常温固化型超高强纤维增强混凝土(UFC)的开发

在欧洲，超高强度纤维增强混凝土UFC已实际用于工程，与一般混凝土比较，抗压强度为其7倍，达到200MPa非常高的强度水平。由于添加了一定量的纤维，因而也具有很高的韧性。图1为现有混凝土技术不可能取得的既轻、薄又细长的构体组成的结构物，组成材料基体致密，耐久性优越。该项技术已用于机场轨道、桥梁构体以及作为衬板用于结构物维修加固等工程。

钢纤维增强超高强混凝土拉压比试验研究

在超高强混凝土(C100级)中掺入螺纹型钢纤维,通过立方体抗压强度与劈裂抗拉强度试验,研究钢纤维对超高强混凝土增强增韧效果和拉压比性能的影响.立方体试件尺寸为100mm×100mm×100mm,钢纤维掺量为0、0.50%、0.75%、1.00%、1.50%.试验结果表明,掺入钢纤维后,超高强混凝土立方体试件裂缝开展路径较多,裂而不散,坏而不碎,抗压韧性显著增强;抗压强度提高10.6%～15.5%,劈裂抗拉强度提高38.2%～91.9%;掺入钢纤维的超高强混凝土拉压比为0.060 5～0.084 6,拉压比提高24.08%～73.46%.提出了钢纤维超高强混凝土立方体抗压强度与劈裂抗拉强度预测模型,预测值与试验值误差分别在±1.79%、±17.84%范围内.掺入钢纤维可使超高强混凝土脆性大、韧性小的缺点得到显著改善.

纤维增强超高强混凝土防高温爆裂研究

对15组立方体抗压强度为116~143MPa纤维增强超高强混凝土(FRUHSC)试件,开展了ISO834火灾标准升温曲线下的高温爆裂试验,考察了水胶比、孔隙率、纤维类型及体积分数、试件尺寸对其高温爆裂的影响.结果表明:水胶比为0.15的超高强混凝土与水胶比为0.18时相比,具有更低孔隙率和更高强度,表现为爆裂程度更高;为改善常温下混凝土延性而掺入体积分数1.00%的熔抽超细型钢纤维并不能防止其高温爆裂;掺入体积分数0.15%的聚丙烯纤维可防止Φ100×200mm试件高温爆裂,并适用于Φ300×300mm试件.对水胶比为0.15、混掺体积分数为0.15%聚丙烯纤维及0.50%熔抽超细型钢纤维的超高强混凝土型钢组合柱进行高温加载试验后发现,型钢外包混凝土未发生高温爆裂,表明所建议的混掺纤维体积分数在构件受荷时可防止高温爆裂.

基于多种纤维的超高强度纤维增强混凝土基本性质研究

超高强度纤维增强混凝土是通过混合钢纤维来改善弱拉伸特性的材料,因此具备了高强度、高韧性的特性。为了详细分析在现场施工中常常使用的常温硬化型超高强度纤维增强混凝土的基本性质,在本研究中,将各种纤维混合到高强度灰浆中,并对不同的纤维的种类以及不同混合比例对常温硬化型超高强度纤维增强混凝土的基本特性产生的影响进行了分析,以确定其适用性。研究结果表明:非金属纤维混和并不会导致强度显著增加,而混合短长度的铜纤维可以满足设计要求的强度。本研究可为今后混凝土施工以及维护管理提供一些参考。

纤维及憎水剂对超高强混凝土性能影响试验研究

为促进超高强混凝土在屋面防水工程中推广与应用,研究纤维及憎水剂对超高强混凝土力学性能和防水性能的影响规律。结果表明:纤维掺量与混凝土抗折强度成正比,纤维掺量为8 kg/m^(3)时,混凝土抗折强度与抗渗等级均达到最佳值;憎水剂掺量为与混凝土吸水率和抗折强度成反比,憎水剂掺量为6 kg/m^(3)时,超高强混凝土具有更优异的抗压强度及吸水率性能。

C120超高强钢纤维混凝土抗压强度影响研究

为配制C120强度等级钢纤维混凝土,改善混凝土力学性能,文中主要对不同品牌水泥、水胶比、骨料搭配比例、钢纤维和养护方式对超高强钢纤维混凝土抗压强度的影响规律进行试验研究。研究结果表明,冀东水泥体系、金马启新水泥体系60 d抗压强度最优,均超过130 MPa;单纯降低水胶比,混凝土抗压强度无法继续提高;当钢纤维掺量为12%时,混凝土60 d抗压强度达到131.8 MPa,为15%掺量纤维强度的104.4%。

大流动度超高强钢纤维混凝土力学性能研究

研究了钢纤维体积分数对大流动度超高强钢纤维混凝土流动性、力学性能的影响;以单位体积混凝土极限应力时单位强度消耗的应变能为指标,对比了超高强钢纤维混凝土、超高强混凝土和普通混凝土的相对韧性;通过三点弯曲梁试验研究了钢纤维对超高强混凝土断裂能的影响.结果表明:超高强钢纤维混凝土的流动性随着钢纤维体积分数的增加而显著降低,当钢纤维体积分数不大于0.75%时,其坍落度可维持在200 mm以上;与超高强混凝土相比,超高强钢纤维混凝土的相对韧性和断裂能可分别提高1倍和34倍,显示出了其在结构工程中的应用前景.

200MPa超高强钢纤维混凝土试验研究

本文介绍了作者采用特制钢纤维制备超高强钢纤维混凝土的研究结果,着重介绍了水灰比(W/C)、砂灰比(S/C)和养护条件对钢纤维混凝土性能的影响;试验结果表明:采用6％体积含量的特制钢纤维,可制备出抗压强度达200MPa的钢纤维混凝土。

钢纤维超高强混凝土的力学性能试验

为了配制出强度高、韧性好、抗冲击性能良好的超高强混凝土,对钢纤维掺入体积率(Vf)为0~3%、基体强度为110 MPa以上的钢纤维超高强混凝土(SFRVHSC)进行立方体抗压、轴向抗压、劈裂抗拉、抗折强度和弹性模量等性能的测试,并对钢纤维超高强混凝土弯曲韧性进行了试验研究.结果表明,SFRVHSC抗压强度随Vf(0~3%)的增加有一定的增长,弹性模量随着材料抗压强度的提高略有增加;钢纤维对SFRVHSC的劈裂抗拉、抗折强度有显著的增强作用.SFRVHSC表现出优异的韧性,弯曲韧性指数I5、I10、I20分别达基体混凝土的4.71~5.15、9.47~11.23、19.02~24.06倍.SFRVHSC梁的荷载-位移曲线与坐标轴包含的面积也明显增加.

高轴压比PVA纤维超高强混凝土短柱延性的试验研究

试验旨在研究在较高轴压比条件下,高弹模PVA纤维对超高强混凝土短柱抗震延性的改善作用。制作剪跨比为2.0的短柱试件,强度为103.6～112.1MPa,PVA纤维的体积含纤率分别为0.17%、0.33%、0.5%。采用简支梁加载图式进行低周反复荷载试验。观测试件在荷载作用下的开裂和破坏的发展过程,研究不同PVA纤维含量短柱的破坏形态、滞回特性,得到短柱的开裂荷载和峰值荷载。试验结果表明:未掺PVA纤维的试件,在高轴压作用下,发生脆性特征明显的剪切破坏,延性很差。随着PVA纤维含量的增加,试件的破坏形态向具有一定延性特征的弯剪破坏转变,并且开裂荷载和峰值荷载得到大大提高,提高的幅度分别为12.8%～31.1%、13.2%～29.9%;同时抗震延性得到大大改善,位移延性和极限弹塑性位移角分别增加了19.5%～33.6%、42.3%～53.8%。最后给出满足一定位移延性和极限弹塑性位移角的抗震设计要求的最小PVA纤维体积含纤率的建议值。

钢纤维超高强混凝土动态力学性能

采用分离式霍普金森压杆装置对不同纤维体积率的钢纤维超高强混凝土进行不同应变率的冲击压缩试验,结果表明钢纤维超高强混凝土是应变率敏感材料,并测出其应变率敏感阀值,当应变率超过阀值后,钢纤维超高强混凝土的强度、韧度与弹性模量都随纤维体积率的增加而显著提高,在高应变率下,超高强混凝土基体成粉碎性破坏,而钢纤维超高强混凝土呈现出“裂而不散”的破坏形态。

钢纤维超高强混凝土的收缩变形及开裂研究

超高强混凝土的抗压强度虽然很高,但其致命缺陷是高脆性和高的自收缩变形,从而极易产生裂缝。通过研究在超高强混凝土中掺入钢纤维,测试不同基体、不同钢纤维掺量及不同长径比条件下的钢纤维超高强混凝土的收缩变形及开裂规律。试验研究表明：在本试验条件下,钢纤维长径比大对抑制混凝土收缩有利,长径比小的钢纤维对混凝土的抗裂性有益。微钢纤维掺量在0.3%~0.9%范围内时,对超高强混凝土自收缩减小幅度为26.3%~28.8%,对干缩减小幅度为19.5%~43.7%,掺量0.6%和0.9%的微钢纤维超高强混凝土干缩比普通混凝土还小。掺入钢纤维能大幅度减小超高强混凝土的收缩变形,增强超高强混凝土的早期抗裂性能。

聚丙烯纤维对超高强混凝土断裂特性的影响

通过三点弯曲梁试验研究了聚丙烯纤维掺量和种类对抗压强度>100MPa的超高强混凝土断裂性能的影响.结果表明:超高强混凝土裂缝破坏过程分为3个阶段.聚丙烯纤维对延缓超高强混凝土第1阶段和第2阶段裂缝破坏发展有一定的效果,但效果不明显.聚丙烯纤维对延缓超高强混凝土第3阶段裂缝破坏发展效果明显.与未掺聚丙烯纤维超高强混凝土相比,掺2kg·m-3长度19mm聚丙烯纤维的超高强混凝土断裂能增加50.8%,韧性提高54.5%,各龄期抗压强度增大,而掺2kg·m-3长度9mm聚丙烯纤维的超高强混凝土断裂能增加45.5%,韧性提高29.4%,各龄期抗压强度降低.

120MPa纤维超高强混凝土抗硫酸盐及氯离子侵蚀性能研究

对PVA纤维体积掺量为0～2.0%、基体强度为120 MPa的PVA纤维超高强混凝土进行了抗硫酸盐侵蚀及氯离子渗透试验研究。试验结果表明,加入适量PVA纤维会提高超高强混凝土立方体抗压强度;PVA纤维超高强混凝土可以很好地抵御硫酸盐环境的侵蚀作用;随着纤维掺量的增加,PVA纤维超高强混凝土抗氯离子渗透性能有所降低;混凝土龄期对抗氯离子渗透性能有重要影响。

用于纤维编织网增强混凝土的早强基体材料

为实现纤维编织网增强混凝土(textile-reinforced concrete,TRC)快速加固盾构隧道的目的,开发了一种用于TRC的磷酸无机复合类早强型基体材料.通过单轴压缩、坍落流动度、界面拉伸和剪切试验,对比分析了这种早强型基体材料与TRC传统基体材料——精细混凝土的工作性能;采用扫描电镜分析了其作用机理,并提出了力学作用模型.结果表明:与精细混凝土相比,早强型基体材料具有更优异的自密实、黏结以及渗透纤维编织网的能力;采用早强型基体材料的TRC加固方法可实现快速加固,在2h内即可发挥加固作用,具有广泛的应用前景.

钢纤维无粗集料超高强混凝土的抗侵彻性能研究

通过在无粗集料超高强混凝土中加入体积掺量为3%的钢纤维来对其增韧改性,得到钢纤维无粗集料超高强混凝土。为了研究不同强度等级的含钢纤维无粗集料超高强混凝土材料的抗侵彻性能,采用动力有限元程序分析子弹侵彻钢纤维无粗集料超高强混凝土,得到了子弹的速度时间历程曲线和靶体的动态破坏过程。结果表明,在相同的侵彻初速度下,随着混凝土强度等级的提高,子弹的剩余速度明显降低,材料破坏程度明显减弱。在配合比相同而养护条件不同的情况下,人工海水养护制备的混凝土材料比淡水养护而成的抗侵彻性能更强。

纤维超高强混凝土的制备及力学性能试验研究

为提高高强、超高强混凝土的韧性和抗开裂性能,采用复合超叠加技术在配制出抗压强度110MPa以上基体混凝土的基础上,分别配制出了钢纤维增强超高强混凝土、PVA纤维增强高强混凝土,同时对不同体积掺量的两种纤维混凝土进行了立方体抗压、轴向抗压、劈裂抗拉、抗弯性能和弹性模量等力学性能的测试,并对超高强纤维混凝土进行了弯曲韧性的试验研究。结果表明,钢纤维对高强混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度有一定的增强作用,PVA纤维却降低了高强混凝土的立方体抗压强度、轴心抗压强度。两种纤维都能明显改善基体混凝土的劈裂抗拉强度、抗弯强度及弯曲韧性。对此种超高强基体混凝土,钢纤维的增强增韧效果明显好于PVA纤维。

高性能纤维增强混凝土与筋材复合体系拉伸性能研究

超高性能混凝土(UHPC)具有优异的抗压强度,而超高延性水泥基复合材料(ECC)具有优良的拉伸应变强化能力,二者均属于高性能纤维增强基材。纤维增强复合材料筋(FRP bar)具有抗拉强度高、密度小、耐腐蚀性能好的优点。高性能基体与高强度筋材的结合使用,有望解决传统钢筋混凝土结构的耐久性问题,同时保证结构体系的承载能力。选取力学性能不同的3种基体(普通混凝土、ECC和UHPC)与2种筋材(钢筋、BFRP筋),在其材料性能试验基础上,对其组成的6种配筋复合体系进行了轴拉试验。试验结果表明,复合材料的拉伸性能受多种因素的影响。高性能基材可以有效地提升构件强度,但复合体系的变形能力由基材与筋材中应变能力较弱的一方决定;高性能基材所提供的抗拉贡献和应变软化会导致复合体系提前进入破坏状态,反而降低了体系的延性(拉伸变形能力)。初步证明,基于高性能材料的结构构件设计必须综合考虑材料各自的力学性能和材料间相互作用造成的综合影响。

采用超高强度纤维增强混凝土修建的PC水道桥

受日本163号国道扩宽的影响,与国道相交的既有农业用水道桥需要重新修建。为满足国道的建筑净空,必须控制水道桥的梁高。水道桥主梁采用超高强度纤维增强混凝土（简称UFC）,为防止主梁制作时自收缩导致的裂缝,主梁采用补偿收缩型UFC浇注。

超高强改性合成纤维在机场道面混凝土中的应用研究

为了研究不同掺量的超高强改性合成（FC）纤维对道面混凝土抗折强度和抗裂性能的影响，设计了多组不同的混凝土配合比进行试验。对试验现象及结果进行对比，分析不同纤维掺量对抗折强度和抗裂性能的影响。结果表明：不同掺量的FC纤维对混凝土抗折强度略有提高，但效果不明显；当纤维掺量1—1．6kg／m3，混凝土均未产生裂缝，抗裂效果明显。