冻融循环下玄武岩纤维混凝土冲击力学性能预测模型

冻融循环下纤维混凝土的劣化规律是寒区服役混凝土工程安全性和耐久性评价的重要依据,现有服役混凝土工程的安全性和耐久性评价的研究具有工作量大、成本高、周期长等特点,构建基于机器学习的高精度力学性能预测模型已成为本领域研究热点。为探究冻融循环后玄武岩纤维混凝土冲击力学性能的高精度预测模型,采用SHPB装置对冻融循环后BFRC开展动态冲击压缩力学性能试验,并构建机器学习-Optuna混合预测模型,对60组以玄武岩纤维体积掺量、冻融循环次数、动荷载冲击速度为影响因素建立的动态峰值应力样本数据集进行预测。结果表明:k近邻、Lasso、多层感知机、极度梯度提升树和随机森林5种经典机器学习模型的预测准确度均较高,说明机器学习算法对于冻融循环后BFRC动态力学性能预测具有良好的预测效果,其中随机森林算法为最优预测算法;RF-Optuna混合预测模型显示出0.9754的拟合优度,具有良好的预测精度;非数据集工况预测表明,该混合模型对于各影响因素均具有良好泛化能力。研究成果可为冻融循环条件下BFRC动态力学性能的快捷精准预测提供参考。

玄武岩纤维混凝土抗硫酸盐侵蚀性能研究

为探究掺玄武岩纤维混凝土抗硫酸盐侵蚀性能,在混凝土试件中分别掺入体积掺量为0、0.1%、0.2%、0.3%的玄武岩纤维,以试件的外观、质量损失率和抗压强度为主要评价指标,进行了不同侵蚀环境下玄武岩纤维混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能试验研究。研究结果表明:体积掺量为0.2%的试件在质量损失率、抗压强度方面表现最佳,而体积掺量为0.1%的试件抗折强度增幅最大;干湿循环条件下试件的外观、质量和抗压强度波动幅度较自然侵蚀环境下更大,且干湿周期越短侵蚀程度越严重;试件的微观结构分析发现,侵蚀前混凝土试件内部因水泥水化作用,存在少量C-S-H(水化硅酸钙)、Ca(OH)_(2)等水化产物,掺入玄武岩纤维后使混凝土内部黏结十分紧密,试件内部裂缝发育较缓,减少了侵蚀产物的生成,一定程度上提高了混凝土的力学性能。

基于三维细观模型的玄武岩纤维混凝土数值模拟

基于玄武岩纤维-砂浆界面的相关理论和试验数据,提出一种建立小直径纤维-骨料混凝土细观模型的方法,研究玄武岩纤维混凝土的损伤演化和纤维对混凝土的增强机理。通过建立的随机纤维-骨料混凝土三维细观模型预测和验证了玄武岩纤维混凝土的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、轴心抗压强度和抗折强度等力学性能,并从细观角度分析了混凝土的损伤演化和纤维的作用机理;建立不同分布形式、不同纤维掺量的随机纤维-骨料混凝土模型,研究了细观模型的力学稳定性及纤维掺量对混凝土的影响规律。结果表明:基于该方法建立的细观模型在预测玄武岩纤维混凝土静态力学性能方面具有较高的可靠性;混凝土损伤首先发生在较大基体变形的薄弱界面过渡区,并随着荷载的增加延展、联接,最终导致试件的整体破坏;玄武岩纤维具有抵抗基体变形的约束作用,对混凝土力学性能影响明显;纤维掺量小于1.5%时,掺量越大,增强效果越明显。

动载下玄武岩纤维混凝土能量耗散特征与破坏损伤规律

本文基于分离式霍普金森压杆试验装置,在4种不同的应变率下研究了4种不同玄武岩纤维掺量混凝土的破坏行为和能量耗散特征。结果表明:随应变率的增加,不同玄武岩纤维掺量混凝土的分形维数均线性增加,掺入纤维会降低分形维数增长的速率;混凝土的入射能、反射能、耗散能均呈线性增长趋势,透射能呈轻微下降趋势。随纤维掺量的增加,不同应变率下玄武岩纤维混凝土的分形维数先增大后减小,耗散能密度呈先增大后减小再增大的“S”形趋势。随着分形维数的增长,不同玄武岩纤维掺量混凝土的耗散能密度均呈线性增长。当纤维体积分数为0.1%时,混凝土的性能最优,可承受的损伤最大。

钢纤维类型对玄武岩纤维混凝土力学性能的影响

为探究钢纤维类型及掺量对玄武岩纤维混凝土(BFRC)力学性能产生的影响,在BFRC中加入3种类型的钢纤维(端钩型、波浪型、镀铜型),钢纤维体积掺量分别为0,0.8%,1.0%,1.2%.通过建立灰色理论GM(1,9)和BP神经网络2种模型预测混凝土抗压强度并对比其可靠性,结合核磁共振试验测试混凝土内孔隙变化规律.结果表明:随着钢纤维体积掺量的增加,BFRC抗压强度呈现先增大后减小趋势,其中抗压强度最优组为体积掺量1.0%的端钩型钢纤维组,14 d抗压强度为44.51 MPa.由于钢纤维表面锈蚀,28 d抗压强度减少至43.13 MPa;建立灰色理论GM(1,9)模型和BP神经网络模型,2种模型预测精度均可达到要求.但BP神经网络的预测精度更高、稳定性更好,平均相对误差为3.81%,灰色理论模型平均相对误差为7.55%;随着钢纤维体积掺量增加,混凝土中胶凝孔、毛细孔占比先增加后减小,因此合理加入钢纤维可使BFRC中孔隙结构得到优化,混凝土抗压强度得到提升.

早期受盐-冻耦合作用下掺玄武岩纤维混凝土耐久性劣化规律

针对西北寒旱区早期受冻混凝土在盐-冻耦合作用下耐久性快速降低等问题,本文基于室内快速冻融试验,以3.5%(质量分数,下同)NaCl+5.0%Na_(2)SO_(4)复合盐溶液为冻融介质,研究了不同玄武岩纤维体积掺量下混凝土的耐久性劣化规律,同时采用扫描电子显微镜、超声法缺陷检测和核磁共振孔径检测三种分析手段探究了玄武岩纤维在微观层面上对早期受盐-冻耦合作用下混凝土宏观性能的改善作用。研究结果表明:在早期受冻混凝土中掺加玄武岩纤维能够有效提高抗压强度,减小质量损失;随着纤维掺量的增加,抗压强度、相对动弹性模量呈先增加后降低的趋势;随着冻融循环次数的增加,不同体积掺量玄武岩纤维早期受冻混凝土试块的超声脉冲传播速度逐渐增大,各组试块的总孔隙率与冻融次数呈正相关,且掺加玄武岩纤维能增加无害孔,减少多害孔,从而提高混凝土抗冻耐久性;试验中纤维掺量为0.15%(体积分数)的试块表现最优越。该研究可为寒旱灌区早期受冻混凝土耐久性研究及后期维护提供参考。

玄武岩纤维混凝土抗压性能与韧性试验研究

为探索玄武岩纤维(BF)对混凝土力学性能的影响,以BF的长度(12、18、24 mm)和体积掺量(0.1%、0.2%、0.3%)为变量,研究了玄武岩混凝土的抗压性能与韧性,分析了BF对混凝土韧性改善的作用机理。结果表明:随着BF长度和掺量的增加,试件的抗压强度均先增大后减小,但差距不大,最佳BF长度和掺量分别为18 mm和0.1%;BF对混凝土变形能力与韧性的提升效果明显,BF的最佳长度为18 mm、掺量为0.2%,BF的掺入对混凝土峰值荷载前的韧性提升比峰值荷载后更明显。

热损伤下玄武岩纤维混凝土孔隙分形特征及力学特性试验研究

基于试验研究不同温度损伤下玄武岩纤维混凝土内部孔隙结构及力学性能变化规律,利用自加热核磁共振仪(NMR)及电液伺服压力机测量50℃、100℃、200℃、300℃温度下玄武岩纤维混凝土孔隙结构及力学性能,并结合电镜扫描仪(SEM)观测高温后试件内部微观结构。结果表明:试件T2光谱具有明显的三峰特征,温度的升高使其T2光谱峰值、孔隙率升高,温度从50℃逐渐升高到300℃时试件平均孔隙率由2.63%增至4.16%,孔隙结构分形维数随之降低,且D_(NMR)(min)变化幅度明显低于D_(NMR)(max),大孔隙的复杂性更容易受到热损伤下温度的影响。相较于50℃时试件强度,100℃、200℃、300℃时试样单轴抗压强度降幅为4.81%、16.53%、24.90%,抗拉强度降幅为8.51%、25.53%、42.55%,温度的升高使得试件孔隙度增大,抵抗外荷载能力减小,整体性降低。SEM试验结果表明高温后试件内部存在大量裂隙,且随着温度的升高试件内部裂纹宽度变大,数目明显增多。

盐冻作用下玄武岩纤维混凝土性能劣化研究

针对北方地区温度较低时撒除冰盐对混凝土造成的盐冻破坏问题,研究了盐冻作用下玄武岩纤维(BF)的体积掺量(0~0.20%)对混凝土力学性能、断裂韧性的影响。结果表明:盐冻作用下,掺BF试件的单位面积质量损失和动弹性模量损失均比未掺BF试件的低;掺入适量BF提高了混凝土的抗压强度、抗弯强度及断裂韧性,BF的最佳掺量为0.12%。

钽铌尾矿砂玄武岩纤维混凝土的力学性能和微观分析

采用钽铌尾矿砂替代部分河砂制备钽铌尾矿砂玄武岩纤维混凝土,研究了钽铌尾矿砂掺量对混凝土坍落度及泌水率、抗收缩及抗压、抗拉、抗弯强度的影响,并进行了微观测试和灰色理论分析。结果表明:钽铌尾矿砂掺量为20%的A20组混凝土初始坍落度最大,为190 mm;A20组的60 min泌水率较10 min时增大了150.0%,28 d收缩值较3 d时提高了10.4%,28 d抗压、抗拉、抗弯强度最高,力学性能最优;微观分析表明,养护28 d时,混凝土中有少量的AFt生成,填充了基体的微裂纹。

玄武岩纤维混凝土力学性能的研究

普通混凝土的劈裂性较差,在混凝土中加入钢筋会提高其力学性能,但成本较高.经研究发现,在混凝土中加入纤维也可提升混凝土的抗劈裂性能.本文将玄武岩纤维掺入混凝土中,研究了混凝土的坍落度,以及抗压、劈裂抗拉和抗折强度.研究结果表明:随着玄武岩纤维体积掺量的增加,混凝土的坍落度会不断降低;混凝土抗压、劈裂抗拉和抗折强度的最优掺量分别为0.15%、0.3%、0.25%.

基于科学知识图谱的我国玄武岩纤维混凝土研究进展

为分析玄武岩纤维混凝土的研究现状与热点,文章以中国知网(CNKI)数据库中1990-2023年的590篇文献为研究对象,采用Citespace软件绘制科学知识图谱,对该领域的文献数量、发文作者、发文机构、关键词等内容进行分析。结果表明,当前我国玄武岩纤维混凝土的研究侧重于抗压、抗弯、抗裂、抗冲击性等力学性能。近两年,微观结构、冻融循环与高温环境的研究成为玄武岩纤维混凝土研究的前沿热点。

玄武岩纤维混凝土的动态力学性能

采用Φ100 mm分离式霍普金森压杆（SHPB）试验装置研究了不同纤维体积掺量的玄武岩纤维混凝土在不同应变率下的冲击压缩力学性能,并对试验的有效性进行了分析。结果表明：玄武岩纤维混凝土的动态强度增长因子与平均应变率的对数近似呈线性关系,强度与变形能力随平均应变率的提高而线性增加,体现了很强的应变率相关性;纤维体积掺量为0.1%的玄武岩纤维混凝土较素混凝土的动态抗压强度提高了26%,变形能力提高了14%;纤维体积掺量分别为0.2%、0.3%的玄武岩纤维混凝土的动态抗压强度比素混凝土高出25%左右,而变形能力较素混凝土无明显优势;在玄武岩纤维混凝土的SHPB试验中,试件破坏时刻为123.3-239.45μs,近似恒应变率加载时间比例约为62%,且应变率曲线的波动范围控制在23%左右,能够较好地满足应力均匀分布及恒应变率加载要求,表明SHPB试验结果可靠。

玄武岩纤维混凝土力学性能试验研究

玄武岩纤维是一种纯天然的无机非金属材料,被誉为21世纪无污染的"万能"纤维。将玄武岩纤维用水泥净浆包裹,再与混凝土搅拌而制成的玄武岩纤维混凝土(BFRC),其基本力学性能有较好的提高。随着玄武岩纤维掺量的增加,BFRC的抗压强度逐渐增加,尤其早期强度提高明显,劈拉、弯拉强度也有不同幅度的增加;SEM照片显示,BFRC中纤维与水泥石界面的联结性比较好,且混凝土的孔隙率低。最后进一步分析了玄武岩纤维对混凝土基本力学性能的增强机理。

高温后玄武岩纤维混凝土冲击破碎分形特征

采用Ф100 mm分离式霍普金森压杆试验系统,对高温后素混凝土（Plain Concrete,PC）及玄武岩纤维混凝土（Basalt Fiber Reinforced Concrete,BFRC）在冲击荷载作用下破碎块度分布、破碎分维及能耗特性进行研究。结果表明,冲击破坏后试件破碎块度分布为统计意义的分形,温度及弹速的升高导致试件破碎程度及分维值总体增大;BFRC分维在常温及600℃~800℃时普遍小于PC,在200℃~400℃时随弹速提高较PC先减小后增大,纤维掺量为0.2%时BFRC分维相对较大;同一温度下试件能耗密度随分维的增大而增大,相同能耗密度下分维随温度的升高而增大;BFRC分维随弹速的变化有两个临界速度特征点：起裂临界及粉碎临界弹速,在此弹速范围内,试件破碎分形演化特征明显,分维随弹速提高显著增大,且临界弹速随温度的升高逐渐下降。

玄武岩纤维混凝土隧道衬砌承载特性模型试验研究

玄武岩纤维是一种环保高性能的无机材料。玄武岩纤维混凝土所具有的增强、增韧、阻裂等性能,对于控制软弱围岩隧道的变形具有重要的力学优势。通过钢筋混凝土和玄武岩纤维混凝土衬砌力学行为室内模型试验,对玄武岩纤维混凝土衬砌的承载特性进行研究。研究结果表明:相比钢筋混凝土,玄武岩纤维混凝土衬砌的初裂荷载提高了20%;掺入玄武岩纤维后衬砌结构的韧性增强,衬砌初裂后仍可承担较大的弯矩和变形。衬砌初裂前,钢筋混凝土和玄武岩纤维混凝土衬砌支护特性曲线基本成线形变化;衬砌初裂后,钢筋混凝土衬砌支护特性曲线在缓慢上升后,快速趋于收敛;玄武岩纤维混凝土衬砌承载特性曲线缓慢上升,至2倍初裂荷载时仍无收敛迹象。因此,玄武岩纤维混凝土能较好地满足软弱围岩隧道尽早封闭岩面、尽快提供支护力并具有一定变形能力的要求。研究成果对于软岩大变形隧道的变形控制具有重要的意义。

关于玄武岩纤维混凝土的增强机理研究

为探究短切玄武岩纤维对混凝土基本力学性能的影响机制,分析出短切玄武岩纤维对混凝土的增强机理。以C35普通混凝土为研究对象,短切玄武岩纤维长度和掺量为变量,通过静态力学性能试验将玄武岩纤维混凝土与素纤维混凝土的基本力学性能进行对比分析。并通过光学显微镜对玄武岩纤维混凝土的微观结构进行观察与分析,找出在混凝土中掺加玄武岩纤维的最佳纤维长度区间与最佳的纤维掺量区间。掺入玄武岩纤维后,抗压强度普遍降低,最高降低幅度达8.4%。劈拉强度和抗折强度明显提高,劈拉强度最大可提高23.8%。抗折强度最大可提高34.7%。光学显微镜下,玄武岩纤维分散均匀。在混凝土基体材料中呈各向异性,呈现出良好的密闭空间网状结构。

玄武岩纤维混凝土的耐碱腐蚀性及力学性能试验研究

玄武岩纤维是一种性能优良的无机材料,可有效改善混凝土的耐腐蚀性能。为研究碱性环境下玄武岩纤维对混凝土耐腐蚀性能的影响规律,本文将10种配合比的100mm×100mm×100mm混凝土试块置于20%NaOH溶液中,每30d记录裂缝发展并测定吸水率变化;每90d进行材料性能试验,测定混凝土抗压强度,同时测定混凝土内部Na离子分布情况,研究其迁移规律。研究结果表明:添加玄武岩纤维能有效抑制混凝土裂缝的产生和发展,有效阻止Na离子的迁移,但是随侵蚀时间增长其阻抗作用呈下降趋势;与普通混凝土相比,添加适量的玄武岩纤维对混凝土性能有较好的提升,但少量或者过量均会产生不利影响;当纤维体积掺量为0.1%时,最为有利。另外,通过研究发现,添加粉煤灰对降低BFRC的吸水率及减缓Na离子迁移并不理想,同时会降低其承载力。本文从宏观现象、微观离子分布及整体力学性能等方面对玄武岩纤维混凝土耐碱腐蚀性能进行了研究,并在试验的基础上提出了碱侵蚀强度衰减模型,为玄武岩纤维混凝土工程应用提供一定的技术支持。

玄武岩纤维混凝土材料性能研究进展

论述了玄武岩纤维的特点与优势,总结了玄武岩纤维混凝土的几种基本性能,分别从力学性能、耐久性、耐高温性能、动态冲击等方面阐述了国内外发展现状,提出了玄武岩纤维混凝土存在的主要问题,并对玄武岩纤维混凝土的发展前景进行了展望。归纳已有的研究结果,初步得到以下结论:在混凝土中合理的掺入玄武岩纤维,可在保留混凝土抗压强度高等优点的同时,明显的增加了其抗拉、耐久、耐高温和抗冲击等性能,可在混凝土工程应用中起到增强增韧、延长使用寿命等作用。

玄武岩纤维混凝土应力应变关系及孔结构分析

为了探究纤维掺量对玄武岩纤维混凝土宏、微观性能的影响规律,采用数字图像相关方法与微观气孔结构分析仪对不同纤维掺量的混凝土试件进行试验研究,通过数据回归建立了纤维掺量与平均峰值应力之间关系,给出了玄武岩纤维混凝土单轴受压应力-应变曲线上升段表达式;结合微观孔结构,建立了平均峰值应力与含气量、平均气泡弦长、气孔间距、比表面积相关公式,同时采用分形维数定量描述微观孔结构与玄武岩纤维混凝土抗压强度、弹性模量的关系。结果表明:玄武岩纤维的加入能够提高混凝土平均峰值应力和峰值应变,对试件应力-应变关系曲线上升段改变不明显;玄武岩纤维的加入能够减少混凝土内部缺陷,降低混凝土含气量、减小平均气泡弦长,使混凝土内部孔结构得到优化,孔隙分布较为均匀,抗压强度提高,割线模量有所下降。