工程复合材料(ECC)的耐久性能试验研究进展

混凝土结构的耐久性是工程领域目前所面临的一个重要问题。而工程复合材料ECC的高延展性和抗裂性将大大改善混凝土结构的耐久性。但在实际应用之前,它必须在长期使用环境下表现出优于普通混凝土的耐久性。本文概括了ECC在冻融循环、抗硫酸盐腐蚀、抗疲劳及纤维在加速老化试验等方面表现出的显著特征,而现场试验结果表明,采用脆性的水泥基材料对脆性混凝土进行无休止的修补这种尴尬状况,有望通过应用高耐久、高韧性的ECC来改变。

木材-FRP工程复合材料的发展与展望

综合介绍了木材增强技术的发展现状、研究动态以及木材-FRP工程木质复合材料的发展前景。纤维增强聚合物(FRP)已经在航空、航天、汽车及体育用品等领域得到广泛的应用,而今,FRP作为增强材料应用于木材工业,将形成一门木材、FRP两大材料交叉的新学科,这一新的领域正越来越受到木材工业的重视。

RTP-PVA混杂纤维的工程水泥基复合材料干缩性能试验研究

为研究回收轮胎聚合物(recycled tyre polymer,RTP)和聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)混杂纤维对工程水泥基复合材料(engineered cementitious composites,ECC)干缩性能的影响,对RTP-PVA混杂纤维总体积分数为2.0%的ECC进行流动性、直接拉伸和干缩试验,并分析混杂纤维作用机理和干缩计算模型.结果表明:RTP纤维替代率为12.5%~50%对ECC流动性影响不大,比单掺PVA纤维的ECC流动性降低1.09%~3.69%.ECC的抗拉强度随RTP纤维替代率的增加而降低,不同比例的混杂纤维比单掺PVA纤维的ECC抗拉强度降低了23.6%~56.6%.不同比例混杂纤维ECC干缩率曲线趋势相近,7 d时干缩率为28 d时的80.92%~82.77%.ECC的干缩率随RTP纤维替代率的增加而降低,28 d时不同RTP纤维替代率的混杂纤维比单掺PVA纤维的ECC干缩率降低了0.80%~2.09%.RTP-PVA混杂纤维可在ECC中协同发挥作用抑制基体干缩,结合试验结果得到适合RTP-PVA混杂纤维ECC的指数型干缩预测模型.

工程水泥基复合材料配合比对其拉伸性能及耗能特性的影响

工程水泥基复合材料(Engineered cementitious composites,ECC)在工程结构修复加固等领域应用广泛。制备了12组不同配比且不同养护龄期的ECC试件进行单轴拉伸试验,研究了不同砂胶比、水胶比、硅灰掺量、纤维掺量及养护龄期对ECC拉伸性能及耗能特性的影响,优化了ECC的配合比范围。结果表明:ECC的初裂强度和峰值强度在水胶比的一定范围内随水胶比的降低而增加,水胶比的建议区间为0.24~0.30;砂胶比在一定范围内的增加会导致ECC的初裂强度和峰值强度显著提高,砂胶比增加且不超过0.66时断裂能、延性指数(耗能能力)均呈现线性增加,砂胶比的建议区间为0.60~0.66;纤维掺量增加对ECC的断裂能和裂纹扩展有一定提高,但会使强度降低,纤维掺量的建议值为1.6%;适当的硅灰掺量能有效增加抗拉应变能力。

机制砂高延性工程水泥基复合材料(ECC)的性能研究

采用双因素方差分析法,研究了水胶比(0.30、0.35、0.40)和砂胶比(0.35、0.45、0.55)对工程水泥基复合材料(ECC)抗压和抗折强度的影响,优选出了最佳水胶比和砂胶比。在此基础上,研究了PVA纤维体积掺量(1.0%、1.5%、2.0%)和机制砂掺量(0、50%、100%)对ECC弯曲韧性的影响,并采用非线性回归法建立了预测模型。结果表明:ECC的最佳水胶比和砂胶比分别为0.30和0.55;掺入适量机制砂能在一定程度上提高ECC的峰值挠度,改善ECC的弯曲韧性;当PVA纤维体积掺量为2.0%、机制砂掺量为50%时,ECC的各项弯曲韧性指标相对最优;建立的机制砂高延性ECC峰值抗弯强度和峰值挠度预测模型的拟合精度较高,具有一定的适用性。

高性价比混杂纤维工程水泥基复合材料的力学性能研究

为提高工程水泥基复合材料(ECC)的经济适用性,并保证其较好的拉伸延性,研究了PVA-ECC的制备方法,配制出性价比较高的PVA-ECC,为实际工程提供更多的材料选择。首先基于ECC的微观力学模型和多尺度结构特征,确定ECC配合比的优化方向。然后通过设计12组不同配合比的ECC试件单轴压缩试验和单轴拉伸试验,研究硅灰、水泥/粉煤灰比、水胶比、PVA纤维种类和CaCO_(3)晶须对ECC力学性能的影响,确定了混杂纤维水泥基复合材料的较优配合比。最后通过价值工程法对比分析本文制备的混杂纤维水泥基复合材料的经济价值,并根据其成本和性能,提出了三种具有代表性的配合比:低成本、拉伸延展性相对较低、单掺国产PVA纤维的H12;中等成本、拉伸延展性相对较高、复掺两种PVA纤维的H11;高成本、高拉伸延展性、复掺日产PVA纤维和CaCO_(3)晶须的H8。本研究可为实现力学性能优化和经济性提高的双重目标提供数据参考。

专业课程思政特色化建设的探索与实践——以南昌航空大学复合材料与工程专业为例

文章从教师队伍、培养模式、课程体系、教学内容、实践教学基地、课外科技活动等方面总结了南昌航空大学复合材料与工程专业突出课程思政航空特色、将“航空强国、航空报国”精神融入课程思政教学改革的探索与实践,实现了“价值塑造、知识传授和能力培养”的人才培养目标。

以学生为中心的《复合材料工艺与制备实验》课程教学改革研究

《复合材料工艺与制备实验》是面向复合材料与工程专业本科三年级学生开设的一门综合性强的专业核心实验课程,对培养学生运用理论知识开展实验研究的能力具有重要作用。传统的实验授课方式是教师讲授成熟的实验方案,学生按实验方案操作,易造成学生参与度低,积极性差的问题。本论文通过对以学生为中心的实验教学进行探究,开展翻转课堂和项目制教学的方式提高学生的兴趣和提出问题的能力,最终提升实验教学质量。

抗收缩工程水泥基复合材料力学性能研究

工程水泥基复合材料(ECC)具有较好的延性和抗拉性能,但成型收缩率较大,容易导致试件成型开裂,严重影响结构的耐久性。在ECC中掺入高性能硫铝酸钙(HCSA)膨胀剂以减小ECC成型收缩率,研究了不同掺量的膨胀剂对ECC收缩率和力学性能的影响。结果表明:膨胀剂掺量为6%~8%(质量分数,下同)时可明显改善ECC的收缩率,膨胀剂掺量过高会使ECC出现膨胀现象;膨胀剂掺量为4%~6%时可明显提高ECC的抗压强度,但对抗拉强度影响较小;膨胀剂掺量为2%~4%时可明显提高ECC的剪切韧性,但对抗剪强度影响较小;膨胀剂掺量为6%~8%时可明显提高ECC的极限弯曲强度。

SAP对高性能工程水泥基复合材料性能的影响

高收缩率是限制高性能工程水泥基复合材料(HP-ECC)大规模工程应用的瓶颈之一。本文通过引入超吸水性聚合物(SAP)来缓解HP-ECC的收缩,研究了不同掺量的SAP对HP-ECC抗压强度、抗折强度、拉伸性能、自收缩和干燥收缩性能的影响,并采用扫描电子显微镜(SEM)研究了SAP对HP-ECC拉伸后纤维表面形貌变化的影响。结果表明,HP-ECC中掺入SAP后的抗压强度和抗折强度降低,自收缩和干燥收缩得到缓解,且自收缩和干燥收缩随SAP掺量的增加而降低。此外,HP-ECC的拉伸强度降低,拉伸延伸率提高。SAP的引入降低了基体的断裂韧度,使基体更容易形成微裂缝,从而改善了HP-ECC的应变硬化行为和多缝开裂现象。随着SAP掺量的增加,纤维从基体中拔出时的表面形貌越来越光滑,纤维-基体界面黏结性能降低。

NiTi形状记忆合金纤维与工程水泥基复合材料界面粘结-滑移的本构关系

通过循环拉拔试验研究了形状记忆合金(SMA)纤维与工程水泥基复合材料(ECC)的粘结性能及其粘结滑移本构模型。在位移控制循环加载过程中,考虑SMA纤维直径、纤维末端形状和粘结长度的影响,获得拉伸应力位移曲线及粘结应力滑移曲线,结果表明:打结型端头可以为SMA纤维提供充足锚固力,其最大拉伸应力可达1039.7 MPa,分别为弯钩型端头、直型端头的2.69、6.97倍;增加SMA纤维与ECC的粘结长度会降低纤维最大拉伸应力,提高SMA纤维的延性;增大SMA纤维直径可使纤维最大拉伸应力增加,且延性也会增加,纤维更不易断裂;将SMA纤维与ECC的本构模型分为不充分锚固及充分锚固2类分别提出本构关系,试验曲线与拟合曲线基本吻合。

有机纤维对工程地聚合物复合材料早期力学性能的影响

研究了分别单掺与混掺PVA纤维和POM纤维对工程地聚合物复合材料(以下简称EGC)早期力学性能的影响,并进行了XRD和SEM分析。结果表明:单掺PVA纤维能较好地提高EGC的抗折强度;单掺POM纤维对EGC弯折次数的提高效果明显;与单掺纤维相比,混掺适量PVA纤维和POM纤维能够更加均衡地改善EGC的脆性;PVA纤维主要通过与基体间的黏结作用改善EGC的脆性;POM纤维主要通过与基体间的摩擦、切削作用消耗断裂能,从而改善EGC的脆性。

经济环保型工程水泥基复合材料力学性能研究进展

基于微观力学理论设计的工程水泥基复合材料(ECC)具有应变硬化行为和多重开裂特性,其极限拉伸应变是纤维增强混凝土的500倍,具有优异的裂缝控制能力,可显著提高混凝土结构的力学性能和耐久性能。然而,有限的原材料产地和高昂的生产成本限制了ECC的广泛应用。基于此,本文回顾了ECC的相关文献,论述了利用本地原材料甚至是再生废弃材料制备出满足性能要求ECC的可行性,讨论了胶凝材料、骨料和纤维材料对ECC力学性能的影响规律以及作用机理。此外,探讨了ECC的研究方向,以期为日后的研究提供参考。

复合材料与工程专业的“汇集式”教学体系

立足于新工科建设大背景,针对复合材料与工程专业学生能力培养,首次提出“汇集式”教学体系。具体包括:基于国家重点扶持行业和区域经济发展特色建立特色鲜明的人才培养方案;基于特色鲜明的人才培养方案构建“汇集式”教学体系;建立促进“汇集式”教学体系持续改进的反馈机制。“汇集式”教学体系的建立,有助于提高学生的专业认知,促进专业发展,缩小高校人才培养与用人单位人才需求之间的差距。

哈尔滨工业大学金属复合材料与工程研究所

哈尔滨工业大学金属复合材料与工程研究所由武高辉教授创建,2014年升格为“金属基复合材料国家地方联合工程实验室”。研究所始终把满足国家重大工程急需和探索科学前沿相结合,在金属基复合材料高品质制备、界面反应控制、材料性能设计等三大核心技术领域形成了特色鲜明的基础理论和工艺技术。研制成功20余种新型复合材料,为我国30余项重大装备提供了关键材料支撑,形成了批产一代、研制一代、探索-代的良性发展态势。拥有研究、开发、生产团队80余人,其中教授、高级技术人员20余人。

高校复合材料与工程专业的实践教学策略探讨

现阶段,我国高校教育体系正在不断改革,各个专业的教学策略都在进行创新,复合材料与工程专业也不例外。该专业属于多学科交叉的新型专业,对实践教学质量提出了较高的要求。但是,当前的教学模式中存在较多问题,因此需要对教学策略进行探讨,不仅能够提高该专业的教学质量,还能够并提高学生的专业水平。基于此,文章首先介绍了高校复合材料与工程专业实践教学中存在的问题,然后介绍了该专业的实践教学策略,以供相关人士交流与参考。

自修复SMA/ECC复合材料加固RC梁受弯性能试验研究

为了提高既有RC构件的承载能力、损伤自修复能力,提升其安全与使用性能,该文提出采用超弹性形状记忆合金(Shape memory alloy,简称SMA)和工程水泥基复合材料(Engineered cementitious composites,简称ECC)复合加固钢筋混凝土梁的方法。设计并制作了4种试验梁以对比不同增强材料加固效果,通过低周单向循环加载试验,分析了不同材料加固试验梁的破坏形态、承载力、耗能性能和自修复能力等性能的影响。研究结果表明:SMA/ECC复合加固梁不仅提高了承载能力,且具有较好的延性和变形能力,同时具有优越的自修复性能。考虑ECC拉伸应变硬化特性,建立了ECC加固梁的受弯承载力计算方法,且计算值与试验值吻合较好。

工程水泥基复合材料自愈合过程与产物

借助环境扫描电镜(ESEM)对纤维表面以及15,30,50μm不同宽度裂缝自愈合产物的生长过程进行了连续观察,结合EDS(energy dispersive spectroscopy)、TEM(transmission electron microscopy,透射电镜)、XRD(X-raydiffraction)及FTIR(fourier transform infrared spectroscopy)等先进研究手段,对工程水泥基复合材料(ECC)裂缝自愈合产物的化学特性进行了分析.结果表明,体系中水泥基材料的进一步水化及C-S-H凝胶和CaCO3晶体的生成是裂缝自愈合的主要原因.宽度15μm裂缝的自愈合产物主要为C-S-H凝胶;宽度30μm裂缝的自愈合产物主要为C-S-H凝胶和CaCO3;观察周期内,宽度50μm形成的自愈合产物量无法填满裂缝.从微观层次上看,宽度30μm以下的裂缝几乎都能完全自愈合.同时,ECC材料中的PVA(聚乙烯醇)纤维有亲水特性,为自愈合产物的形成提供了成核点,有助于ECC材料自愈合产物的形成和生长.

生态型工程水泥基复合材料的制备与性能研究

ECC选用磨细石英砂的最大粒径不超过110μm,极大地制约了它在实际工程中的推广应用.采用多重复合技术并利用矿山尾砂制备出生态型工程水泥基复合材料——ECO-ECC.ECO-ECC同样具有应变硬化和多缝开裂的特性,其极限拉应变值可达2%以上,薄板四点受弯时试件最大裂缝宽度仅为0.06mm,平均裂缝间距为1.43mm,主要性能指标优异.对ECO-ECC的原材料优选原则和制备工艺进行了研究与介绍,制备的ECO-ECC可实现自流平.同时系统分析研究了ECO-ECC耐久性能.ECO-ECC其优越的性能使得其可用于混凝土板面层的维修、桥梁的连接板、框架结构的节点等,具有广泛的应用前景.

不同PVA纤维增强水泥基复合材料性能试验研究

对比研究了日本PVA纤维(J-PVA纤维)和国产PVA纤维(C-PVA、S-PVA纤维)对工程水泥基复合材料(ECC)性能影响的差异。结果表明:在纤维体积掺量为2.0%的条件下,掺J-PVA纤维的ECC能够完全实现多点开裂,应变硬化特征显著,28 d极限拉应变在3.7%以上;掺C-PVA纤维ECC的28 d极限拉应变在2.1%以上,增韧效果良好,且具有明显的价格优势,在实际工程应用中具有较强的竞争力;S-PVA纤维对ECC性能的改善效果不如J-PVA纤维和C-PVA纤维,工程应用中应注意优选甄别。