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。

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。

定向钢纤维增强水泥基复合材料准脆性断裂分析

基于边界效应模型基本理论,建立了钢纤维长度与特征裂缝长度之间的关系,计算了定向钢纤维增强水泥基复合材料(ASFRC)的等效断裂韧度和拉伸强度,进而得到了ASFRC材料的断裂破坏曲线.结果表明,当离散系数分别取0.4~0.7和0.2~0.4时,可得到较为合理的等效断裂韧度和拉伸强度值.对比分析ASFRC和随机乱向钢纤维增强水泥基复合材料(SFRC)的断裂破坏曲线可以发现,满足线弹性断裂力学的最小试件尺寸随着离散系数的增大而增大;ASFRC和SFRC的拉伸强度和考虑初始裂缝影响的名义应力随着离散系数的增大而减小.此外,改进的简化解析公式不仅可确定材料的等效断裂韧度和拉伸强度,还可预测试件的破坏.

SMA/PVA混杂纤维增强水泥基复合材料拉伸性能

为研究形状记忆合金(SMA)/聚乙烯醇(PVA)混杂纤维增强水泥基复合材料(SMA/PVA-ECC)的拉伸性能,开展单轴拉伸试验,分析了SMA/PVA-ECC试件的破坏现象、应力-应变曲线及特征参数,比较了SMA纤维掺量及其直径对试件拉伸性能的影响.结果表明:SMA/PVA-ECC试件卸载后残余裂缝宽度显著减小;SMA纤维掺量及其直径对试件拉伸性能影响显著,当SMA纤维直径为0.2 mm、掺量为0.2%时,试件综合拉伸性能最好,其初裂强度、极限拉伸应力及应变较工程水泥基复合材料(ECC)试件分别提高56.4%、23.6%及13.4%.

再生砂浆粉纤维增强水泥基复合材料拉伸及开裂性能研究

将建筑垃圾研磨筛分成再生粉(再生砂浆粉、再生混凝土粉等)并替代胶凝材料制备水泥砂浆基体,是建筑垃圾再利用的有效途径。通过扫描电子显微镜对再生砂浆粉(RMP)的微观结构进行观测并利用X射线荧光对RMP的矿物组成进行了测定,将RMP替代水泥(替代率分别为12.5%、25%、50%)制备纤维增强水泥基复合材料(FRCC),研究其单轴拉伸应力应变行为及不同应变状态下裂缝宽度及分布情况。结果表明:相较于水泥,RMP的SiO 2含量较多,而CaO含量相对较少,一定程度上降低了胶凝材料的水化反应和基体强度;RMP粒径分布比水泥更广,较小粒径的颗粒可有效填充基体缝隙,因此当RMP替代率较大时,其对基体强度的影响较小;3种再生砂浆粉纤维增强水泥基复合材料(RMP-FRCC)试件均表现出了优异的应变硬化特性和多缝开裂控制能力,极限应变均达到了8%以上,裂缝分布均匀,极限应变状态下的平均裂缝宽度均在100μm以下;25%的RMP替代水泥可显著增加FRCC的应变硬化特性,但较大的替代率(50%)则会降低其力学性能及应变指标。

聚乙烯醇(PVA)纤维增强水泥基复合材料单纤维拔出细观机理研究

目的 探索聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)高韧性、应变硬化宏观力学行为的细观机理,为其材料特性设计奠定理论基础。方法 基于黏聚力单元和非线性弹簧连接器,建立单PVA纤维/水泥基体的ABAQUS有限元模型,对单PVA纤维拔出水泥基体的全过程进行数值模拟分析。结果 PVA-ECC单纤维拉拔力-拉拔位移曲线可细分为线弹性阶段、连续脱黏阶段、整体滑移阶段、机械咬合硬化阶段和纤维磨损断裂阶段;纤维与水泥基体之间的传力机制包括剪滞切应力和机械咬合力;随着拉拔力的增加,机械咬合力逐渐成为主要传力机制。结论 水泥基体与纤维之间的机械咬合作用以及纤维表面的磨损是导致纤维断裂的根本原因,通过对纤维表面进行适当处理,可以降低水泥基体在机械咬合硬化阶段对纤维表面的磨损,使纤维断裂模式转变为纤维拔出模式,以更好地控制水泥基体的微裂纹失稳扩展,从而进一步提高PVA-ECC的韧性。

纤维复合材料剪滞理论的改进与参数分析

对于纤维复合材料,传统剪滞理论没有考虑基体轴向应变的影响,导致无法反映基体在应力传递中的作用。通过对剪滞理论的改进,解决了上述问题,推导了纤维轴向应力、纤维轴向变形、基体轴向应力、基体轴向变形、纤维/基体界面剪应力、纤维/基体相对滑移量的分布公式,分析了界面弹性模量对应力传递机制的影响,结果符合现有研究成果。经与有限元分析结果对比,验证了改进理论的合理性。

纤维再生微粉水泥基复合材料断裂性能分析

基于三点弯曲试验,研究水胶比、再生微粉取代率、纤维种类对纤维再生微粉水泥基复合材料(FRPCC)断裂性能的影响.根据双K断裂参数分析各因素对FRPCC的增韧效果,并结合微观形貌分析各因素对FRPCC韧性的改善机制.结果表明:水胶比增大使纤维再生微粉水泥基复合材料失稳韧度先升高后降低;断裂韧度随着再生微粉取代率提升呈现先增后减的趋势;单掺玄武岩纤维(BF)会使FRPCC脆性增加,聚乙烯醇纤维(PVA纤维)占比增大能够明显提升FRPCC的断裂韧度;当水胶比为0.28、再生微粉取代率为45%、复掺0.2%玄武岩纤维和1.7%PVA纤维时,微观结构紧密,断裂韧度最优.

秸秆纤维增强水泥基复合材料研究进展

秸秆纤维增强水泥基复合材料是一种利用秸秆纤维掺入水泥基材料而制成的复合材料,具有保温抗裂抗冲击等特性的同时也具有绿色环保的经济效益。通过分析与综述国内外秸秆纤维增强水泥基复合材料的制备技术、力学性能、耐久性能和保温性能的研究进展,总结了秸秆纤维增强水泥基复合材料作为一种经济环保新材料的诸多优点,并对未来进一步的研究及推广应用提出相关建议。

不同含水状态下喷射型PP-PVA混杂纤维增强水泥基复合材料性能研究

一些建筑结构长期工作在水环境中,处于不同含水状态,含水混凝土的抗压力学性能与干燥混凝土相比有较大的改变,这可能会对结构安全性造成一定的影响。与此同时将纤维增强水泥基复合材料(ECC)用于建筑结构已成为研究热点。因此主要研究不同含水状态下PP-PVA混杂纤维增强水泥基复合材料性能差异的研究。开展了4种含水状态下PP-PVA混杂纤维增强水泥基复合材料(HFRCC)单轴压缩试验,结合扫描电镜、X射线衍射和核磁共振试验研究其性能和破坏特征。结果表明:HFRCC的吸水量时程曲线呈指数函数增长,前0.5 h内快速增长,0.5~204 h内,增长速率逐渐降低,204~276 h内增长速率基本为0,开始趋于稳定;随着试件含水量增加,抗压强度、峰值应变和压缩韧性值均呈下降趋势,相反弹性模量呈上升趋势;典型破坏过程可看成裂而不散的延性破坏,大多为伴随着大量微裂纹的单剪面或共轭双剪面的拉剪破坏。

PVA自修复纤维增强水泥基复合材料实验研究

文章首先研究测试掺和硅灰和过量PVA等添加剂的FRCC的自修复能力。借助两项实验研究评估不同裂纹条件下FRCC自修复能力。试验I对试样进行冻融循环,以引入微裂纹,试验II通过拉伸载荷试验产生了宽度高达500μm的可见裂纹,将受损FRCC试样暴露在多种条件下,以诱导自修复固化。试验I由于微观结构致密化和裂纹填充,所有裂纹和RDYM都能够恢复;试验II中FRCC自修复固化后证实水密性系数恢复,这与浸入水中期间比例一致。研究结果表明,PVA混合物能够提高裂纹FRCC自修复能力,不会对FRCC性能造成任何负面影响。

纤维增强水泥基复合材料自愈合性能研究进展

纤维增强水泥基复合材料(FRCC)具有饱和多缝开裂特性及自愈合性能,其细而密的微裂纹有利于促进FRCC产生自愈合行为,降低结构维护成本,提高结构耐久性。本文归纳了FRCC自愈合机理,介绍了FRCC自愈合性能的研究现状,讨论了FRCC自愈合性能提升的对策,并对未来FRCC自愈合性能的研究进行了展望。本文研究成果可为FRCC自愈合性能在实际工程的应用提供一定的借鉴与参考。

橡胶粉改性高延性水泥基复合材料纤维优化研究

将废旧轮胎回收得到的橡胶粉与纤维增强水泥基复合材料(ECC)结合,可以得到绿色环保、性能优异的橡胶粉ECC。文章研究了国产PVA、PE和PP三种纤维对橡胶粉ECC轴向拉伸性能的影响,并探讨了不同橡胶粉粒径、养护环境和养护龄期下ECC的基本力学性能。结果表明:掺入PE纤维的橡胶粉PE-ECC增韧效果最好,其极限拉应力可达到6.97 MPa,极限拉应变最高接近6%。橡胶粉粒径为0.2~0.9 mm时,橡胶粉PE-ECC均表现出明显的受拉应变硬化现象,其极限拉应变稳定在3.2%左右,且粒径越大,极限抗拉强度越小。在同一养护条件和养护龄期下,随着橡胶粉粒径减小,ECC的立方体抗压强度逐渐削弱,粒径0.3 mm的橡胶粉对PE纤维与水泥基体的锚固及拉伸性能影响相对较小。此外,掺入橡胶粉的PE-ECC韧性及能量吸收能力更优,其弯曲韧性指数由普通PE-ECC的20.94提高至25.33,且变形能力显著增强。

高韧性低收缩纤维增强水泥基复合材料特性及应用

基于细观力学设计的高韧性纤维增强水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composite-ECC)是当前比较成功的具有应变硬化特性的水泥基材料。本文介绍了近期通过改进传统ECC基材,研制的低收缩ECC材料的主要力学特性,包括干燥性能,单轴拉伸与压缩性能,弹性模量及极限拉压应变等主要力学参数。试验结果显示,采用低收缩基材的ECC的28d干燥收缩值分别为传统ECC干燥收缩值的0.12～0.20。单轴拉伸结果表明,采用低收缩基材的ECC的极限应变、裂纹宽度等参数与传统ECC相比,也有了明显的改进。在0.55～0.25范围内调整水胶比可以制备出抗压强度为20～60MPa,并保持应变硬化和多点开裂特性不变的水泥基复合材料。除拉伸时表现出显著的塑性变形外,在抗压试验中,该材料在压应力峰值过后也同样表现出明显的类似于金属材料屈服的塑性变形特性。最后对该材料近期应用研究作了介绍。

PVA纤维对超高韧性纤维增强水泥基复合材料力学性能的影响

通过对超高韧性纤维增强水泥基复合材料制作的立方体试件、棱柱体试件,进行了抗压、抗折和I型断裂试验,研究了不同配合比下各组试块的抗压强度等力学指标与纤维掺量及基体材料强度的关系,研究了荷载与变形的关系、及不同切口高度试件的抗裂性能等。试验结果表明:合理的配合比及最佳PVA掺量能提高纤维增强水泥基复合材料的抗压强度、抗折强度以及抗裂韧度;研究了国产PVA纤维与进口PVA纤维的合理掺量,在相同力学指标的前提下,利用国内PVA纤维造价低的优势,可实现部分代替超高性能水泥基复合材料中的进口PVA纤维,从而达到这种复合材料国产化、本地化的目的。

PVA纤维增强水泥基复合材料:性能与设计

PVA纤维成为制备高延性纤维增强水泥基复合材料的首选而被广泛应用。综述了PVA纤维以及PVA纤维增强水泥基复合材料的基本性能,指出PVA-ECC性能设计应借助微观力学模型,从纤维的几何特性、纤维基体界面特性以及基体自身特性三方面进行研究分析,在此基础上,提出需要进一步研究的问题。

碳纤维水泥基复合材料导电机理的探讨

通过研究水泥基体的导电性能和不同纤维掺量、外力作用下及掺入骨料后的碳纤维水泥基复合材料的导电性能,探讨碳纤维水泥基复合材料的导电机理.研究表明,水泥基体的电阻随水化时间显著增加,其导电机理是强电解质溶液的离子导电;碳纤维水泥基复合材料的电阻率随纤维掺量增加而显著降低,其电导由接触导电、隧道导电和离子导电3种机制共同决定;碳纤维水泥基复合材料在压力作用下,电阻率因界面接触的改善和纤维搭接概率的增加而降低,在拉力作用下,电阻率因纤维的拔出、折断而提高;骨料的引入增加了复合材料的电阻,这是由于骨料增加了纤维分散的难度和折断的概率,同时阻碍了纤维的搭接并提高了隧道势垒.

碳纤维水泥基复合材料在循环荷载作用下的压敏性

目的研究碳纤维水泥基复合材料(CFRC)的压敏性.方法在弹性阶段,对试件施加循环荷载,测定在荷载作用下试件的电压,将试验结果进行了比较,分析在相同荷载下试件电压重复程度以及试件电压与荷载的关系.通过换算,把电压与荷载的关系表示成电阻与压应力的关系.结果在加载开始阶段,相同荷载下试件电压重复程度比较差,在加载后期试件电压重复性较好;在荷载变化幅度相同的情况下,荷载较小时试件电压变化值大于荷载较大时试件电压变化值.循环荷载的变化范围对压敏性的灵敏度影响不大,灵敏度K基本在-1.04^-0.75kΩ/MPa之间.结论在循环荷载次数增加的情况下,试件电压变化表现出较好重复性.试件电压反映了试件内部的变形情况.CFRC表现出具有较好的压敏性,为工程应用提供了理论依据.

碳纤维水泥基复合材料的正、负压敏性及其机理分析

对碳纤维水泥基复合材料的压敏特性进行了实验研究。结果发现,在含水量不同的情况下,碳纤维水泥基复合材料分别具有正、负两种压敏特性。含水量较高时,碳纤维水泥基材料的电阻相对变化率随应力的增大而增大,随应力的减小而减小,表现出正压敏性。而含水量较低时,电阻相对变化率随应力的增大而单调减小,随应力的减小而单调增大,表现出负压敏性,进而提出了一种双效应机理,并对这一物理现象进行了合理解释。

碳纤维水泥基复合材料的阻温特性

研究了碳纤维水泥基复合材料的阻 温特性。发现当温度低于某一特定值时,电阻率随温度的升高而单调降低(NTC效应)。超过此值时,则表现为电阻率随温度升高而大幅度单调增加(PTC效应)。普通水泥基材料不具有相应的阻 温特性。