高温后混杂纤维混凝土力学性能

通过高温后抗压强度和劈裂抗拉强度试验研究了温度、纤维种类、单掺玄武岩纤维掺量、混掺玄武岩纤维(BF)及纤维素纤维(CF)对混凝土力学性能的影响。结果表明:单掺BF或CF均可提升高温后混凝土的抗压及劈裂抗拉强度,相同体积掺量时单掺BF提升效果优于CF。各温度下,随着BF体积掺量的增加,抗压强度与劈裂抗拉强度增加。试验中,单掺玄武岩纤维最佳体积掺量为0.20%,混凝土抗压强度增加率为13.1%~32.6%,劈裂抗拉强度增加率为28.0%~62.4%。各温度下适量混掺BF和CF可以提高混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度,二者具有正混杂效应,比单掺纤维增强效果好。混掺BF体积掺量为0.15%和CF体积掺量为0.10%的B2C1组试件抗压强度和劈裂抗拉强度最高,与普通混凝土相比,抗压强度增加率为14.8%~36.2%,劈裂抗拉强度增加率为31.6%~75.3%。引入协同效应系数分析了玄武岩纤维与纤维素纤维的正负混杂效应,并建立了高温后纤维混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度计算模型,可用于纤维混凝土结构设计及灾后性能评估。

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土冻融损伤试验研究

为研究混杂纤维对高性能混凝土抗冻性能的改善效果,对普通素混凝土、钢纤维混凝土、聚丙烯纤维混凝土和钢-聚丙烯混杂纤维混凝土开展快速冻融循环试验,对冻融作用下试样的各项强度指标进行了检测,并对其质量损失率及相对动弹性模量的变化规律进行了分析。研究结果表明:掺加纤维有利于改善高性能混凝土的抗冻性能,钢-聚丙烯混杂纤维混凝土的抗冻性能最好,经过200次冻融循环,其质量损失率,相对动弹性模量损失率和强度损失均最低;基于三次多项式建立的纤维混凝土冻融损伤模型比基于指数函数建立的纤维混凝土冻融损伤模型精确度更高,在描述纤维混凝土的冻融损伤程度上适用性较强。

GFRP筋混杂纤维混凝土隧道管片力学性能研究

为研究GFRP筋混杂纤维混凝土隧道管片的力学性能,进行了三个不同GFRP筋配筋率的钢-聚丙烯纤维混凝土管片静力受弯试验,获得了试件的破坏形态、承载力及裂缝扩展模式。考虑GFRP筋与混杂纤维混凝土的界面黏结,采用ABAQUS建立了GFRP筋混杂纤维混凝土管片的有限元模型,分析了不同混杂纤维掺量和配筋率对管片受弯承载力的影响。研究结果表明:GFRP筋混杂纤维混凝土管片的破坏主要是由跨中主裂缝贯穿和GFRP筋材断裂导致;在纤维体积掺量不变的情况下,提高纵向受拉GFRP筋的配筋率,可以有效提高管片的受弯承载力;在数值计算中,考虑GFRP筋与混杂纤维混凝土的界面黏结滑移的有限元模型能更准确地模拟试件的开裂荷载、极限荷载和弯曲刚度;在承载力不变的情况下,增加混杂纤维的体积分数能有效减少管片的配筋率,并且提高管片的抗变形能力;通过回归分析,提出了纤维掺量与配筋率关系的计算式,理论计算结果与数值结果符合较好。

混杂纤维混凝土在深井巷道支护应用关键技术研究

为了保障矿产资源开采活动的高质量开展,持续营造稳定安全的生产环境,技术团队针对深井巷道等关键区域,利用新技术、新工艺,增强结构承载力,防范突发事件。本文在分析混杂纤维混凝土基本属性的基础上,着眼深井巷道支护施工要求,整合技术资源、管理资源,完善支护施工流程,创新支护施工路径。

装配式混杂纤维混凝土桥墩防撞性能数值模拟

为分析装配式混杂纤维混凝土桥墩在车辆碰撞作用下的动力行为和防撞性能,在ABAQUS中建立车辆-桥墩模型。采用修正的混凝土损伤塑性模型考虑纤维对混凝土力学性能的影响。基于显示动力学分析方法,模拟了装配式桥墩在车辆撞击作用下动力响应。对比分析了混杂纤维混凝土和普通钢筋混凝土桥墩在变形、材料损伤、预应力变化等方面的差异性。结果表明与普通混凝土桥墩相比,纤维混凝土桥墩在车辆碰撞下整体位移和残余变形、碰撞点材料损伤程度和预应力筋应力变化幅度均较小,具有更好的抗冲击性能和整体稳定性。

碳纤维混杂纤维混凝土抗冲击性能研究

对比美国混凝土学会的混凝土落锤冲击试验装置,自行设计了混凝土落锤弯曲冲击试验装置,进行了不同几何尺寸及弹性模量的碳纤维、钢纤维和聚丙烯纤维混凝土的抗冲击力学性能试验研究。分析比较了不同纤维几何尺寸和弹性模量、种类和掺量对混杂纤维混凝土抗冲击性能的影响和增强机理。通过定义混杂效应系数,可定量评价混凝土抗冲击力学性能的正混杂效应。研究表明:纤维可以明显提高混凝土的抗冲击强度,其中碳纤维混杂纤维混凝土的提高幅度更为显著。

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土轴心受拉应力-应变关系研究

考虑纤维种类、长径比、体积掺量3个主要因素,设计制作34组纤维混凝土试件,通过轴心抗拉试验,研究钢-聚丙烯混杂纤维混凝土轴心抗拉应力-应变关系。结果表明,钢-聚丙烯混杂纤维混凝土在受拉破坏时,呈现明显的塑性破坏特征;与相同配合比的基体混凝土相比,随钢纤维和聚丙烯纤维特征值的提高,混杂纤维混凝土轴心受拉应力-应变全曲线特征点的应力、应变均有显著提升。基于试验结果,分析纤维特征值对特征点应力、应变的影响,提出关于纤维掺量和长径比的钢-聚丙烯混杂纤维混凝土轴心抗拉应力-应变关系曲线方程,包括特征点应力、应变的计算公式,可供工程设计参考。

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土柱抗震性能试验研究

考虑纤维种类、轴压比、剪跨比、配筋率等因素,设计制作22根钢-聚丙烯混杂纤维混凝土框架柱试件,通过低周反复荷载试验研究柱的抗震性能。基于实测的荷载-位移滞回曲线、骨架曲线及破坏形态,探讨纤维种类等因素对试件耗能能力和延性的影响规律,建立钢-聚丙烯混杂纤维混凝土柱位移延性系数计算公式。结果表明,钢-聚丙烯混杂纤维在增强柱耗能能力方面优于钢纤维或聚丙烯纤维,并随轴压比的增大,其发挥作用越明显;剪跨比、纵筋配筋率和配箍率对混杂纤维混凝土柱耗能能力和延性的影响与普通混凝土柱类似,随其增大而提高。

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土与变形钢筋黏结性能试验研究

通过51个钢-聚丙烯混杂纤维混凝土试件的中心拉拔试验,研究钢-聚丙烯混杂纤维混凝土与变形钢筋的黏结性能,分析钢纤维体积率、钢纤维长径比、聚丙烯纤维体积率和混凝土强度对黏结性能的影响,建立黏结本构关系。结果表明:对极限黏结强度的影响排序为,混凝土强度最大,钢纤维的体积率和长径比次之,聚丙烯纤维体积率最小;随着钢纤维体积率、钢纤维长径比和混凝土强度的增大,极限黏结强度分别提高18.4%、17.4%和50.5%,峰值滑移分别提高39%、38%和31%,聚丙烯纤维体积率的变化对极限黏结强度和峰值滑移没有明显影响;与钢纤维混凝土、聚丙烯纤维混凝土和普通混凝土相比,极限黏结强度相应提高5.3%、21.3%和18.2%,峰值滑移相应提高2.8%、36%和90%。提出黏结应力-滑移全曲线的数学表达式,可为钢-聚丙烯混杂纤维混凝土的工程应用和《纤维混凝土结构技术规程》的修订提供参考。

玄武岩-聚丙烯混杂纤维混凝土抗冻性试验

为研究混杂纤维混凝土抗冻性能,采用慢冻法对纤维掺加量为0.3%、0.6%、0.9%和1.2%的玄武岩纤维混凝土、聚丙烯纤维混凝土以及混杂质量比分别为1:1、1:2、2:1的玄武岩-聚丙烯混杂纤维混凝土进行50次、100次、150次冻融循环试验.通过分析其强度和质量损失率,得到各种纤维混凝土50次、100次、150次冻融循环条件下的强度和质量损失的规律,并找到了各种冻融条件下对强度损失和质量损失改善最佳的纤维掺量.研究表明,加入纤维增强了基体混凝土抗冻性;混杂纤维系列纤维对混凝土抗冻性能的改善优于单掺纤维系列.

玄武岩-聚丙烯混杂纤维混凝土抗水渗透试验

采用渗水高度法对纤维掺加量为0.3%、0.6%、0.9%和1.2%的玄武岩纤维混凝土、聚丙烯纤维混凝土以及混杂比分别为1∶1、1∶2、2∶1的玄武岩-聚丙烯混杂纤维混凝土进行28d龄期的抗水渗透性能试验.得到各系列混凝土的渗水高度变化规律.结果表明:玄武岩纤维系列对混凝土基体抗渗性有较小的提高;聚丙烯纤维系列对基体混凝土抗渗性有很大提高;1∶1混杂纤维系列在小掺量时与聚丙烯纤维系列相差不大,但随掺量的增大,对基体的抗水渗透性能有降低作用;1∶2混杂纤维系列对基体的抗水渗透能力在掺量0.6%左右提高了21%;2∶1混杂纤维系列在掺量0.3%时,对基体混凝土的抗水渗透性能提高了25%.通过分析试验数据,阐述玄武岩纤维和聚丙烯纤维改善混凝土抗渗性能的机理,以及发生混杂效应的原因.

混杂效应对混杂纤维混凝土力学性能的影响

讨论了玄武岩纤维与聚丙烯纤维的"纤维混杂效应"对混凝土基体力学性能的影响。结果表明,玄武岩-聚丙烯混杂纤维混凝土(B-P HFRC)的劈裂抗拉强度和抗折强度明显高于玄武岩纤维混凝土(B FRC)和聚丙烯纤维混凝土(P FRC)。提出了"纤维混杂效应函数"的概念,利用MATLAB数据拟合的方法求得了玄武岩-聚丙烯纤维混杂效应函数,对其求极值获得了玄武岩-聚丙烯混杂纤维对混凝土力学性能改善最佳的体积掺加率。

混杂纤维混凝土抗压试验研究

对基体强度为C50,钢纤维、聚丙烯纤维体积率分别为1%～3%、0.11%的混杂纤维混凝土(HFRC)进行了抗压试验,结果表明:HFRC的应力-应变曲线上升段、抗压强度、弹性模量和泊松比均与钢纤维混凝土(SFRC)相近,但应力-应变曲线下降段的平缓程度和韧度指数则较大程度大于SFRC,体现出优异的韧性.

混杂纤维混凝土疲劳性能试验研究

对素混凝土(C)和钢-聚丙烯混杂纤维混凝土(HFRC)两种材料进行了弯曲疲劳试验,同时在试件底部粘贴应变片,通过应变动态采集仪采集试件的应变值。将两种材料的疲劳试验结果进行对比,并分析在不同应力水平时循环荷载作用下的应变-疲劳寿命曲线,研究HFRC新材料的耐疲劳性能。通过回归分析进行材料的疲劳寿命威布尔(Weibull)分布拟合检验,建立工程中常用的双对数形式的疲劳方程。为HFRC在工程中的应用提供理论依据。

玄武岩-聚丙烯混杂纤维混凝土弯曲韧性能试验研究

通过对单掺和3种不同混杂比例混掺的方式,以体积掺加率0.3%、0.6%、0.9%、1.2%将玄武岩、聚丙烯纤维掺入普通C30混凝土中形成混杂纤维混凝土。对其弯曲性能进行试验研究。结果表明:混凝土中掺入纤维后,对基体混凝土弯曲性能有极大改善作用;1∶2混杂纤维呈"正混杂效应",在掺加量为0.3%时,对基体混凝土弯曲韧性指数提高最为显著。2∶1混杂纤维出现"负混杂效应",对基体混凝土的韧性有降低作用。

纤维组合对混杂纤维混凝土弯曲性能的影响

针对混凝土多相多组分的特点,采用纤维混杂技术手段对混凝土进行增强,通过混凝土梁四点弯曲试验分析了4种纤维组合对混凝土弯曲性能的影响。研究结果表明,混杂纤维对混凝土抗压强度的影响不大,而明显增大抗弯拉强度和极限挠度,两者最大值分别达10.5 MPa和3.0 mm;荷载—挠度曲线具备了变形硬化特性,部分试件还出现了多缝开裂现象,韧性指数I30约为理性弹塑性材料的1.7倍。混杂纤维的增韧机理,一方面不同纤维组合将有不同纤维破坏模式,其中纤维拨出破坏模式有利于纤维增韧,另一方面多尺度混杂可以从不同层次对混凝土开裂进行约束,最终提高混凝土的韧性。

混杂纤维混凝土冲击压缩性能SHPB试验研究

采用准74 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)装置,分别对钢-聚丙烯混杂纤维混凝土及钢纤维混凝土材料进行了冲击压缩性能试验,得到了4个不同应变率下的应力-应变曲线。根据试验结果,从破坏强度、峰值应变等方面分析了混杂纤维混凝土的应变率效应,并比较了相同钢纤维掺量下,混杂纤维混凝土与钢纤维混凝土的动态抗压性能。试验表明混杂纤维混凝土具有明显的应变率效应,其动态抗压性能优于同掺量的钢纤维混凝土。

混杂纤维混凝土在地铁管片中的应用

从技术和经济角度分析了混杂纤维混凝土管片取代传统管片的必要性和可行性,介绍了国内外混杂纤维混凝土管片的工程应用情况,并从设计计算、施工控制、经济效益等方面提出了混杂纤维混凝土管片存在的问题及解决方法。

玄武岩-聚丙烯混杂纤维混凝土硫酸盐腐蚀试验研究

通过对单掺和三种不同混杂比例混掺的方式,以体积掺加率0.3%、0.6%、0.9%、1.2%将玄武岩、聚丙烯纤维掺入普通C30混凝土中形成混杂纤维混凝土,对其进行7d、14d、28d龄期的抗硫酸盐腐蚀性能试验研究。结果表明,对基体混凝土在龄期为7d的抗压强度耐蚀系数提高最为显著的是单掺纤维系列与1:1、1:2混杂纤维系列纤维混凝土。各系列纤维对基体混凝土14d耐蚀系数提高的最佳纤维掺加率在0.3%附近;单掺聚丙烯纤维系列、单掺玄武岩纤维系列对基体28d耐蚀系数提高的最佳纤维掺加率分别在0.3%、0.9%附近。总体上混杂纤维系列纤维混凝土的抗硫酸静泡腐蚀能力优于单掺纤维系列纤维混凝土。

混杂纤维混凝土动态压缩性能试验及数值模拟研究

为了研究钢-聚丙烯混杂纤维混凝土(HFRC)的动态压缩性能及损伤机理,采用分离式霍普金森压杆(SHPB)装置进行了冲击压缩性能试验。试验得到了设计强度为CF50的HFRC和钢纤维混凝土(SFRC)两种材料在四个不同应变率下的应力-应变曲线,并从破坏应力、峰值应变、峰值韧度等方面进行分析,结果表明HFRC的动态力学性能优于SFRC。采用ANSYSLS-DYNA有限元程序,选用HJC本构模型模拟HFRC动态冲击压缩性能,在验证数值模拟精度的基础上重构材料的应力-应变曲线,数值模拟结果与试验结果基本吻合。通过模拟试件的破坏过程,得到了HFRC在动态冲击荷载作用下的损伤演化方式,为材料的动态损伤机理研究提供理论依据。