土的收缩率和抗压强度均有所提升;掺入适量的聚丙烯纤维后,再生混凝土的收缩性能和力学性能得到了显著改善。

聚丙烯纤维改性超细水泥复合注浆材料性能研究

为获得高性能矿用水泥基注浆材料,拓展短切纤维在全长锚固领域的应用,以超细硅酸盐水泥为胶凝材料,速凝剂、膨胀剂、聚羧酸减水剂作外加剂,基于单因素试验,探究聚丙烯纤维(PPF)掺量对水泥注浆材料的力学性能、可注性、泌水性、凝结时间、体积收缩性及微观结构的影响规律,并筛选PP改性超细水泥浆液作锚固剂,研究相似实验拉拔条件下全长锚固系统的力学承载性能与声发射特征。结果表明:PPF掺量对超细水泥注浆材料的浆液特性与力学性能具有显著影响,可明显改善超细水泥注浆材料的抗压性能,缩短终凝时间,减小流动度,尤其抗折强度与PPF掺量呈正相关关系。当PPF掺量0.1%时,复合注浆材料S1的综合性能最佳,硬化结石体3 d和28 d抗压强度为60.1 MPa和83.7 MPa,比未添加PPF的参照组S0提高23.4%和23.2%;XRD、SEM及FTIR微观表征证实,适宜PPF不仅能促进水化反应,而且可改善结石体内部裂隙,发挥桥连作用并传递应力,延缓裂纹扩展;拉拔试验表明,基于该复合注浆材料的全长锚固体系力学性能、残余承载能力和最大变形量显著增强,最高拉拔强度是参照组S0的1.356倍,推迟了声发射事件的发生,提升巷道围岩稳定性,为类似全长锚固提供借鉴。

聚丙烯纤维加固膨胀土边坡稳定性分析

为提高膨胀土边坡稳定性,改善膨胀土力学性能,使用聚丙烯纤维对膨胀土进行改性。通过直剪试验计算出不同围压、不同聚丙烯纤维掺量改性膨胀土边坡的抗剪强度变化规律,并应用Geostudio软件中的极限平衡法对不同聚丙烯纤维掺量的膨胀土边坡进行分析。研究发现,聚丙烯纤维含量在一定范围内可有效提高膨胀土边坡抗剪强度,掺量0.14%的纤维土在直剪试验中表现出较好的抗剪性能,Geostudio极限平衡法分析结果显示,0.14%纤维土边坡稳定系数为2.431,较素膨胀土边坡稳定性系数提高0.591。建议采用掺量0.14%的纤维土加固膨胀土边坡。

冲击荷载作用下改性聚丙烯纤维高强珊瑚混凝土的动力特性

利用100 mm分离式霍普金森压杆装置对改性聚丙烯纤维高强珊瑚混凝土进行冲击压缩试验,分析了三种不同纤维掺量的改性聚丙烯纤维高强珊瑚混凝土试样的动态压缩强度、变形特性及吸能性能。结果表明:不同纤维掺量的改性聚丙烯纤维高强珊瑚混凝土的动态抗压强度、破碎状态、韧性指数等均具有明显的应变率效应。随着纤维掺量的增加,改性聚丙烯纤维高强珊瑚混凝土的破坏程度逐渐减轻,峰值应变增大,韧性指数逐渐增大,能量吸收也呈现上升趋势。改性聚丙烯纤维的掺入能够有效增强增韧并降低珊瑚混凝土的脆性破坏特征。

聚丙烯纤维混凝土抗冻性能研究

为提高混凝土在冻融环境下的耐久性,研究0.9 kg/m^(3)聚丙烯纤维掺量下混凝土等级和冻融循环次数两种因素对混凝土抗压强度和质量损失的影响。将C40、C50素混凝土和同等级聚丙烯纤维混凝土进行50、100、150、200次冻融循环试验。使用origin软件进行试验数据分析,并对建立抗压强度损伤模型。结果表明:冻融0次时,添加聚丙烯纤维对C40、C50素混凝土的抗压强度分别提高了4.2%和3.8%,随着冻融次数达200次时,聚丙烯纤维的加入使混凝土抗压强度损失率减小了7.9%和5.5%,说明聚丙烯纤维混凝土抗冻性优于普通混凝土。在试验数据的基础上,理论分析了不同配合比聚丙烯纤维混凝土冻融循环后抗压强度损伤规律,建立了混凝土冻融破坏后的力学性能损伤规律模型。

聚丙烯纤维对刚玉-六铝酸钙浇注料抗热震性能的影响

为改善刚玉-六铝酸钙浇注料的性能,以刚玉、六铝酸钙(CA_(6))、活性α-Al_(2)O_(3)微粉为主要原料,在1550℃保温4 h,制备了水合氧化铝结合的刚玉-CA_(6)浇注料,研究了不同聚丙烯纤维加入量(外加质量分数分别为0、0.04%、0.08%、0.12%和0.16%)对刚玉-CA_(6)浇注料性能尤其是抗热震性的影响。结果表明:1)聚丙烯纤维的加入可使试样平均线膨胀系数减小,但会导致试样强度和体积密度有所降低,进而导致弹性模量减小;2)适量聚丙烯纤维的加入可改善试样抗热震性,但过量的聚丙烯纤维会导致材料内部结构疏松、致密度减小,试样抗热震性反而有所降低;3)聚丙烯纤维加入量为0.08%(w)时,常温抗折强度保持率最高,为53.5%,表现出最佳的抗热震性能。

浸水环境下石灰-聚丙烯纤维改良盐渍土的强度特性与水稳定性研究

为了探究浸水环境下石灰-聚丙烯纤维改良盐渍土的强度特性与水稳定性,通过室内试验对不同浸水天数下改良土的抗压强度与体积膨胀率进行研究并采用响应曲面法对土体改良工艺进行优化。结果表明,在浸水环境下,石灰与纤维可以有效提升改良土的抗压强度与水稳定性,最优石灰掺量与最优纤维掺量分别为8%、0.4%。通过控制土体中的含盐量以及盐分中Na_(2)SO_(4)所占比例也可使改良土的抗压强度与水稳定性得到有效提升,最优含盐量以及Na_(2)SO_(4)的最优占比分别为1%、25%。随着浸水天数的增加,改良土的抗压强度呈现出先大幅度降低后缓慢增加的趋势,而体积膨胀率则呈现出逐渐增大后趋于平缓的趋势。经过响应曲面优化后得出改良土的最大抗压强度为602.542 k Pa,与其相对应的最佳试验变量组合为:石灰掺量7.41%、纤维掺量0.38%、含盐量1.27%、盐分中Na_(2)SO_(4)所占比例24.91%;最小体积膨胀率为0.288%,与其相对应的最佳试验变量组合为:石灰掺量6.53%、纤维掺量0.38%、含盐量1.21%、盐分中Na_(2)SO_(4)所占比例29.92%。研究成果可为盐渍土地区的工程建设提供理论依据与参数支持,并且达到对盐渍土资源化利用的目的。

聚丙烯纤维加筋黄土边坡防护原位测试及改进策略

为了给加筋黄土边坡防护技术的大面积推广提供理论依据和参考,对聚丙烯纤维加筋黄土防护边坡的土壤含水率及边坡形态进行了持续6个月的原位测试,结果表明:聚丙烯纤维加筋黄土具有良好的边坡防护效果,加筋黄土防护边坡土壤含水率总体趋于稳定,不同土层土壤含水率平均变异系数比原状边坡降低10.89%,这得益于加筋黄土防护层形态总体维持完整,能够长期抵抗降雨、干湿循环、冻融循环等不利外部环境的持续影响;然而,聚丙烯纤维加筋黄土防护边坡上植被生长缓慢,且防护层与原状土体易分异脱离。提出了对加筋黄土进行保水改良、采用快速植生的多功能层设计和可操作性强的材料物理防脱技术等加筋黄土防护边坡的改进策略。

聚丙烯纤维加筋增强钢渣混合土性能的研究

为进一步改善钢渣混合土的综合性能,在钢渣混合土中掺入韧性良好的聚丙烯纤维,制备纤维加筋钢渣混合土,研究纤维长度、掺量对钢渣混合土无侧限抗压强度、干缩、抗冻等性能的影响,并采用扫描电镜表征分析加筋对受冻试件微观形貌的影响,探讨加筋纤维增强钢渣混合土综合性能的机理。结果表明:纤维加筋能有效改善钢渣混合土的抗压、干缩及抗冻性能,加筋纤维长度12 mm、掺量0.25%时综合性能相对最优,加筋试件延性变好,抗压强度提升达16.74%;失水量有所增大,但干缩系数减小达37.51%;受冻后质量损失率下降、残余强度比提升达6.33%。此时的试件微观形貌相对完整,故表现出更好的抗干缩和抗冻性能,聚丙烯纤维与基体间有效黏结提供的界面摩擦力及其在基体内形成的立体网状结构是钢渣混合土性能增强的重要基础。

老化条件下聚丙烯纤维改性乳化沥青及其微表处混合料性能分析

为探究老化条件下聚丙烯(polypropylene,PP)纤维改性乳化沥青及其微表处混合料的性能,以丁苯橡胶(SBR)改性乳化沥青为黏结剂,PP纤维为改性剂,对不同老化条件下改性乳化沥青结合料蒸发残留物的流变性能展开研究,通过湿轮磨耗试验、车辙变形试验和低温劈裂试验探究5 d和12 d老化条件对微表处混合料路用性能的影响.研究结果表明:老化条件下改性乳化沥青结合料蒸发残留物的车辙因子和应力敏感性均随老化时间延长而增大,其高温抗车辙能力提升,而承受荷载变化下的弹性恢复能力下降.在2.5%应变幅值时,相较于未改性的乳化沥青,老化后PP纤维改性乳化沥青结合料蒸发残留物的疲劳寿命提高,抵抗疲劳损伤的能力提升明显.在0.2%PP纤维掺量下老化后微表处混合料的黏聚力提升11%,1 h及6 d湿轮磨耗值分别降低32%及25%,轮辙变形率降低46%,低温劈裂抗拉强度提升16%,微表处混合料路用性能得到提升.