不同种类纤维增强再生混凝土性能综述及价值简评

纤维增强再生混凝土是在再生混凝土中加入一定比例纤维以改善其力学性能和耐久性的一种混凝土。纤维的种类多样,包括钢纤维、碳纤维、玻璃纤维、聚丙烯纤维等,它们可以显著提高再生混凝土的抗裂性、抗冲击性和抗弯性能。在梳理前人研究成果的基础上,对纤维增强再生混凝土的价值进行了评价,认为发展纤维增强再生混凝土,不仅促进再生混凝土力学性能的提升和耐久性的改善,还能促进建筑业的可持续发展。

纤维增强再生混凝土抗压性能试验研究

为研究纤维增强再生混凝土的抗压性能,以纤维类型(钢纤维、碳纤维、聚丙烯纤维和聚乙烯醇纤维)和再生粗骨料取代率为变化参数,对75个标准立方体试件进行单轴受压试验。研究结果表明:钢纤维的掺入可有效提高再生混凝土抗压强度和耗能能力;掺入体积掺量为0.1%的聚丙烯纤维可改善再生混凝土的耗能能力;聚乙烯醇纤维体积掺量为0.1%时,再生混凝土的抗压强度改善效果最优;碳纤维为0.3%时,再生混凝土的抗压强度及耗能能力均得到提高;随着再生粗骨料取代率的增加,纤维增强再生混凝土的抗压强度和耗能能力呈减小趋势,当取代率为50%、70%时,掺入聚丙烯纤维的再生混凝土的抗压强度相较于取代率为0的聚丙烯纤维混凝土损失较大,分别降低了31.50%和18.60%。基于试验数据,建立了纤维增强再生混凝土单轴受压本构模型,且本构模型与试验曲线吻合程度良好。

CFRP加固受损再生混凝土板的抗弯性能试验研究

为了探究CFRP加固受损再生混凝土板的抗弯性能,制作了4块再生混凝土板(再生粗骨料取代率为50%),考虑预损伤等级及加载循环次数对试件加固性能的影响。通过试验与数值模拟研究,分析了试件的破坏模式、荷载-位移曲线及承载能力,并对规范中的承载力计算公式进行了修正。结果表明:CFRP加固再生混凝土板的破坏模式为CFRP脱落;当预损伤等级<0.4P_(m)(极限承载力)时,加固后的试件承载力变化不大;当预损伤等级≥0.4P_(m)时,加固后的试件承载力随预损伤等级的提升而降低;当预损伤等级<0.9P_(m)时,加载循环次数对试件的承载力影响很小;当预损伤等级≥0.9P_(m)时,试件承载力随加载循环次数的增大而显著降低;试件承载力随着CFRP加固层数的增加而增大;修正后的承载力计算公式具有较高的计算精度。

纤维弹性模量对再生骨料混凝土力学性能的影响研究

建筑业可持续发展背景下,可实现建筑垃圾循环使用的再生骨料混凝土逐渐成为研究热点,然而再生骨料混凝土的内部机理缺陷限制了其应用范围。基于国内外研究现状,分析了聚丙烯纤维、钢纤维、玄武岩纤维等不同弹性模量的纤维作为增强材料加入再生骨料混凝土中时再生骨料混凝土的内部机理以及宏观性能、纤维的类型及特点。研究表明:纤维在有效改善再生骨料混凝土力学性能的同时,其弹性模量也在一定程度上决定了再生骨料混凝土的力学性能。

再生骨料水工沥青混凝土拉伸性能试验研究

为更大化地提高再生骨料在工程中的利用效率及工程效益,本文将再生骨料应用于水工沥青混凝土。针对水工沥青混凝土防渗体在工作环境中可能出现的结构拉裂破坏等问题,在温度为-10~10℃及应变速率为10-5~10-2 s-1条件下对再生骨料水工沥青混凝土拉伸性能展开试验研究。结果表明:随着温度的降低或应变速率的增加,试样的拉伸强度、拉伸模量增加,峰值应变减少,试样破坏截面中骨料断裂比例增加。基于试验结果采用对数型动态增强因子定量描述了应变率对拉伸力学参数的影响规律。与相同工况下天然骨料水工沥青混凝土拉伸性能对比,分析了两者拉伸性能的异同。结果表明再生骨料水工沥青混凝土各项拉伸力学性能较天然骨料水工沥青混凝土虽有一定程度的下降但其各项性能依旧满足规范设计要求。

纺织废料再生纤维增强混凝土力学性能的研究

对纺织废地毯再生纤维增强混凝土的力学性能进行实验研究.结果表明,含量为20/0的纺织废地毯再生纤维增强混凝土的抗压强力、抗剪切强力和抗弯曲强力等力学性能较普通混凝土有所提高;干燥收缩性以及由此引起的韧性及能量吸收性较普通混凝土均有较大改善.这种混凝土若能得到广泛使用,还可节约资源、保护环境.

性能增强再生混凝土框架中节点抗震性能试验

为提高再生混凝土框架结构中节点的抗震性能,利用微硅粉和混杂纤维对再生混凝土进行性能增强,对4根相同轴压比、配筋率和再生骨料取代率条件下,不同微硅粉和混杂纤维掺量的框架柱中节点进行低周反复荷载下的抗震性能试验,对比研究普通再生混凝土与性能增强再生混凝土的破坏形态、滞回特性、延性性能、耗能特性以及变形特点等问题.试验结果表明:性能增强再生混凝土节点破坏过程均经历了初裂、通裂、极限和破坏四个特征阶段;在破坏形态、滞回曲线、延性性能、节点变形及耗能特性方面,性能增强再生混凝土均优于普通再生混凝土,尤其在破坏形态和延性方面表现突出;微硅粉和混杂纤维含量的提高,性能增强效果有下降趋势;经微硅粉和混杂纤维性能增强再生混凝土节点抗震性能明显提高,可在有抗震设防要求地区的结构中使用.

纤维增强再生混凝土力学性能研究现状及展望

采用纤维对再生混凝土进行增强改性形成纤维增强再生混凝土,可在一定程度上弥补再生混凝土的天然缺陷,对保护自然环境具有重要意义。为进一步推动纤维增强再生混凝土的发展及应用,本文在大量查阅国内外文献的基础上,对现阶段纤维增强再生混凝土力学性能的研究成果进行深入归纳总结。重点阐述不同种类纤维对再生混凝土常温下基本力学性能、高温下基本力学性能及动力学性能的增强效果与影响规律,指出了纤维再生混凝土力学性能研究有待进一步解决的问题,并提出了相关研究建议及展望,为该领域的深入研究及纤维再生混凝土的推广应用提供参考。

性能增强再生混凝土框架结构模型双向模拟振动台试验

基于课题组前期有关性能增强再生混凝土（EC—RAC）基本材性、构件等试验结果，设计并制作了一缩尺比例为1：4的3层含有多种类再生混凝土的框架结构模型，并进行了双向模拟振动台试验研究，得到了该框架结构模型的自振频率、阻尼比、结构振型、加速度响应、位移响应、层间位移角等变化规律，结果表明：EC—RAC相较于普通RAC能够较好的控制裂缝的出现与发展，从而改善结构的延性，提高结构的整体抗震性能；随着地震烈度的逐渐增加，结构损伤累积，自振频率逐渐降低、阻尼比逐渐增大、加速度放大系数亦逐渐降低、位移幅值逐渐增大，同时位移幅值的曲线形式与结构第一振型相近，表明结构振动时以第一振型为主；模型经历了七度多遇至八度罕遇各地震作用后，层间位移角均未超过规范中所规定的1／50，上述试验结果均表明，所设计的RAC框架具有良好的抗震性能，完全满足规范中的要求。最后，参考《建筑地震破坏等级划分标准》、《建筑抗震设计规范》（GB50011-2010）等文献，同时考虑各阶段试验现象，建立了能够应用于实际RAC结构震后破坏等级定量评估的5级划分。

性能增强再生混凝土框架中节点非线性分析

再生混凝土作为一种再生资源近年来被广泛应用,在此基础上加入钢纤维和tank纤维制成性能增强再生混凝土,使结构的安全可靠性得到了进一步保证。采用有限元软件ABAQUS对3个混杂纤维掺量分别为0、0.5%、1%的再生混凝土框架中节点进行低周反复试验分析,得到了它们的滞回曲线和骨架曲线,并进行了对比分析。研究表明:相较于普通再生混凝土而言,性能增强再生混凝土框架中节点的耗能性能可提高20%、32%,抗开裂性能及极限承载力性能也更为优异,能够应用于实际工程之中。

性能增强再生混凝土框架中节点地震损伤评估

通过对3个足尺性能增强再生混凝土框架中节点进行低周反复加载试验,按照传统延性损伤模型(单参数)、改进的Park-Ang损伤模型(双参数)对其损伤演化与累积进行分析:各试件特征位移等于20 mm时,试件已经出现损伤,但按照延性损伤模型计算结果为负;当特征位移超过100 mm时,改进的Park-Ang损伤模型计算结果表明各试件已经完全破坏,无法继续承载,但试件实际结果却仍表现出一定的承载能力与耗能能力。因而有必要对前述损伤模型进行修正,使其能够适用于性能增强再生混凝土结构之中。基于前述试验结果,针对改进的Park-Ang损伤模型,提出并拟合了纤维项系数、位移项系数和能量项系数3种修正系数,并建立了相应的修正的Park-Ang损伤模型。最后,利用所提出的损伤模型,以HF-RAC2为例进行了损伤指标误差分析,结果表明:平均误差在6%以内,即:所提出双参数损伤模型能够应用于性能增强再生混凝土框架节点地震损伤与评估分析之中。

纤维增强再生骨料混凝土力学性能试验及公式推导

选取不同纤维制备多种纤维增强再生骨料混凝土试块,测试各项力学性能指标如抗压、劈裂抗拉强度和弹性模量,并与普通混凝土对比;探讨了玄武岩纤维的最优体积掺量,基于试验结果建立玄武岩纤维增强再生骨料混凝土各项力学性能之间关系的换算公式,并推导了力学性能指标计算公式。试验结果表明,由于再生粗骨料的较高吸水率导致实际水灰比降低,使得相同配合比下的素再生骨料混凝土获得了比普通混凝土更高的抗压和劈裂抗拉强度;而掺加纤维并非最优体积掺量及存在散布不均会导致再生骨料混凝土抗压强度下降。此外,玄武岩纤维对再生骨料混凝土力学性能的提升较小,部分性能甚至降低,立方体抗压强度对应最优体积掺量为0.1%,其他力学指标为0.2%。所提出的玄武岩纤维再生混凝土各力学性能指标计算公式准确度较好,具有一定的参考价值。

废易拉罐粗纤维增强再生混凝土基本性能

为改善再生混凝土的性能,用废易拉罐剪成纤维条制备纤维再生混凝土。通过纤维增强再生混凝土(fiber reinforced recycled aggregate concrete,FRRAC)、再生混凝土(recycled aggregate concrete,RAC)和天然骨料混凝土(nature aggregate concrete,NAC)的坍落度试验、立方体抗压试验和劈裂抗拉试验,研究废易拉罐粗纤维的长度、掺量对再生混凝土工作性能和力学性能的影响。结果表明:纤维再生混凝土的流动性随废易拉罐粗纤维长度和掺量的增大而降低,但小掺量时(0.5%)纤维对再生混凝土流动性影响不大;粗纤维的加入,使得再生混凝土的抗压强度存在小幅波动,但劈拉抗拉强度大幅提高。可见,废易拉罐粗纤维可用作再生混凝土的增强材料,实现环保和固体废物资源化目的。

再生混凝土破坏机理及力学增强策略研究综述

废旧混凝土的再生利用符合我国绿色环保、可持续发展的基本国策,因此,如何在研究再生混凝土破坏模型的基础上,有效提高再生混凝土的力学及路用性能,进而扩展其在基础建设领域的推广应用是目前亟待解决的问题之一。结合国内、外最新研究现状,分别从抗压强度、抗拉劈裂强度、弹性模量等方面对再生混凝土破坏机理、破坏形态研究现状进行归纳总结。以此为基础进一步从再生骨料的取代率,骨料类型,试件成型方法,外加剂掺入,钢渣、钢纤维、碳纤维、纤维织物的添加以及粉煤灰或硅粉等矿质填料的加入等再生混凝土力学增强措施研究现状进行梳理与分析。研究成果对加强废旧混凝土破坏机理及力学增强措施的研究具有重要的引导作用,为进一步提高废旧混凝土的再生利用及推广提供参考。

聚丙烯-钢纤维/再生粗骨料混凝土力学性能正交试验研究

基于L_(16)(4^(5))正交表设计16组聚丙烯-钢纤维/再生粗骨料混凝土(PP-SF/RCA混凝土)和1组基准组混凝土的7 d抗压强度和28 d抗压、劈拉及弯折强度试验,研究V_(P)、V_(S)和R_(R)三因素对PP-SF/RCA混凝土力学性能的影响。结果表明,PP-SF/RCA混凝土的7 d抗压强度和28 d抗压、劈拉及弯折强度均大于基准组,较基准组最大增幅分别为41.9%、23.0%、59.1%和28.9%;7和28 d抗压强度随V_(P)、V_(S)和R_(R)的变化趋势相似,但7 d抗压强度的方差分析结果不显著;对于28 d抗压强度,V_(P)和R_(R)为特别显著因素;对于28 d劈拉强度,V_(S)为显著因素;对于28 d弯折强度,V_(S)和R_(R)为显著因素;采用功效系数法对28 d抗压、劈拉及弯折强度试验结果进行综合评价,建议最佳配合比为0.04%的V_(P)、2.0%的V_(S)、80%的R_(R);引用纤维混杂效应理论建立的28 d抗压、劈拉及弯折强度预测模型精度较高。

碳纤维增强复合材料加固再生混凝土复合受扭柱抗震性能试验研究

为探究碳纤维增强复合材料(CFRP)加固再生混凝土复合受扭柱的抗震性能,设计了2根CFRP加固再生混凝土柱试件和1根未采用CFRP加固的再生混凝土柱试件,并进行了复合受扭下的拟静力试验,分析了应变、裂缝发展规律及破坏形态。结果表明:2根CFRP加固试件发生扭型破坏,1根未加固试件发生弯扭型破坏;CFRP加固柱试件具有更好的抗震性能,峰值扭矩和延性系数分别提升了44.68%、71.41%,强度衰减、刚度退化、耗能及累积损伤等性能都得到明显提升;纵筋配筋率对试件的抗震性能影响不大,峰值扭矩提升了5.45%,刚度退化及累积损伤等性能得到改善。

再生粗骨料玄武岩大纤维混凝土梁的抗弯性能试验研究

将玄武岩大纤维(BMF)应用到再生粗骨料混凝土中(RCA),采用不同的再生混凝土骨料取代率以及不同的BMF体积掺量,制作了共16根试件梁和若干立方体与棱柱体混凝土试件,研究了混凝土抗压强度和抗弯强度随BMF体积掺量和RCA取代率的变化规律,对16根试件梁的裂缝出现和发展情况进行了观测。探讨了利用不同取代率RCA以及不同体积掺量BMF进行结构应用的可行性。结果表明,BMF与RCA对混凝土的抗压强度无明显影响;掺加BMF显著提高了混凝土梁的抗弯性能,当BMF体积掺量较高时,混凝土梁的抗弯强度随着RCA取代率的增加而降低。

GRC再生混凝土装饰挂板的研制

利用再生骨料制备再生混凝土作为玻璃纤维增强水泥(GRC)挂板的装饰层,分别从挂板的组成、物理性能和力学性能方面进行了试验和分析。结果表明:与传统挂板相比,GRC再生混凝土装饰挂板更加轻薄,具有优良的物理性能和力学性能。

玄武岩纤维增强再生混凝土箱梁疲劳性能试验研究

为研究玄武岩纤维增强再生混凝土箱梁疲劳性能,设计了10根玄武岩纤维增强再生混凝土波纹钢腹板组合箱梁,对其进行四点弯曲变幅疲劳试验。通过分析箱梁的裂纹扩展过程、破坏形态和挠度,研究再生粗骨料取代率和碳纤维复合材料(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)加固对纤维再生混凝土箱梁疲劳性能的影响。试验结果表明:纤维再生混凝土箱梁呈现两种疲劳破坏形态,即未加固组合箱梁发生钢-混纵向滑移,CFRP加固组合箱梁在波纹钢腹板焊缝焊趾处撕裂;总体上,纤维再生混凝土箱梁表现出良好的抗变幅疲劳性能;再生粗骨料取代率是影响变幅疲劳寿命的主要因素,随着再生粗骨料取代率增加,变幅疲劳寿命分别降低了15.5%、15.5%、10.2%和31.4%;CFRP加固能有效地抑制疲劳裂纹扩展和底板与腹板的纵向滑移,增强再生混凝土抗弯刚度,进而提高组合结构的疲劳寿命;理论计算的纤维再生混凝土组合箱梁的变幅疲劳寿命均高于试验值。

性能增强再生混凝土梁受弯性能试验研究

设计并完成了6根再生混凝土梁试件,其中1根普通再生混凝土梁,3根不同硅粉掺量再生混凝土梁,2根子午线钢纤维与尼龙纤维组成的混杂纤维再生混凝土梁。对该6根梁进行了抗弯性能试验,探讨了普通及性能增强再生混凝土梁受力变形机理及破坏特征。试验结果表明:普通及性能增强再生混凝土梁受力过程仍具有较为明显的弹性、开裂、屈服、极限四个过程;其受力过程基本符合平截面假定,能够按照混凝土结构设计规范(GB50010-2010)进行结构设计;相较于普通再生混凝土,性能增强再生混凝土梁在抗开裂及极限承载力等性能方面更为优异,能够应用于工程实际。最后利用ABAQUS有限元软件对试验梁试件进行了有限元分析,结果表明有限元分析所获得的受弯过程与试验过程吻合较好,验证了试验的正确性。