玄武岩织物-钢-PVA工程水泥基复合材料单轴受压力学性能研究

本文研究了玄武岩织物和混杂短切纤维(钢纤维及PVA纤维,短切纤维总体积掺量为2%)复合作用对玄武岩织物-钢-PVA工程水泥基复合材料(BTR-HyECC)单轴受压力学性能的影响,并通过圆柱体单轴受压试验测得各试件受压性能指标,并绘制出应力-应变曲线。结果表明:当钢纤维掺量为0%(体积分数,下同)时,随着玄武岩织物的加入,试件的抗压强度、峰值应变以及抗压韧性显著提高;当钢纤维掺量增加到1%时,试件抗压强度和弹性模量达到最大;当钢纤维掺量为1.5%时,试件变形能力和抗压韧性达到最佳。基于试验数据,建立了适用于BTR-HyECC的单轴受压本构方程,拟合曲线与试验曲线吻合较好。

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:自愈合能力的综述与探索

工程水泥基复合材料(ECC)具有超高的拉伸性能和裂缝控制性能,不仅赋予其显著的延性特征,还使该材料具备自愈合的潜力,广泛应用于沿海建筑、地下隧道、矿山排水等腐蚀环境中。自愈合是指通过在裂缝中形成黏结性水化产物,并助力于恢复材料力学性能和耐久性能的一种自发行为。结合国内外研究进展,详细分析了ECC中可能的自愈合机理,探讨了预裂缝龄期、愈合环境和辅助胶凝材料等对自愈合效果的影响,介绍了当前水泥基材料自愈合评价方法,并展望其在未来基础设施建设中的应用潜力。

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。

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.

沙漠砂制备工程水泥基复合材料单轴拉伸性能分析

工程水泥基复合材料(简称ECC)具有应变硬化、多裂缝开展、高延性和高韧性特性,砂的工程性质与粉煤灰对于ECC是同等重要的组成部分。针对ECC工程造价高、河砂资源匮乏的问题,本文以原状毛乌素沙漠砂部分或全部替代河砂,以聚乙烯醇纤维(PVA)为阻裂材料,制备工程水泥基复合材料(简称PVA-DSECC)。试验研究了水胶比、砂胶比、沙漠砂替代率及龄期(28d、56d、90d)等因素对PVA-DSECC材料单轴受拉应力-应变曲线、弹性模量、开裂强度、稳定开裂强度、抗拉强度、极限拉应变及裂缝控制能力等单轴拉伸性能的影响,结果表明:原状毛乌素沙漠砂可以完全替代水洗河砂制备ECC,其单轴拉伸性与河砂制备ECC性能相近,能满足工程应用要求。

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。

工程水泥基复合材料高温损伤超声特性

为了研究工程水泥基复合材料(ECC)在高温作用后的损伤机理及超声特性,对不同温度(20,105,250,400,600和800℃)作用后的ECC试件进行超声波和抗压强度测试.结果表明:超声波通过高温作用后ECC的波形幅值、主频幅值、能量和ECC抗压强度的变化趋势相同;不同温度作用后40~50 kHz频段的能量占比均最大,约为0~300 kHz总能量的15%;在20~250℃作用后声速变化不大,温度高于400℃后声速随温度升高而降低.原因是高温后自由水汽化、水化产物分解和骨料物性改变,导致孔隙蒸汽压力升高和骨料界面损伤,ECC内部裂纹产生并扩展.扫描电镜测试结果表明,PVA纤维随温度升高发生软化、熔化和汽化,ECC基体中产生空隙和孔道并与裂纹连通形成网络,有利于释放孔隙蒸汽压力,减弱ECC高温损伤.研究表明超声特性可以有效反映ECC的高温损伤演化过程.

建筑工程水泥与混凝土施工材料检测研究

文章分析了建筑工程水泥与混凝土施工材料检测的重要性及主要影响因素,并分别对建筑工程水泥与混凝土施工材料检测内容、检测前准备、检测方法等进行深入研究,旨在为建筑工程施工材料检测提供参考。

高强钢绞线与工程水泥基复合材料黏结性能试验

为研究高强钢绞线与工程水泥基复合材料的黏结性能,考虑钢绞线直径、相对锚固长度、加固层厚度及ECC抗压强度的影响,对84个棱柱体与12个薄板试件进行单轴拉拔试验.结果表明:拉拔荷载滑移曲线呈现三阶段变化规律;减小钢绞线直径或相对锚固长度,或者增加ECC抗压强度,可以提高平均黏结强度;钢绞线在ECC中的临界保护层厚度为其直径的3.7倍.提出了考虑多因素的高强不锈钢绞线与ECC平均黏结强度及临界锚固长度计算公式,与试验结果吻合良好.

核工程水泥基防腐防水材料防放射性浸出性研究

将CN2000系列防腐防水材料刮涂在放射性蒸残液水泥固化样品上,通过测量其浸泡液的p H值、电阻率及其中的^(60)Co、137Cs的活度浓度,来考察CN2000系列防腐防水材料是否具有优良的防放射性浸出性能。研究表明CN2000系列防腐防水材料具有较好的抗放射性浸出能力,第42天137Cs、^(60)Co的浸出率均低于国标要求;且CN2000Ⅰ、Ⅱ样品137Cs的42d累积浸出分数比空白样品低4~5倍,^(60)Co的42d累积浸出分数比空白样品低4倍。

工程水泥基复合材料叠合层对梁受弯性能的影响

工程水泥基复合材料(ECC)是具有应变硬化性能和优异的裂缝控制能力的高性能水泥基复合材料,用ECC代替混凝土可以避免混凝土脆性引起的开裂和耐久性问题。通过不同厚度ECC分别替换RC梁的受拉区、受压区,与RC梁进行对比,分析受弯性能及延性的变化。结果表明,实测跨中混凝土/ECC截面平均应变基本符合平截面假定,混凝土与ECC的粘结作用良好;ECC位于受拉区的叠合梁最大裂缝宽度小于RC梁,可见ECC能有效控制裂缝的开展;ECC位于受压区叠合梁的极限变形能力高于RC梁,且叠合梁的延性较RC梁得到大幅度提高。

基于DIC的工程水泥基复合材料弯曲损伤分析

利用三点弯曲试验分析了不同粉煤灰用量下工程水泥基复合材料(ECC)的弯曲性能,同时采用数字图像相关(DIC)技术记录和分析了不同粉煤灰用量下ECC在弯曲试验过程中水平、竖向应变云图的演化和裂缝的产生、扩展和贯穿过程,并提出利用开裂面积比和分形维数表征ECC的损伤程度.试验结果表明,ECC在弯曲荷载作用下具有应变硬化特性,且随着粉煤灰掺量的增加,材料的弯曲强度和最大裂缝宽度先增加后减小,但材料的挠度、断裂能、弯曲韧性和开裂面积比值逐渐增加,这说明粉煤灰能够有效改善材料的变形性能.此外,通过DIC技术分析得到的应变云图能够直观表征ECC应变演化及裂缝产生、扩展和贯通过程,开裂面积比和分形维数能够有效表征ECC的损伤程度.

改性碳酸钙晶须对工程水泥基材料力学性能的影响研究

采用正硅酸乙酯(TEOS)对CaCO_(3)晶须进行表面改性,通过X射线光电子能谱仪、红外光谱仪、扫描电子显微镜及X射线衍射仪等测试改性CaCO_(3)晶须(MCW)表面的组成与特性。结果表明,正硅酸乙酯的水解产物与CaCO_(3)晶须表面的羟基发生反应,在CaCO_(3)晶须表面形成了稳定的、无定形态的SiO_(2)。改性CaCO_(3)晶须能进一步提高工程水泥基材料(ECC)的力学性能。改性CaCO_(3)晶须增强ECC的作用机理为:改性CaCO_(3)晶须表面的SiO_(2)与Ca(OH)_(2)发生水化反应,在MCW周围生成更多C-S-H凝胶,CaCO_(3)晶须被周围水化产物紧密包裹,增强了晶须与水泥基材料之间的界面粘结作用,裂缝在扩展过程中消耗更多的能量;水化反应的进行提高了水泥石结构的致密性,从而进一步提高ECC的力学性能。

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。

氧化镁质和硫铝酸钙膨胀剂对工程水泥基复合材料性能的影响

本文研究了氧化镁质和硫铝酸钙膨胀剂对工程水泥基复合材料水化产物及微观结构的影响。结果表明:两种膨胀剂均会引起工程水泥基复合材料流动性能、力学性能的下降;掺入氧化镁质膨胀剂使得材料体系中大量生成富镁硅钙石,而掺入硫铝酸钙膨胀剂使得材料体系中钙矾石含量增大,两种水化产物均可以细化材料的孔结构,改善试样的抗氯离子渗透性能,5%(质量分数)掺量下硫铝酸钙膨胀剂试样的孔径比氧化镁质膨胀剂试样的更小,结构更加稳定。

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。

PVA纤维增韧工程水泥基复合材料在屋面防水工程中的应用研究

制备了PVA纤维增韧工程水泥基复合材料(PVA-ECC),并研究了PVA-ECC在屋面防水中的应用。结果表明:PVA-ECC在28 d龄期时,渗透压力为3.0 MPa,渗透高度为13 mm,电通量为78 C;在防水层厚度为4.5~6.4 mm范围内,与既有屋面的粘结强度≥0.8 MPa。PVA-ECC工作性能优良,施工效果好,可作为屋面防水层用材料。