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。

亚麻纤维水泥基复合材料研究现状及发展展望

亚麻纤维具有断裂强度高、伸长变形小、弯曲性好、扭转刚度大等特点,因此亚麻纤维水泥基复合材料是一种应用前景广阔的土木工程材料。从亚麻纤维物理化学性质、亚麻纤维对水泥基复合材料性能的影响、亚麻纤维水泥基复合材料性能改善方法3个方面系统阐述了亚麻纤维水泥基复合材料的研究现状与存在问题。提出未来发展趋势:加强用亚麻纤维替代聚丙烯纤维制备水泥基复合材料;揭示潮湿情况下亚麻纤维水泥基复合材料性能演变规律;在三轴应力、潮湿条件耦合作用下构建亚麻纤维水泥基复合材料力学损伤模型;从增加亚麻纤维本体强度、改善亚麻纤维和水泥基材料界面黏结性角度来提高亚麻水泥基复合材料的应用性能。

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。

矿渣水泥基复合材料在杂散电流作用下的抗软水溶蚀机理研究

在轨道交通工程运营期间,复杂的服役环境导致混凝土结构耐久性下降。本文主要研究了在杂散电流与软水溶蚀耦合作用下,矿渣掺量、水胶比和杂散电流电压强度对矿渣水泥基复合材料微观结构的影响。结合X射线衍射、热重、扫描电子显微镜和压汞等方法,分析了矿渣水泥基复合材料经溶蚀90 d后的物相组成、Ca(OH)_(2)含量、微观形貌以及孔结构变化。研究结果表明:矿渣掺量越大,矿渣水泥基复合材料内部的Ca(OH)_(2)含量越少,材料的孔隙率越低,结构更均匀致密;随着杂散电流电压强度的增加,矿渣水泥基复合材料内部的Ca(OH)_(2)和AFt含量变少,且AFt和Ca(OH)_(2)等物相边界变得模糊不清;矿渣水泥基复合材料中C-(A)-S-H的含量略有增多,孔隙率略有下降;随着水胶比的增大,矿渣水泥基复合材料内部的Ca(OH)_(2)含量变少,剩余物相含量变少,微观结构变得松散多孔,孔径结构整体粗化,孔隙率增大。

型钢–高延性水泥基复合材料(ECC)界面粘结性能综述

利用高延性水泥基复合材料(ECC)良好的变形和控裂能力将其与型钢组合形成型钢–ECC组合结构,可以提高结构的延性和抗震性能。型钢–ECC界面粘结是保证两种材料协同工作、共同承载的基础。本文综述了国内外关于型钢–ECC界面粘结滑移性能的研究现状和进展,介绍了型钢–ECC及构件基本性能、型钢–ECC界面粘结性能、型钢–ECC界面粘结强度、型钢–ECC粘结应力–滑移本构关系,分析了目前存在的问题,并对型钢–ECC的未来发展前景进行展望,以期为今后ECC材料在型钢–ECC组合结构中的应用提供参考。

定向钢纤维水泥基复合材料的含砂率及定向时程影响规律

为研究钢纤维水泥基复合材料中钢纤维定向分布规律,考虑定向时程和含砂率两种因素,基于团队自主研发的钢纤维定向设备,制作32个试件。在恒定磁场下,系统地开展了梯度定向时程与含砂率钢纤维定向试验,利用COMSOL有限元模拟定向试验磁场分布情况,通过CT-X射线扫描技术获取不同试件的截面图像,计算钢纤维的方向系数,讨论钢纤维受梯度定向时程与含砂率影响下的定向规律。研究结果表明:随着定向时程的增加,在相同含砂率条件下,钢纤维的方向系数在初始阶段迅速提升,然后逐渐减缓,最终趋于稳定;在相同定向时程下,含砂率过高或过低都会对钢纤维的定向效率产生不利影响,控制含砂率在40%左右时可以获得相对理想的钢纤维定向效果。

有机纤维增强水泥基复合材料研究进展

目前有机纤维作为增强体被用于水泥基复合材料成为研究的热点。阐述了有机纤维对水泥基复合材料性能影响的研究进展。首先,介绍了不同种类有机纤维的性能,阐述了不同有机纤维对水泥基复合材料性能的影响,并分析了增强增韧机理。其次,分析了有机纤维性能对水泥基复合材料性能的影响。最后,对今后的进一步研究提出了建议。

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.

玻璃砂超高性能水泥基复合材料的制备及性能

为实现超高性能水泥基复合材料(ultra-high performance cementitious composite,UHPCC)的可持续性和环保性,以玻璃砂替代UHPCC中的河砂,制作玻璃砂超高性能水泥基复合材料(glass sand ultrahigh-performance cementitious composite,GS-UHPCC),通过开展力学性能试验,探讨不同玻璃砂替代率和玻璃砂粒径对GS-UHPCC抗压、抗折性能的影响,定量表征GS-UHPCC的弯曲韧性和能量吸收能力,并通过X射线衍射和扫描电镜试验,分析了玻璃砂的增韧机理.结果表明,以平均粒径为0.27 mm的玻璃砂替代河砂,当体积替代率为40%时效果最好,替代后GS-UHPCC在养护28 d时的抗压强度相较于未掺时提升了17.0%,抗折强度提升了14.8%,能量吸收能力最优,微观结构致密,水化反应最为完全.本研究得出的最优玻璃砂替代率与粒径,可为GS-UHPCC的应用提供可行性支持.

玄武岩纤维对水泥基复合材料抗折强度影响研究

本文以不同方式(单掺、混掺)研究玄武岩纤维掺量(0.1%、0.3%、0.5%)和纤维长度(6mm、9mm、12mm)对水泥基复合材料抗折强度的影响。结果表明:玄武岩纤维对水泥基复合材料的抗折强度起到明显提升作用,单掺时本实验最优掺量为0.3%,最佳长度为9mm。混掺最优方案为三种纤维长度等量混掺。

渗透结晶水泥基复合材料研究综述

渗透结晶水泥基复合材料具有良好力学性能、耐久性能与自修复性能,是一种具有发展潜力的低碳建筑材料。渗透结晶剂中的活性化学物质可通过渗透和结晶反应产生晶体,具有修复水泥基复合材料裂缝的功能,在隧道、桥梁、水坝等工程上具有广阔的应用前景。本文首先介绍了渗透结晶水泥基复合材料的原材料、配比、制备与养护;其次介绍了渗透结晶剂对水泥基复合材料力学性能和耐久性能的影响;再次评价了其自修复性能与影响因素,分析了自修复产物及机理;最后,探讨了其未来的研究方向。

仿生高韧水泥基复合材料制备技术及增韧机理

为了提升混凝土基体的韧性,基于贝壳珍珠层独特“砖-泥”结构,采用水泥石与有机聚合物制备出具有仿生“砖-桥-泥”结构的高韧水泥基复合材料.通过三点弯曲试验、扫描电子显微镜及有限元模拟方法研究了仿生水泥基材料的抗折强度、韧性及增韧机理.结果表明,相较于传统水泥的脆性断裂模式,仿生水泥基材料表现出明显的延性断裂特征,包括峰后曲线渐进下降、跨中挠度大幅增加等.基于有机聚合物的多尺度桥接-伸展效应,仿生水泥基材料内部呈现明显的裂纹偏转及分支现象,体现了仿生“砖-桥-泥”结构的内外协同增韧机制.仿生水泥基材料能够在保证95%抗折强度的基础上,将水泥基体的韧性提高179.45%,可为解决混凝土增韧降脆问题提供新的技术路径.

超高延性水泥基复合材料耐久性研究进展

普通混凝土在特殊环境下容易出现性能劣化、耐久性不足的问题。超高延性水泥基复合材料(ECC)是一种纤维增强水泥复合材料,在拉伸载荷作用下产生微裂纹后具有应变硬化和自愈合能力,使ECC在各种环境条件下比普通混凝土有更佳的耐久性。综述了近年来国内外关于ECC耐久性的研究进展,总结了ECC在抗渗性、抗冻性、耐化学侵蚀性能、耐高温性、耐磨性相关方面的特点,并与普通混凝土进行了对比。研究发现:目前关于多因素耦合条件下ECC的耐久性研究、耐久性微观层面解释以及设计耐高温、耐磨性好的ECC等方面研究还不充分,基于此提出了几个未来研究方向。

氧化石墨烯复掺纤维水泥基复合材料研究综述

氧化石墨烯(GO)作为石墨烯(G)的衍生物有着与石墨烯相类似的力学性能和导热性能等优异性能,并且其亲水性官能团使其相比于石墨烯来说更容易在水中分散从而更容易与水泥基相结合。大量研究已表明GO掺入水泥基中不但可以增强水泥基的力学性能和耐久性能还可以增强水泥基的电磁屏蔽性能、导热性能等性能,为多功能型、智能型混凝土的开发提供了可能。以GO复掺其他功能纤维材料在水泥基中的应用为中心,简述了GO的性能特点、结构特质从而表明GO在水泥基材料中应用的广度和范围,并重点综述了GO的分散性研究和GO复掺纤维水泥基的工作性能、水化过程、力学性能、耐久性能、功能性能的研究,并对未来GO复掺纤维水泥基材料研究的方向进行了展望。

钢-PVA混杂纤维增强水泥基复合材料永久模板叠合RC单向板短期刚度计算方法

钢-PVA混杂纤维增强水泥基复合材料(HFRCC)具有良好的受拉韧性和耐久性能,是永久模板的理想材料。首先探究了PVA纤维掺量对HFRCC工作性能和抗折强度的影响,随着PVA纤维掺量增加,HFRCC的工作性能显著减弱,抗折强度先增大再减小,最终选用含有1.5%钢纤维和0.25%PVA纤维的HFRCC来制作永久模板。随后对六个HFRCC永久模板叠合RC单向板和一个RC单向板进行了四点受弯试验,探究了HFRCC-RC界面处理方式和配筋率对叠合板受弯性能的影响。试验结果表明:抹平、等距凹槽和钢钉拉毛三种界面处理方式对叠合板受弯性能的影响可以忽略;HFRCC模板能够有效限制裂缝发展,减小裂缝宽度和间距,叠合板的开裂弯矩相比于普通混凝土板提高了20.1%~31.7%。分别采用刚度解析法和有效惯性矩法建立了HFRCC-RC叠合板短期刚度计算方法,两种方法均有较高的计算精度且离散性较小。

超高韧性水泥基复合材料力学性能及早期收缩研究

研究了水胶比和聚乙烯(PE)纤维掺量对超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)抗压和抗折强度、弯曲韧性以及早期收缩性能的影响,并结合扫描电子显微镜(SEM)分析了UHTCC的微观结构。结果表明:随着水胶比的增大,UHTCC抗压和抗折强度均降低,而其弯曲韧性呈先降低后增长的变化趋势;增大PE纤维掺量可以显著提升UHTCC抗折强度和弯曲韧性,但会降低其3 d抗压强度,增大其7 d和28 d抗压强度。在早期收缩性能方面,水胶比增大会降低UHTCC早期自收缩,但其早期干燥收缩有所增大。而UHTCC早期自收缩和干燥收缩均随PE纤维掺量的增大而降低。微观结构分析发现PE纤维掺量增大容易导致纤维团聚;水胶比的增大会降低UHTCC基体的密实度和纤维-基体界面黏结力,不利于UHTCC力学性能的发展。

再生细骨料对高延性水泥基复合材料力学性能及碳化耐久性的影响

为促进再生细骨料(RFA)在高延性水泥基复合材料(HDCC)中的应用,研究了RFA取代率(0%、25%、50%、75%、100%,质量分数)对HDCC抗压强度、拉伸性能、四点弯曲强度和碳化耐久性的影响。结果表明,随着RFA取代率提高,HDCC的抗压强度逐渐下降,但拉伸性能与弯曲强度显著提高。100%RFA取代率下HDCC峰值应变为3.06%,弯曲强度为7.9 MPa,较天然细骨料HDCC分别提升了31.33%和11.27%,表现出良好的延展特性。当RFA取代率高于50%时,有助于提高HDCC的碳化耐久性。基于测试结果进行拟合,建立了关于RFA取代率的HDCC碳化深度预测模型。

纳米增强水泥基复合材料抗氯离子迁移及固化性能综述

先进碳基纳米材料在水泥基材料领域的渗透突破了传统水泥基材料的性能使用局限,是未来高性能水泥基复合材料研究的热门领域。然而,虽然目前关于纳米增强水泥基复合材料水化、微观、力学等性能的研究相对较多,但是针对长期耐久性能,特别是对影响钢筋锈蚀的主要因素氯盐侵蚀方面的研究相对较少,且缺少一定的深度与广度。纳米增强水泥基材料抗氯盐侵蚀性能主要体现在两个方面:一是孔隙层面,通过密实孔隙降低整体孔隙率,增加纳微观毛细孔比例,从而降低外界氯离子侵入迁移速率;二是固化层面,通过孔隙固液交界处水泥水化产物氯离子置换固化作用,吸附并降低孔隙溶液中自由氯离子含量。它们的最终目的都是在结构服役寿命内保证钢筋表面侵入的自由氯离子浓度处于锈蚀临界浓度之下,降低锈蚀风险及维护成本。深入明晰纳米增强水泥基复合材料抗氯离子迁移和固化性能及机理,对建立有效预测模型,指导并推动高抗蚀纳米增强水泥基复合材料设计、制备及应用具有重要意义。本文总结了近年来纳米增强水泥基复合材料抗氯盐侵蚀性能的研究进展,对比分析了不同维度、不同制备手段、不同化学组成等各类纳米材料分别对抗氯离子迁移性能和氯离子固化性能的影响效果及机制,同时对未来纳米增强高抗蚀水泥基复合材料的发展及应用进行了展望。

硅烷偶联剂改性聚丙烯纤维水泥基复合材料的性能研究

本文使用不同类型(KH550和KH560)和不同浓度(0.5%、1.0%、1.5%和2.0%,质量分数)的SCA对聚丙烯纤维(PPF)进行表面改性,通过无侧限抗压强度试验和抗折试验,研究了SCA改性聚丙烯纤维水泥基复合材料的承压能力,并使用扫描电子显微镜对改性后的聚丙烯纤维水泥基复合材料进行了微观表征。结果表明:KH560改性聚丙烯纤维对水泥基复合材料的流动度影响较大,KH550次之;整体上,SCA浓度越接近1.5%,对聚丙烯纤维水泥基复合材料流动度的影响越大;随着KH550浓度增大,水泥基复合材料孔隙率总体呈降低趋势,随着KH560浓度增大,水泥基复合材料孔隙率呈先下降后上升的趋势,并且浓度为1.5%时孔隙率最小;两种SCA均提高了PPF表面的粗糙度,并能在PPF-SCA-基体界面实现化学键连接;两种SCA对聚丙烯纤维水泥基复合材料抗折强度的影响较小,但能有效提高抗压强度。总体而言,KH550改性效果优于KH560。

水泥基纤维复合材料与混凝土的黏结性能试验研究

为了实现对老旧混凝土结构快速修补的目的,以磷酸镁水泥代替普通硅酸盐水泥,制备了一种高性能水泥基纤维复合修补材料,并以黏结抗拉强度、抗折强度和抗剪强度为评价指标,考察了其与混凝土结构之间的黏结性能。试验结果表明:混凝土的界面粗糙度越大,水泥基纤维复合材料与混凝土之间的黏结抗拉强度、抗折强度和抗剪强度值均先增大后减小,当界面粗糙度为3.5 mm左右时,黏结性能可达到最佳;混凝土基体强度越大,水泥基纤维复合材料与混凝土之间的黏结抗拉强度、抗折强度和抗剪强度值就越大,黏结性能越好。试验制备的水泥基纤维复合材料与混凝土之间的黏结性能较好,能够满足老旧混凝土结构修补施工的需求。