钢纤维对UHPC拉伸性能及其拔出行为的影响

采用单轴拉伸试验和单丝拉拔试验探究了钢纤维形状、长度与直径对超高性能混凝土(UHPC)拉伸性能及钢纤维拔出行为的影响,并结合部分单丝拉拔试验样品的钢纤维表面形貌和钢纤维基体界面的扫描电子显微镜(SEM)观察结果,对前述影响进行了合理解释.结果表明:掺有端钩型钢纤维的UHPC拉伸性能和钢纤维单丝拉拔性能普遍优于同直径同长度的平直型钢纤维,端钩型钢纤维的锚固力是导致其拉伸全应力应变曲线出现“屈服段”和拉拔载荷位移曲线出现平台期的原因;无论平直型还是端钩型钢纤维,当钢纤维直径相同时,UHPC的初裂强度随钢纤维长度增加而呈先增大后减小趋势,当钢纤维长度为16 mm时获得最优UHPC拉伸性能与钢纤维单丝拉拔性能;随着钢纤维直径的增加,掺有相同长度端钩型钢纤维的UHPC拉伸性能与钢纤维单丝拉拔性能逐渐变差,原因在于随着钢纤维直径的增加,钢纤维基体界面出现泌水,导致混凝土局部孔隙增多,结构疏松.

超高性能纤维增强水泥基复合材料单根钢纤维拔出行为研究

基于Funk-Dinger模型求解计算,实现超高性能纤维增强水泥基复合材料(UHPFRCC)基体配合比的确定,并在此基础上分别研究了纤维埋入深度、基体中纤维掺量以及纤维埋入角度对单根钢纤维在UHPFRCC中拔出行为的影响。试验结果表明,纤维埋入深度、基体性能和纤维埋入角度均对UHPFRCC中单根钢纤维拔出行为影响显著,粘结强度和拔出功均随着埋入深度和基体强度的增加而大幅度提高。

冻融作用后超高性能混凝土中钢纤维的拔出行为研究

将超高性能混凝土冻融0~1500次后进行钢纤维的拔出实验和纳米压痕实验,研究了倾斜角度和埋置深度对钢纤维拔出行为的影响。结果表明,不同倾角和埋深的钢纤维其拔出荷载峰值都随着冻融次数的增加而逐渐降低,倾角为50°时拔出荷载峰值达到最大值;钢纤维-水泥浆体界面过渡区中的微孔洞逐渐增多和汇聚,过渡区的厚度由20μm增加到65μm;钢纤维与过渡区组成相的微观力学性能的降低较小。过渡区的宏观有效弹性模量随着冻融次数的增加而降低,冻融600次后降低的幅度增大。过渡区的微观结构和宏观力学性能劣化,是钢纤维粘结性能降低的主要原因。

非直纤维的细观动态拔出模型分析

在Chanvillard关于非直纤维静态拔出模型基础上,建立非直纤维的细观动态模型。此模型通过纤维与基体接触界面剪应力的传递考虑纤维的动态拔出过程,并考虑应变率效应。同时,适当选取阈值,建立基于细观损伤演化的纤维脱粘和拔出动态模型。此模型可以很好地模拟Chanvillard关于非直纤维的静态实验结果,并能反映复合材料的应变率影响。

温度对CNTs/NBR复合材料性能影响的分子动力学分析

为了探究不同温度下碳纳米管对丁腈橡胶力学性能的增强情况,采用分子动力学方法基于Materials Studio模拟软件,对不同工况温度下纯丁腈橡胶及碳纳米管/丁腈橡胶复合材料的力学性能、自由体积分数、分子扩散情况进行了建模及计算,并通过拔出行为模拟分析了碳纳米管与橡胶基体间的界面结合能.结果表明:加入碳纳米管后,随着温度的升高,由于界面结合能较为稳定,不同温度下橡胶的力学性能得到提升且在100℃以上高温时提升效果更加明显.

形状记忆合金纤维与高延性水泥基复合材料基体的界面粘结性能的影响

针对形状记忆合金(SMA)纤维端部形式、直径、深径比(粘结长度/纤维直径)3个因素设计制作了5组试件,通过位移控制加载进行拉拔试验,分析了破坏形态、拉拔应力-应变曲线、平均粘结强度以及纤维利用率等性能,并比较了各因素对其与高延性水泥基复合材料(ECC)粘结力学性能的影响。基于试验结果,对SMA纤维在ECC中的破坏模式和粘结-滑移机理进行分析。结果表明,SMA纤维拉拔应力-位移曲线分为弹性阶段、脱粘阶段、马氏体相变阶段以及马氏体硬化阶段,直型端部SMA纤维直径和深径比的增大均会降低界面间粘结力,而N型端部SMA纤维端部锚固力能够有效改善界面间粘结性能和提高纤维利用率。

波纹型钢纤维混杂纤维混凝土界面黏结性能

考虑钢聚丙烯混杂纤维体积分数、波纹型钢纤维埋置深度和混凝土基体强度等因素,设计制作了21组混杂纤维混凝土拉拔试件,通过拉拔试验研究了波纹型钢纤维与混杂纤维混凝土基体的界面黏结性能.基于实测的钢纤维拉拔力滑移曲线,分析了上述因素对波纹型钢纤维最大黏结力和拉拔功的影响规律,阐明了界面黏结机理.结果表明:当波纹型钢纤维体积分数为1.50%、聚丙烯纤维体积分数为0.05%时,界面黏结性能最佳;界面黏结力随着基体强度的提高而提高;增大钢纤维的埋置深度,界面黏结强度提高,但当埋置深度大于8mm时,界面黏结强度随着埋置深度的增加而减小.

混杂钢纤维对钢纤维–超高性能混凝土界面黏结性能的影响

通过单根钢纤维拉拔试验,研究了2种钢纤维(平直型和端钩型钢纤维)在混杂钢纤维超高性能混凝土(UHPC)中的黏结性能。基于实测钢纤维拉拔荷载–位移曲线,分析了钢纤维混杂配比、钢纤维体积掺量对钢纤维–UHPC基体界面黏结性能的影响,以及钢纤维–UHPC基体界面黏结性能与UHPC抗压强度的关系,阐明了钢纤维在混杂钢纤维UHPC中的拔出过程,并建立了平直型和端钩型钢纤维拔出过程的黏结–滑移模型。指出UHPC基体内平直型和端钩型钢纤维体积掺量均为1%(体积分数)时,钢纤维混杂对钢纤维–UHPC基体界面黏结性能的增强效果最佳。