低温作用下钢纤维地聚合物混凝土力学性能研究

为研究低温作用下钢纤维地聚合物混凝土(SFGPC)力学性能的变化规律,利用自制低温环境试验装置研究不同温度(-30、-20、-10、0、20℃)、不同钢纤维体积掺量(0%、0.5%、1.0%、1.5%)对地聚合物混凝土破坏特征及抗压、抗折强度的响应规律,并借助扫描电子显微镜(SEM)对SFGPC进行微观结构分析,同时应用响应面法(RSM)构建SFGPC力学性能关系模型,提供一种可行的抗压、抗折强度预测方法。结果表明:-30℃下,当钢纤维掺量为1.5%时,SFGPC抗压、抗折强度分别为59.8、6.6 MPa,与-30℃下钢纤维掺量为0%时相比分别提升75%、65%,与20℃下钢纤维掺量为1.5%时相比分别提升41%、144%;随着钢纤维掺量增加,SFGPC内部黏结性与吸附能力增强,力学性能提高;利用RSM得到SFGPC抗压、抗折强度的预测模型,预测值与试验值的相对误差分别小于5.7%、8.0%。

聚乙烯醇纤维掺量对高延性地聚合物混凝土早期抗裂和收缩性能影响

研究了聚乙烯醇(PVA)纤维掺量对高延性地聚合物混凝土早期塑性收缩开裂、干燥收缩和自生收缩的影响.结果表明,与地聚合物混凝土相比,掺PVA纤维的高延性地聚合物混凝土抗开裂性能和抗收缩性能显著提高,PVA纤维体积掺量为2%的地聚合物混凝土抗开裂和抗收缩性能最好.基于试验结果,建立了收缩预测模型,该模型能够一定程度反映地聚合物混凝土早期收缩特征.

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%。

玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土的动态力学性能

对玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土(basalt fiber reinforced geopolymer concrete,BFRGC)进行了动态压缩试验,研究了玄武岩纤维掺量(0.1%、0.2%、0.3%)和龄期(3 d、7 d、28 d)对地质聚合物混凝土动态力学性能的影响,分析了玄武岩纤维对地质聚合物混凝土的强韧化效应。此外,对比分析了玄武岩纤维对地质聚合物混凝土和普通硅酸盐水泥混凝土的增强增韧效果。结果表明:BFRGC的动态抗压强度(f_(cd))和比能量吸收(U)随应变率近似线性增加。随着龄期的增大,BFRGC的f_(cd)和U不断增大,且f_(cd)和U的应变率敏感性不断增强。随着玄武岩纤维掺量的增大,BFRGC的f_(cd)和U先增大后减小,且f_(cd)和U的应变率敏感性也先增强后减弱。玄武岩纤维的最佳掺量为0.2%。玄武岩纤维对地质聚合物混凝土和普通硅酸盐水泥混凝土均具有增强增韧作用。玄武岩纤维对地质聚合物混凝土的强韧化效果优于普通硅酸盐水泥混凝土。

初始缝高比对粉煤灰基地聚合物混凝土断裂性能的影响

为研究初始缝高比对地聚合物混凝土断裂性能的影响,设计4组不同初始缝高比(0.2、0.3、0.4与0.5)的粉煤灰基地聚合物混凝土(FAGC)进行三点弯曲试验,并运用双K断裂理论计算试件的断裂参数。结果表明:初始缝高比不改变FAGC的断裂过程,均包括线性变形、稳定扩展与失稳扩展三阶段。增大初始缝高比,FAGC的峰值荷载、断裂韧度与断裂能均呈现减小趋势,表明FAGC的承压能力与抵抗裂纹扩展能力降低。增大初始缝高比导致FAGC有效裂缝长度增大,意味着地聚合物混凝土的韧性越好。

地质聚合物混凝土抗氯离子渗透性能研究进展

地质聚合物混凝土是一种新型绿色建筑材料,氯离子传输是影响其服役寿命的关键因素。本文在介绍地质聚合物混凝土氯离子传输机理的基础上,归纳总结了地质聚合物混凝土抗氯离子渗透性能试验方法的特点和局限性,介绍了地质聚合物混凝土抗氯离子渗透性能的影响因素,并对比了其与普通混凝土氯离子传输机理的区别。文章最后指出高温、冻融等单一因素影响下的地质聚合物混凝土氯离子传输模型、碱掺量和水玻璃模数对地质聚合物混凝土抗氯离子渗透性能的影响,以及氯离子的显色边界浓度的准确性等还有待进一步深入研究。

绿色建筑材料的最新应用和城市循环经济潜力——以地聚合物混凝土为例

地聚合物因其环保、卓越的力学特性以及利用大量废物作为前驱体的能力而被逐渐关注。虽然对地聚合物的研究较多,但对地聚合物混凝土的研究较少,在低碳减排、资源节约背景下,文章探讨了地聚合物混凝土在公路基础设施、地聚合物再生骨料混凝土、高冲击强度材料、喷射纤维增强聚合物混凝土、结构混凝土及钢筋混凝土涂料等方面的最新应用,及其对循环经济的贡献。结论认为地聚合物混凝土具有替代传统混凝土和其他建筑材料的潜力;地聚合物混凝土的材质可以从工业、城市和农业的废弃物中开发,具有生态友好、可持续、结构合理的优势。

基于慢冻法的地聚合物混凝土抗盐冻性能研究

地聚合物混凝土是一种广泛应用于基础设施建设的材料,但在高盐度环境下,其抗冻性能会受到影响。本研究旨在探讨基于慢冻法的地聚合物混凝土抗盐冻性能。采用慢冻法对地聚合物混凝土进行抗盐冻性能测试。测试结果表明,在不同盐浓度下,地聚合物混凝土的抗冻性能均受到不同程度的影响。通过对比不同地聚合物混凝土的抗盐冻性能,发现加入适量的改性剂可以提高地聚合物混凝土的抗盐冻性能。文章基于慢冻法的地聚合物混凝土抗盐冻性能研究,揭示了地聚合物混凝土在高盐度环境下的损伤机制,并提出了一些改善地聚合物混凝土抗盐冻性能的方法。

矿渣-粉煤灰基地质聚合物混凝土的基本性能研究

地质聚合物混凝土是一种新型混凝土类材料。为了研究地质聚合物混凝土的基本性能,以矿渣、粉煤灰为原料,以硅酸钠和氢氧化钠为激发剂,制备了矿渣-粉煤灰基地质聚合物混凝土,测试了不同配合比下矿渣-粉煤灰基地质聚合物混凝土的坍落度以及7、14 d和28 d的抗压强度,分析了水胶比对和易性与抗压强度的影响,探讨了抗压强度的增长规律。结果表明:制备的矿渣-粉煤灰基地质聚合物混凝土具有较高的抗压强度和良好的和易性,凝结硬化快,强度特性稳定;当水胶比为0.26,砂率为0.40,氢氧化钠和硅酸钠的质量比为0.29,碱溶液的浓度为56%时,矿渣-粉煤灰基地质聚合物混凝土的坍落度为110 mm,标准养护条件下7、14 d和28 d龄期的抗压强度分别达到40.4、50.3 MPa和60.20 MPa;随着水胶比的增大,和易性不断增强,抗压强度先增加,后减小;随着养护龄期的延长,抗压强度不断增长,但增速降低。

纤维增强地质聚合物混凝土的动态力学性能

采用Φ100mm分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)装置,研究玄武岩纤维与碳纤维增强地质聚合物混凝土(geopolymeric concrete,GC)在10～102s-1范围内的动态力学性能,并作比较分析。结果表明,纤维增强地质聚合物混凝土属于应变率敏感材料,其动态抗压强度与能量吸收特性均表现出显著的应变率相关性;作为GC的增强材料,玄武岩纤维与碳纤维各有优势,但就改善GC的强度与能量吸收特性的效果而言,碳纤维总体上优于玄武岩纤维,尤其当碳纤维体积率为0.2%时,改善效果最佳。

地质聚合物混凝土的冲击力学性能研究

以矿渣与粉煤灰为原材料,制备地质聚合物混凝土(geopolymeric concrete,GC)。采用Φ100 mm分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)装置研究了不同强度等级的GC的冲击力学性能,包括抗压强度、变形及能量吸收特性的应变率效应问题。结果表明:GC的冲击力学性能呈现出显著的应变率相关性,强度的应变率敏感值为42.7 s—1;随着强度等级的提高,GC的变形能力反而降低。GC属于准脆性材料,相对于单一的强度或变形特性,GC的能量吸收特性更值得关注。

碱矿粉无机聚合物混凝土的制备及性能研究

以矿粉为原料,掺入Na2SiO3和NaOH复合激发剂,制备了大流动度、早强高强无机聚合物混凝土(MPC).探讨了MPC的制备工艺及矿粉用量、溶胶比对MPC性能的影响规律,并通过烧失量试验、SEM和EDS分析了MPC各龄期的水化程度、微观结构及强度机理.结果表明:激发剂显著提高了矿粉的活性,MPC水化1d后其水化程度已达52%,并随龄期的延长逐渐加大;MPC水化产物和结构较密实,浆体中C-S-H凝胶、碱性铝硅酸盐水化物和沸石型矿物含量较多,Ca(OH)2含量显著降低,晶体的整体性提高,胶结料和集料的界面强度较大;MPC28d抗折、抗压强度最高分别达8.51,91.9MPa,且强度发展较快,7d抗折、抗压强度最高分别达7.59,84.8MPa,且各龄期的强度均随矿粉用量或溶胶比的提高而降低;各制备参数对MPC工作性影响程度为:矿粉用量>溶胶比>砂率,在其他条件相同时,MPC坍落度随着矿粉用量或溶胶比的增加而增加,能达到160mm以上.

碳纤维增强地聚合物混凝土的SHPB试验研究

以矿渣与粉煤灰制备了碳纤维增强地聚合物混凝土(carbon fiber reinforced geopolymeric concrete,CFRGC);采用100分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,研究了不同碳纤维掺量的CFRGC在不同应变率下的冲击压缩强度与能量吸收的应变率效应,以及碳纤维掺量对CFRGC强度与吸能特性的影响;改进了波形整形技术,以满足恒应变加载的要求.结果表明:厚度为1mm,直径分别为20,22,25,27,30mm的H62黄铜波形整形器可以较好地实现SHPB试验过程中的恒应变率加载,且试验结果可靠;CFRGC属于应变率敏感材料,其冲击压缩强度与能量吸收特性均表现出近似的应变率线性相关性,强度的应变率敏感值为47.8s-1;碳纤维对地聚合物混凝土的强度特性具有良好的改善效果,且该效果随着平均应变率的增加而增强;碳纤维的相对最佳掺量为0.2%(体积分数).

无机聚合物混凝土路面板不同龄期抗压性能试验研究

无机聚合物作为绿色环保的新型材料一直是工程研究的热点问题。以矿粉、粉煤灰为主要原料,在碱激发剂作用下形成无机聚合物,并以此为胶凝材料制备无机聚合物混凝土路面板。研究了无机聚合物混凝土路面板在自然养护条件下,龄期分别为1、3、7、28、60、90、180、210 d的芯样抗压强度变化规律和破坏特征,并对破坏后的试件进行扫描电镜分析。试验结果表明,无机聚合物混凝土路面板达到公路路面设计指标,抗压强度增长集中在前期,后期强度基本无增长;集料和胶凝材料之间无明显的界面过渡区,胶凝材料黏结强度高,为此种材料在路面工程中的应用奠定基础。

弯曲荷载作用下钢纤维聚合物混凝土疲劳寿命

通过三点弯曲疲劳试验测试得到了应力水平为0.4,0.5,0.6时90 d龄期普通混凝土和钢纤维聚合物混凝土弯曲疲劳寿命,通过压汞试验试得到了同龄期混凝土的微观孔结构特征参数及孔径分布,分析了钢纤维和聚合物乳液对混凝土疲劳性能的影响规律及作用机理。分析结果表明,循环荷载作用下普通混凝土和钢纤维聚合物混凝土的疲劳寿命符合两参数威布尔分布,相同应力水平下钢纤维聚合物混凝土的疲劳寿命远高于普通混凝土,并建立了失效概率为0.5时混凝土的双对数疲劳方程。弯曲疲劳荷载作用下钢纤维对混凝土疲劳性能改善的机理在于纤维拔出过程中能量耗散,纤维细化了混凝土特征孔隙尺寸,使有害孔隙减少、无害孔隙增加;聚合物乳液对混凝土疲劳性能改善的机理在于增强了钢纤维-水泥石界面黏结性能。

羧基丁苯聚合物混凝土小变形阻尼研究

材料的阻尼是衡量材料本身成振性能的主要指标。本文采用自由振动法测试得到了一批羧基丁苯混凝土小变形阻尼比的基础性数据。试验结果表明:所采用的阻尼比测试方法和试验过程是可靠的;对同类型的混凝土,混凝土的阻尼比随丁苯胶掺量的增加而增大,混凝土的弹性模量随丁苯胶掺量的增加而降低;丁苯胶掺量在10％～15％时,可获得阻尼比、弹性模量和抗压强度均较高的混凝土。

基于DIC方法的地聚合物混凝土断裂过程分析

为了量化研究地聚合物混凝土断裂过程参数的演化过程,采用数字图像相关(digital image correlation,DIC)方法及夹持引伸计法对含初始缺口粉煤灰基地聚合物混凝土试样在三点弯曲加载过程中的裂缝口张开位移(CMOD)、裂尖张开位移(CTOD)及裂缝扩展长度进行测试与计算分析.结果表明:DIC测试的裂缝口张开位移与夹持引伸计测试值吻合较好,试样经历了起裂、裂缝的稳态和亚稳态扩展及失稳破坏阶段;基于DIC测试的裂尖张开位移与基于弹性等效的理论计算吻合较好,但基于DIC裂缝扩展长度的测试值与弹性等效裂缝扩展长度的计算值之间存在较大偏差,导致这一差别的主要原因是由于地聚合物混凝土与水泥混凝土一样存在断裂过程区.

温度、应变率对地质聚合物混凝土抗压强度的影响

采用自主研制的高温SHPB试验系统，对高温条件下地质聚合物混凝土的动态抗压强度进行了试验研究。结果表明：200℃时地质聚合物混凝土的动态抗压强度较常温时有所增长，800℃时强度则急剧下降；应变率随弹速近似线性增长；同一弹速水平下，200～600℃时的应变率与常温接近，800℃时较常温提高明显；高温条件下，由侧向约束引起的附加应力可以忽略不计，试验所测得的动态强度增长因子（DIF）的应变率增强效应反应了材料的本质属性；在30～30s^-1范围内，高温下地质聚合物混凝土的DIF与应变率的对数呈线性关系，且温度越高，应变率效应越明显。

用于结构减振的聚合物混凝土试验研究

对于目前工程中新出现的桥梁-建筑合一的大型结构,如何减小运行荷载产生的振动是颇受关注的问题。该研究通过在混凝土中掺入高分子聚合物以提高其阻尼性能达到减振的目的。采用矩形截面简支梁和以实际大跨复杂箱梁为原型的1/6缩尺模型,分别进行振动测试、静载试验和疲劳试验,对比普通混凝土和聚合物混凝土的阻尼性能、静力性能和疲劳性能。同时测试基准混凝土和各聚灰比的聚合物混凝土试块的抗压强度和弹性模量。试验结果表明,随聚灰比的增大混凝土梁的阻尼比大幅增大,试块抗压强度和弹性模量略有下降,但满足规范的要求。聚合物混凝土梁的静力性能比普通混凝土梁更好,疲劳性能与之相当。聚合物混凝土的施工性能指标如塌落度和扩展度良好。