多尺度钢纤维混杂增强水泥基材料抗冲击性能及阻裂能力

为更好地研究钢纤维混杂方式对水泥基材料的增强作用,本研究使用长度分别为6 mm(S)、13 mm(M)和35 mm(H)的三种钢纤维,进行单掺、双掺、三掺制备钢纤维增强水泥基材料,采用圆柱体试件进行落锤冲击试验,从冲击次数及耗能、破坏形态、裂缝宽度发展等方面探究混杂方式对水泥基材料抗冲击性能及阻裂能力的影响。试验结果表明:钢纤维从单掺到三掺,材料抗冲击性能逐渐增强。钢纤维单掺对水泥基材料强度及抗冲击性能提升效果依次为:M>H>S;双掺组合方式从优到劣为:M+H>S+M>S+H,当1.5%(体积分数,下同)M与0.5%H混掺时材料的增强、增韧效果最佳,28 d抗折强度为22.6 MPa,较单掺M和H分别提高了3.2%和31.4%,抗压强度为154.8 MPa,较单掺M和H分别提高了40.1%和65.5%,初裂与破坏冲击耗能比单掺M和H分别提高了23.5%、425%和36.7%、300%;三掺最优掺量为0.5%S、0.5%M和1%H,初裂和破坏冲击耗能比最优双掺M1.5H0.5组分别提高了33.3%、1.9%。双参数的Weibull分布可以合理地描述钢纤维混杂增强水泥基材料的初裂冲击次数(N1)和破坏冲击次数(N2)。S抑制微裂缝的产生与扩张,M和H阻止宏观裂缝在不同受荷阶段的发展,在不同结构层次、不同受荷阶段发挥逐级阻裂作用。

旧水泥路面加铺薄层罩面层间阻裂材料抗反射裂缝性能研究

为评价层间阻裂材料对旧水泥路面加铺薄层罩面复合结构抗反射裂缝性能的影响,分别成型不加铺阻裂材料、加铺自黏式抗裂贴、加铺土工格栅的3种不同复合结构试件进行滚动荷载疲劳试验和加铺层(OT)试验。结果表明,加铺阻裂材料可延缓罩面层反射裂缝的产生,自黏式抗裂贴的抗反射裂缝性能优于土工格栅;对旧水泥路面接缝进行灌缝可在一定程度上延缓反射裂缝的产生。对旧水泥路面加铺薄层罩面时,建议采用在层间增设自黏式抗裂贴并对接缝进行灌缝处理的技术方案,以提高复合结构的抗反射裂缝能力和使用寿命。

抗渗阻裂水泥砂浆材料在灌溉渠道中的应用研究

针对灌溉渠道易出现渗漏和开裂的问题,研究在灌渠修建工程基础上,分析了玄武岩纤维和膨润土的抗渗阻裂机制,以及对水泥基材料的改性作用,并通过实验得出了最佳掺量配比,制备了新型抗渗阻裂水泥砂浆材料。结果表明,当掺入4%的膨润土、0.4%的玄武岩纤维时,水泥砂浆的抗渗性能提高了61.11%;减裂系数可达到80%,其抗裂级别为Ⅰ级,抗渗阻裂性能得到了较大的提升。此次研究提出的新型水泥砂浆材料可以提升灌溉渠道的综合效益。

再生混凝土增韧阻裂方案设计及产业化推广研究

以基准素再生混凝土(RAC)、单掺钢纤维RAC、单掺聚丙烯纤维RAC、混掺纤维RAC共16组试件为例,运用Origin软件进行数据统计与汇总,绘制荷载-挠度曲线及纤维体积掺量与韧性指数关系图,探讨废布聚丙烯纤维应用于RAC增韧阻裂的设计方案及产业化推广实施要点。结果表明,混掺合适比例的纤维于RAC构件中,能有效增韧阻裂。

冲击载荷作用下预应力锚杆锚固阻裂效应试验研究

在采动应力、冲击动载作用下,深部巷道围岩原生裂隙进行发育、扩展、失稳是深部围岩动力灾害的重要诱因,通过锚杆支护增加破碎围岩完整性,抑制原生裂隙的再度扩展是预防围岩动力灾害的重要手段。为此,采用分离式霍普金森压杆试验系统开展端锚、全锚、让压+端锚3种锚固方式及端头锚固不同预紧力矩条件下预应力锚杆CCNBD试件的冲击动载试验,分析了预应力锚杆对岩体动态断裂韧性、裂纹起裂时间、裂纹扩展速度的影响规律,揭示冲击载荷作用下预应力锚杆锚固阻裂效应。研究结果表明:(1)预应力锚杆阻裂效应表现为提高岩体动态断裂韧性、延缓裂纹起裂时间与降低裂纹扩展速度;(2)高预紧力端头锚固与全长锚固均有助于锚杆发挥锚固阻裂效应,其强化顺序依次为全长锚固>端头锚固>让压+端头锚固,后者因让压结构补偿了裂纹扩展空间,弱化了锚固阻裂效应;(3)冲击载荷作用下加锚岩体变形破坏过程具有裂纹孕育阶段、裂纹扩展阶段、锚杆承载阶段3个阶段,高预紧力矩与全长锚固时锚杆轴向应力在裂纹扩展阶段增速最明显,锚杆锚固阻裂效应最明显。研究成果对深部动载巷道锚固支护工程具有一定的理论指导及借鉴意义。

高性能阻裂抗渗外加剂的研究

以生明矾、硫铝酸盐水泥熟料、天然二水石膏作为膨胀组分,粉煤灰作为增密组分,有机组分YJ作为有机减水憎水阻孔组分,进行优化复合,成功地研制了高性能阻裂抗渗外加剂。同时进行了水泥砂浆和混凝土性能实验,分析了膨胀组分、增密组分和有机减水阻孔组分对材料阻裂抗渗性能的影响,并探明了该外加剂的抗渗阻裂机理。

高性能阻裂抗渗外加剂的研制及其对混凝土性能影响的研究

采用将无机增强阻裂材料WJ和有机减水保塑憎水阻孔外加剂YJ进行分别研制并优化复合的技术路线研制了高性能阻裂抗渗外加剂KLFS。实验结果表明 :以生明矾、硫铝酸盐水泥熟料、天然二水石膏和无机物质A作为主要成分的无机增强阻裂材料 ,膨胀性能稳定 ,膨胀率落差小 ,90d龄期仍有 1 88× 10 -4的膨胀率 ,并有一定的增强作用 ;对高效减水剂引入憎水阻孔组分、保水组分进行改性研制成的有机减水保塑憎水阻孔外加剂YJ ,可提高混凝土工作性 ,严格控制坍落度损失 ,并长期阻孔 ,同时降低混凝土早期水化温升 ,有效防止早期温度收缩裂缝的出现。混凝土中掺入KLFS后 ,2h后坍落度 2 0cm ,90d抗压强度比为 12 8% ,膨胀规律好 ,90d仍有 1 12× 10 -4的限制膨胀率 ,2 8d劈裂强度由基准混凝土的 2 81MPa提高到 3 2 8MPa ,碱含量低 ,无钢筋锈蚀 ,耐久性好。

聚丙烯纤维增强膨胀混凝土阻裂抗渗性能研究

研究了聚丙烯纤维和微膨胀复合对混凝土抗折强度、抗渗性和收缩变形的影响。研究表明 ,聚丙烯纤维和膨胀剂复合与聚丙烯纤维或膨胀剂单一作用比 ,2 8d抗折强度分别提高 7 5 %和 9 9% ,渗水高度分别降低 4 6 %和 6 1% ,阻裂效果显著提高 ;纤维对膨胀混凝土 7～

复杂应力环境下纤维水泥阻裂机理实验研究

水泥环在井下复杂应力环境下易发生脆裂而引起"二次窜流"。在水泥中加入纤维可以改善水泥环的韧性。利用电镜扫描的手段对纤维水泥石受拉、受压以及受射孔冲击破坏产生的裂纹进行的镜像分析实验表明:纤维的存在会使水泥石微裂纹处局部强度增加,从而增加了水泥石抗压强度。同时,纤维的加入使得水泥石的断裂应力强度因子降低,从而增强了水泥石的抗断裂能力。不论裂纹发展方向与纤维长度方向垂直还是一致,纤维—基体界面对裂纹的发展都有一定的阻挠作用。在纤维水泥石受压、受拉以及射孔的破坏过程中,纤维对裂纹的发展都起到了阻裂作用。这种阻裂作用增加了水泥石的韧性,一方面有助于射孔完井作业的顺利完成;另一方面有助于水泥承受复杂的井下应力,进而减少"二次窜流"现象的发生。根据纤维水泥阻裂的机理,建立了纤维水泥阻裂的力学模型。

柔性纤维对水泥稳定粒料基层的阻裂增韧机理分析

利用断裂力学原理,分析了柔性纤维水泥稳定粒料基层中纤维的阻裂增韧机理,并进行了相关试验研究.表明柔性纤维水泥稳定粒料半刚性基层材料是一种具有优良抗裂、抗疲劳、抗收缩、抗冲击性能且韧性好的新型半刚性基层材料.该基层材料的应用将有效解决现行路面半刚性基层的早期开裂问题,大幅度延长路面结构的使用寿命,具有显著的经济价值和重要的社会意义.

秸秆纤维对低碱水泥基材料阻裂性能的影响

探讨了秸秆纤维对低碱水泥基材料阻裂性能的影响,结果表明,基准低碱水泥砂浆的塑性收缩裂缝的开裂权重值为37.5cm,随着秸秆纤维的掺入其裂缝明显减少,当掺入0.2%时塑性收缩的裂缝减少了96%,当超过0.5%时,砂浆基本不产生裂缝,说明秸秆纤维的掺入对低碱水泥砂浆具有很好的阻裂效果。

纤维自密实混凝土早期收缩及阻裂特性研究

采用非接触收缩变形试验、平板抗裂试验以及三点弯曲梁声发射检测,研究了掺PVA纤维、钢纤维以及两者混杂自密实混凝土(SCC)的早期塑性收缩、约束收缩以及荷载作用下的阻裂特性。结果表明,所掺的PVA纤维对改善SCC早期自由收缩作用有限,但能够抑制约束条件下基体的开裂;体积掺量分别为0.07%和1.0%的PVA纤维与钢纤维混杂后,对降低SCC早期收缩开裂效果显著,所配制的SCC抗裂性达到Ⅰ级标准;PVA纤维可闭合加载初期SCC基体中的微裂缝,钢纤维则能有效阻止加载中期裂缝的衍生和扩展,由于两种纤维的协同阻裂作用,能够有效改善SCC的断裂韧性。

基于断裂力学能量理论的柔性纤维混凝土阻裂机理全过程分析

为揭示柔性纤维混凝土的全过程阻裂机理,运用断裂力学能量理论,从裂纹孕育、发生、发展、临界、恶化、破坏等整个发展阶段,构建柔性纤维混凝土的全过程阻裂增强机理模型。研究表明:出现裂纹时,外力做功转化为混凝土应变能、裂纹表面能、裂纹端部塑性应变能;裂纹穿过纤维瞬间出现局部黏结破坏,脱黏部分纤维的变形能增大;裂纹穿过柔性纤维后,部分外力做功转化为脱黏功和纤维弹塑性应变能;若柔性纤维被拔断,将消耗纤维拔断能。柔性纤维对混凝土的阻裂作用,其本质是能量传递的过程。断裂力学能量理论可以揭示柔性纤维强大的耗能阻裂作用。

聚乙烯醇纤维对砂浆阻裂性能的影响

随着我国建筑水平的提高,水泥砂浆的质量相应提高,同时特种砂浆的种类也不断增加,例如外墙外保温用防护砂浆及聚苯颗粒保温砂浆、瓷砖粘结砂浆、防水砂浆等.这就要求砂浆的性能相应提高,其中阻裂性能是砂浆的重要指标,它关系到质量和使用后的外观效果.

SFRC兼有阻裂作用的复合理论

分析了钢纤维增强水泥基复合材料(SFRC)纤维间距理论、复合理论存在的问题,将纤维阻裂与纤维复合增强看成是两种不同的作用,据此提出了SFRC兼有阻裂作用的复合理论.该理论不仅可以给出复合材料的初裂强度和极限强度,而且还能给出复合材料的应力-应变曲线.

钢纤维特征参数对混凝土增强增韧阻裂作用的影响

本文通过钢纤维及其砼的性能试验研究和分析、阐述了钢纤维品种、外观形状、长度、等效直径、长径比、体积率,及抗拉强度等特征参数对钢纤维增强、增韧和阻裂作用的影响,为钢纤维的生产开发提供了理论依据.

聚乙烯醇纤维对矿物掺合料砂浆阻裂性能研究

按照水灰比0.5,胶砂比1∶3设计砂浆,分别研究聚乙烯醇纤维掺量与矿物掺合料砂浆产生裂纹的数量、长度、宽度以及初裂时间等的关系,从而表征砂浆的阻裂性能,并与聚丙烯纤维的掺入效果进行比较,试验表明:每立方米矿物掺合料水泥中砂浆掺入0.9 kg聚乙烯醇纤维能明显的提高的阻裂性能,为纤维增强阻裂砂浆的应用提供了理论依据。

纤维混杂与微膨胀复合对混凝土阻裂性能的影响

研究了不同尺度、不同性质的纤维混杂和膨胀剂的复合物对混凝土阻裂性能的影响及与其他性能的关系，剖析了纤维混杂与微膨胀的复合效应和机理．

地质雷达在隧道铺面防水阻裂层间结合状态检测中的应用

隧道内防水阻裂层的防水阻裂效果与防水阻裂夹层及上下层间的结合状态密切相关,所以准确了解其与上下层间的结合状态是非常重要的。采用SIR-20型地质雷达对重庆绕城高速公路的玉峰山隧道进行检测。结果表明:隧道右幅聚酯玻纤布的层间结合状态比左幅的防水卷材结合状态好。用拉拔试验对雷达检测结果进行验证,结果相吻合。可见,地质雷达在防水阻裂层层间结合性能检测和施工验收等方面具有广阔的应用前景。

在疲劳荷载作用下钢纤维增强高强混凝土特种轨枕的阻裂效应

在预应力混凝土轨枕的基础上,为适应高速重载列车的行驶及特殊部位复杂应力的要求,本文采用纤维型与颗粒型复合增强技术,分别在其中掺加1～1.2%的钢纤维与15%硅灰复合增强预应力高强混凝土轨枕.系统测试了在不同荷载作用下,当疲劳次数从0到200万次时各类轨枕在不同疲劳荷载和不同疲劳次数下裂缝的数量、宽度和高度的变化规律,充分揭示了钢纤维对混凝土优异的阻裂效应,硅灰对混凝土内部结构的细化及界面结构的改善,共同减少与缩小了裂缝源的数量与尺度,并进一步提高了钢纤维的阻裂效应,使得该类轨枕可以带裂缝工作;在抗疲劳性能不变的情况下.当1～1.2%钢纤维和15%硅灰复合掺入时可节省50%的预应力钢筋.