低温下玄武岩纤维混凝土劈拉强度尺寸效应试验

为研究极端低温作用下结构尺寸和纤维体积分数对玄武岩纤维混凝土劈拉强度的定量影响规律和作用机制,设计了4种尺寸(边长分别为70、100、150和200 mm)、4种纤维体积分数(分数范围0%~0.5%)的玄武岩纤维混凝土立方体试块在常温和低温下(温度范围20~-90℃)进行了静态劈拉破坏试验。试验结果表明:不同类型混凝土的劈拉强度均随温度降低而线性增大(最大增幅接近130%),呈现出显著的低温增强效应;玄武岩纤维的掺入能略微强化混凝土劈拉强度的低温增强效应。不同纤维体积分数玄武岩纤维混凝土的劈拉强度均呈现出一定的纤维增强效应,并且随体积分数增加而增强;极端低温作用下玄武岩纤维的主导破坏模式由拔出破坏转变为拉断破坏,导致纤维增强效应随温度下降而变强。劈拉强度的尺寸效应随温度下降而更明显,但玄武岩纤维的掺入能减弱尺寸效应(最大削弱程度达25.8%)。本文研究能为玄武岩纤维混凝土材料在极端低温环境下的大规模工程结构应用提供有效参考。

冻融环境下玄武岩纤维增强泡沫混凝土的单轴压缩特性

为了研究密度、纤维掺量及冻融循环对玄武岩纤维增强泡沫混凝土单轴压缩特性的影响,借助X-CT技术以及Avizo软件对试件的孔隙构造进行了研究,对不同冻融环境下的多种密度等级(800和1000kg/m3)及纤维体积掺量(0%、0.15%、0.30%、0.45%)的玄武岩纤维增强泡沫混凝土进行了单轴压缩试验,分析了不同影响因素下玄武岩纤维增强泡沫混凝土的单轴压缩特性,对各因素与抗压强度的关系进行了灰关联度分析,并使用机器学习算法模型对抗压强度进行预测.结果表明:掺入玄武岩纤维能有效提高泡沫混凝土抵抗冻融的能力,体积掺入0.15%、0.30%、0.45%的试件冻融80次后强度损失率分别为75.2%、46.2%、37.8%.密度等级与抗压强度关联度最大,灰关联度为0.799;其次是纤维掺量,关联系数为0.723;灰狼算法优化下的长短期记忆网络模型对玄武岩纤维增强泡沫混凝土抗压强度的预测性能良好.

玄武岩纤维复合材料波纹板力学性能及其套衬结构性能分析

为了解玄武岩纤维复合材料(BFRP)波纹板各向异性对波纹板套衬性能的影响,开展了BFRP波纹板的多轴向拉伸、弯曲和剪切性能试验研究,并通过有限元模型模拟分析了波纹板波高、波距、壁厚、材料等参数对波纹板套衬在正常使用状态和极端情况下挠度、应力峰值的影响。结果表明:纤维方向对BFRP波纹板的拉伸、弯曲和剪切强度和模量有显著影响,垂直纤维方向的弯曲强度比平行纤维方向的弯曲强度低90%以上,最大变形降低68%;在挠度相近的条件下BFRP波纹板套衬比波纹钢板套衬质量减轻40%~60%,结构安全系数提高1.7~1.9倍,结构的弹性变形能力大大提升。

玄武岩纤维增强材料对建筑抗震性能的影响

探讨了玄武岩纤维增强材料对建筑抗震性能的影响,特别关注了纤维质量分数如何系统地改变混凝土的结构性能。研究结果显示,混凝土的抗压强度和抗拉强度随着玄武岩纤维质量分数的增加呈现出先上升后下降的趋势,抗压强度在玄武岩纤维质量分数为1.0%时达到最大,抗拉强度在质量分数为1.5%时达到最高,此时7d和28d的抗拉强度分别为5MPa和6.5MPa。阻尼比分析表明,随着玄武岩纤维质量分数从0增至2.5%,阻尼比上升至最大值0.045。振动台测试进一步证实,抗震性能评分在玄武岩纤维质量分数为1.0%时达到峰值8.4,但超过此质量分数后,评分逐渐下降并趋向平稳。

预制裂隙玄武岩纤维混凝土三轴力学性能试验研究

采用三轴加载装置对预制裂隙玄武岩纤维混凝土开展了不同围压下的压缩试验,并分析预制裂隙角度、玄武岩纤维掺量及围压对试件峰值应力、黏聚力、弹性模量及体积应变的影响规律。结果表明:1)当围压及纤维掺量一定时,试件峰值应力和极限应变承载能力μ随着裂隙角度的增加均先降低后增加,其中,角度为0时影响最小;30°~45°左右时影响最明显;2)试件的峰值应力与围压呈线性正相关;3)纤维掺量的增加使试件峰值应力、弹性模量均先增大后降低,其较优的掺量为0.2%;4)围压越大试件体积应变越低,且不同预制裂隙角度的试件其极限应变承载能力均随着围压的增大而降低。

玄武岩纤维微表处技术在阿永高速公路养护中的应用

本文通过工程案例,详细介绍玄武岩纤维微表处混合料配合比设计、施工情况、施工效果评价及应用情况。旨在推广玄武岩纤维微表处在类似地区高速公路路面预防性养护中广泛应用。

玄武岩纤维制品在老码头加固修复中的应用

针对20世纪建设的大量码头因长期运营于恶劣环境而产生的钢筋混凝土劣化问题,依托宁波舟山港二期码头加固修复工程,设计不同的玄武岩纤维制品进行针对性加固修复,包括采用双层玄武岩纤维布(300~380 g/m^(2))结合粘接胶对面板进行加固、植入玄武岩纤维筋结合钢套筒支模灌注C40水下不分散混凝土进行加大截面法加固、掺入玄武岩纤维网格结合混凝土进行面层控裂加固等,结合施工工艺流程实现了将玄武岩纤维布、筋、网格在老码头中的综合应用,并对施工后约2年的应用效果进行评估。结果表明,玄武岩纤维布未出现鼓包、剥离等现象,玄武岩纤维网格、筋复合混凝土结构未产生有害裂缝,总体外观质量良好。

玄武岩纤维增强复合材料现状及发展前景研究

玄武岩纤维(BF)具有绿色环保、高强耐腐、隔音隔热等优点,广泛应用于各类玄武岩纤维复合材料(BFRP)的研发中。目前BFRP还存在制备工艺不足、产品质量不稳定、改性混掺工艺不足等问题,针对上述问题的研究缺乏系统性总结。为此,研究了当前BFRP的制备与生产工艺、增强机理及应用现状,总结并提出了BFRP的发展及应用困境,并给出了相应的建议和研究展望。研究表明:当前基于最优单掺纤维的BFRP不断应用于土建交通、石油运输、航空航天等领域中,并呈增长趋势;但高性能BF生产、纤维混掺、BF界面改性等新型BFRP制备工艺还存在生产成本高和成品质量不稳定等问题,制约了高性能低能耗BFRP研发;BFRP生产应用全过程的规范标准仍然不健全,限制了BFRP的推广应用。随着新工艺不断发展和高性能BF的陆续研发,BFRP性能将更优异、能耗更低,未来将是BFRP深度应用的时代。研究对于高性能低能耗BFRP的研发及应用具有一定参考价值。

硅烷偶联剂改性的短切玄武岩纤维增强三元乙丙橡胶复合材料的研究

将玄武岩纤维(BF)用硅烷偶联剂KH570改性后,制备了玄武岩纤维增强三元乙丙橡胶(E-BF7)复合材料,研究了玄武岩纤维用量对复合材料力学性能、热稳定性、动态热力学性能、耐水性能以及耐化学液体性能的影响。结果表明:与未加纤维的三元乙丙橡胶相比,添加15份KH570改性的玄武岩纤维BF7得到的三元乙丙橡胶复合材料E-BF7-15,拥有更好的综合性能。其拉伸强度从12.49MPa提高到14.50MPa,提高了16.1%,撕裂强度从41.47MPa提高到51.67MPa,提高了24.6%,其耐水性和耐化学液体性能也得到明显提升。

复合绝缘材料用连续玄武岩纤维老化特性及机理

探究连续玄武岩纤维在各类介质环境下的稳定性对于拓展其在复合绝缘材料上的应用至关重要。为此,文中比对了10组不同产地的连续玄武岩纤维与无碱玻璃纤维在酸性环境、碱性环境、富盐环境以及高温富盐环境下的老化特征差异,分析了连续玄武岩纤维的老化机理,通过灰色关联分析明确了构成玄武岩纤维耐候性的关键成分。结果表明:超过50%的玄武岩纤维样本拥有优于无碱玻璃纤维的耐盐碱环境的能力;碱性环境下,Si、Al、B元素与OH−的反应性造成两类纤维损伤,其中玄纤由于内部高含量的Ca、Mg,更易形成氢氧化物附着于纤维表面,降低了损伤程度;富盐环境下纤维表层的Ca、Na、K等元素扩散至溶液,导致了纤维表层结构疏松,且在介质渗透溶胀的作用下形成缺陷,致使两类纤维强度同步下降,但在老化周期内玄武岩纤维仍呈现出更高的力学特征。综上,玄武岩纤维更适于应用在盐碱重污秽地区的中低压复合绝缘产品或高力学需求的电工材料。

高温后冷却方式对玄武岩纤维混凝土力学性能的影响

高温处理后混凝土力学性能是工程建设中评价混凝土结构安全性能的重要指标之一。对不同玄武岩纤维(BF)掺量混凝土的力学性能进行了测试,将最优掺量的玄武岩纤维混凝土(BFRC)与普通混凝土(OC)进行高温处理(200、400、600、800℃),研究不同冷却方式(自然冷却和喷水冷却)对高温后BFRC性能劣化的影响,分析BFRC在不同温度和冷却方式下的力学性能变化规律。结果表明,当BF掺量为0.05%(体积分数)时,BFRC抗压强度、劈裂抗拉强度达到最大值,分别为50.2、3.5 MPa,较OC分别提高了14.87%、34.62%。BF的掺入能够有效增加混凝土的韧性以及抵抗开裂变形的能力。随着温度增加,BFRC试件的弹性模量减小但始终大于OC试件。同一冷却方式下OC的峰值应变均大于BFRC,不同冷却方式下的延性指数较常温均有所提高。

短切玄武岩纤维对混凝土力学性能的影响

为了提高混凝土的力学性能,研究短切玄武岩纤维对混凝土力学性能的影响规律。把不同体积掺量(0.25%、0.5%、0.75%、1.0%、1.25%)、不同长度(6 mm、12 mm)的短切玄武岩纤维掺入以C40混凝土为主的不同基体强度等级的混凝土中,进行立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、抗弯强度试验,分析短切玄武岩纤维对混凝土力学性能产生的影响,并拟合出C40混凝土抗弯强度与短切玄武岩纤维体积掺量的数量关系。结果表明:同一掺量下,12 mm短切玄武岩纤维比6 mm短切玄武岩纤维提升混凝土力学性能效果更佳;C40混凝土在12 mm短切玄武岩纤维掺量为1%时,其立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、拉压比和抗弯强度对比未掺入玄武岩纤维的混凝土分别提高7.11%、30.00%、21.34%和24.89%,此时混凝土力学性能提升效果最佳。

玄武岩纤维棒聚合物混凝土的弯曲韧性

研究了玄武岩纤维棒(BFB)的纤维增强指数I_(R)对玄武岩纤维棒聚合物混凝土(BFB-PC)韧性指标T_((2(n-1)))(n)的影响,通过分形理论探究了T_((2(n-1)))(n)与裂缝形貌的关系,并建立了弯曲韧性计算模型.结果表明:当IR=90.0时,BFB对BFB-PC的增韧效果最优,此时BFB-PC的弯曲韧性比未掺BFB时提升了8.39倍;BFB的增韧阈值为IR=37.5和IR=90.0;当IR相同时,与未掺聚合物的混凝土相比,聚灰比为0.06的BFB-PC T_((2(n-1)))(n)更高;IR越大裂缝形貌越复杂,T(2(n-1))(n)与裂缝分形维数呈二次函数关系;本文提出的弯曲韧性计算模型准确描述了BFB对PC梁的增韧作用,其试验值与理论值的相对误差小于15.00%.

高温下玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土的动态压缩力学行为

为研究高温下玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土(BFRGC)的动态压缩力学行为,本文制备了纤维体积掺量为0%、0.1%、0.2%、0.3%的BFRGC试件,并对其进行了不同温度(20、200、400、600、800℃)下的动态冲击试验。结果表明:BFRGC试件静态抗压强度、动态抗压强度和比能量吸收具有明显的温度强化效应和高温损伤效应,峰值应变表现出显著的温度塑化效应。BFRGC试件的静态抗压强度、动态抗压强度的温度阀值为400℃。随着温度的升高,BFRGC试件的静态抗压强度、动态抗压强度和比能量吸收均先增大后减小,峰值应变不断增大。掺加适量的玄武岩纤维可以提高常温及高温下地质聚合物混凝土的静态抗压强度和动态力学性能,且其最佳掺量为0.1%。

玄武岩纤维对聚氨酯改性沥青混合料水稳定性提升研究

为解决聚氨酯改性沥青混合料水稳定性不良的缺陷,通过浸水马歇尔试验、冻融循环条件下的劈裂试验、低温弯曲试验,研究不同玄武岩纤维掺量下聚氨酯改性沥青混合料的抗水损害能力。结果表明:在冻融循环作用下,玄武岩纤维降低了沥青混合料水损作用造成的空隙率变化,增强了沥青间的粘附性,当纤维掺量为0.3%时,其提升作用最强,残留稳定度和劈裂强度比分别提升了10.9%、32.3%,有效降低了冻融循环引起的弯拉强度与弯拉应变的下降速率,增强沥青混合料之间的粘结力,聚氨酯沥青混合料的水稳定性能得到提高。

玄武岩纤维在土木工程中的应用研究进展

玄武岩纤维是一种由天然玄武岩矿石在高温下融化而制成的非人工合成的高性能无机纤维材料,是我国继碳纤维、芳纶、超高分子量聚乙烯纤维之后又一重点发展的新型高技术纤维。本文介绍了玄武岩纤维的性能特点,综述了玄武岩纤维及其制品在土木工程中的应用现状及研究进展,重点探讨了玄武岩纤维有优势的应用方向,归纳了玄武岩纤维在土木工程领域的相关标准,并对玄武岩纤维在土木工程领域的应用推广提出了建议,以期对玄武岩纤维复合材料在土木工程中的应用和推广提供有价值的参考。

玄武岩纤维遏制作用下的砾类土管涌试验研究

管涌如果无法及时得到遏制,会导致大量土体流失以致堤防溃决。为研究管涌发生环节时使用玄武岩纤维的遏制作用,拟通过室内管涌试验,从孔压、水力梯度、渗透系数、流速、颗粒流失等方面,研究不同纤维含量和纤维长度的玄武岩纤维对管涌发生发展的遏制效应。结果表明,玄武岩纤维的加入使得缺级配砾类土体的迁移通道变得更加曲折和狭窄,从而遏制整个土体的管涌发展。同等玄武岩纤维含量下玄武岩纤维缺级配砾类土存在最佳的纤维长度遏制管涌发展。纤维长度过长,增大了土体的迁移路径同时也使迁移通道相对变宽;纤维长度越短使得细颗粒的迁移通道变得更加狭窄,更加容易造成局部堵塞,进一步使得管涌继续从其他方向发展,造成颗粒的进一步流失。

玄武岩纤维增强复合材料拉挤圆管抗弯性能研究

为使玄武岩纤维增强复合材料(Basalt Fiber Reinforced Polymer,BFRP)拉挤圆管在桥梁工程中得到更广泛地应用,对其抗弯性能进行试验及有限元分析。对2根长度为750 mm的BFRP拉挤圆管进行三点抗弯试验;采用LS-DYNA有限元软件对试验过程进行模拟,验证有限元模拟的正确性;在保持BFRP拉挤圆管总厚度不变的条件下,研究内、外层双向纤维布的铺设厚度和角度对抗弯性能的影响。结果表明:试件从加载至破坏分为线弹性阶段、下降阶段和残余阶段,试件破坏后残余强度较大且卸载后迅速回弹恢复几何形状;有限元模拟试件的荷载~滑移曲线、失效现象和试验结果吻合较好,有限元模拟正确;布置适量厚度的内、外层双向纤维布可以提高试件的抗弯承载力;将内、外层双向纤维布铺设方向由90°变为45°后,抗弯承载力进一步提高,随着外层45°纤维布厚度增加,破坏时的挠度下降。建议制作BFRP拉挤圆管时,布置适量厚度的双向纤维布,角度以45°为宜。

冻融环境下玄武岩纤维泡沫混凝土的损伤特性

为探究冻融环境下玄武岩纤维泡沫混凝土的损伤特性,对纤维体积分数分别为0、0.15%、0.30%、0.45%的4种泡沫混凝土分别进行了0、20、40、60、80次冻融循环试验.通过单轴压缩-声发射联合装置,研究了泡沫混.凝土的损伤演化规律及其破裂类型和裂缝发展特征.结果表明:泡沫混凝土的受压过程存在明显的阶段性;冻融循环劣化了泡沫混凝土的力学性能,经过80次冻融循环,纤维体积分数为0、0.15%、0.30%、0.45%的4种试件的峰值抗压强度分别降低65.0%、54.4%、24.4%、36.1%;冻融循环可降低声发射活跃度,促进泡沫混凝土张拉裂纹向剪切裂纹的转变,加速混凝土内部孔隙扩展及裂缝开展;玄武岩纤维的掺入减少了泡沫混凝土内部损伤,促进张拉裂纹的产生,有效抑制大尺度裂纹的发展,显著提升力学性能.

玄武岩纤维纳米改性对增强环氧复合材料绝缘与力学性能的影响

使用纳米氧化铝对玄武岩纤维进行表面改性,采用层压法制造改性玄武岩纤维/环氧树脂复合材料(BFRP),并研究纳米Al_(2)O_(3)含量对改性复合材料绝缘与力学性能的影响。结果表明:质量分数为1.0%的纳米Al_(2)O_(3)改性的玄武岩纤维复合材料(1.0K-BFRP)界面改性效果最佳。与未改性的复合材料相比,1.0K-BFRP的介质损耗因数降低了38.13%,沿面闪络电压提高了42.96%,击穿电压提高了33.96%,表现出更加优越的绝缘性能;拉伸强度、弯曲强度、层间剪切强度分别提高了26.46%、48.19%、66.06%,玻璃化转变温度提高了4.49℃。