混杂聚丙烯纤维混凝土性能研究

本文研究了二种直径聚丙烯纤维混杂配制的混凝土的强度、耐磨性能、抗氯离子渗透性能、气渗、碳化等。综合论述了混杂聚丙烯纤维对混凝土力学性能和耐久性能的影响,探讨和分析了混杂纤维混凝土耐磨性能和劈拉强度提高的机理。

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土与变形钢筋黏结性能试验研究

通过51个钢-聚丙烯混杂纤维混凝土试件的中心拉拔试验,研究钢-聚丙烯混杂纤维混凝土与变形钢筋的黏结性能,分析钢纤维体积率、钢纤维长径比、聚丙烯纤维体积率和混凝土强度对黏结性能的影响,建立黏结本构关系。结果表明:对极限黏结强度的影响排序为,混凝土强度最大,钢纤维的体积率和长径比次之,聚丙烯纤维体积率最小;随着钢纤维体积率、钢纤维长径比和混凝土强度的增大,极限黏结强度分别提高18.4%、17.4%和50.5%,峰值滑移分别提高39%、38%和31%,聚丙烯纤维体积率的变化对极限黏结强度和峰值滑移没有明显影响;与钢纤维混凝土、聚丙烯纤维混凝土和普通混凝土相比,极限黏结强度相应提高5.3%、21.3%和18.2%,峰值滑移相应提高2.8%、36%和90%。提出黏结应力-滑移全曲线的数学表达式,可为钢-聚丙烯混杂纤维混凝土的工程应用和《纤维混凝土结构技术规程》的修订提供参考。

混杂钢-聚丙烯纤维混凝土的试验研究与强度计算

为探究混杂钢-聚丙烯纤维混凝土力学性能,基于复合材料强度理论,在试验研究的基础上,对混凝土强度对比试验结果进行数值分析,并根据试验结果规律,给出了混杂钢-聚丙烯纤维混凝土立方体抗压强度、劈裂抗拉强度和轴心抗拉强度的计算式,以及各强度间的关系。通过数理统计方法分析研究了混杂纤维混凝土中纤维体积率、长径比对强度的影响,确定了计算模式中的待定参数。从强度计算式中不同纤维对应的影响系数可以看出,对混杂钢-聚丙烯纤维混凝土的强度起决定作用的是钢纤维的体积率和长径比;混杂钢-聚丙烯纤维混凝土的强度计算式与关系式拟合效果良好,可为同行业研究者们和工程应用提供参考。

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土静态压缩力学性能试验

进行3种混杂纤维混凝土(AS-CSHFRC、AS-PHFRC、CS-PHFRC)静态压缩试验,并同时设计素混凝土和单掺纤维混凝土作为对照试验。试验结果表明,混杂纤维的掺入在一定程度上提高了混凝土的静态抗压强度,且大多为正混杂效应;纤维类型和纤维掺量对HFRC力学性能产生较大的影响。钢纤维和聚丙烯纤维混杂作为最优纤维类型,当钢纤维掺量较低时,最优纤维类型是AS-PHFRC;当钢纤维掺量较高时,最优纤维类型是CS-PHFRC。对于AS-CSHFRC,若考虑经济因素,单掺1.5%ASF为最佳纤维掺量,若考虑工程强度,则1%ASF、1%CSF为最佳纤维掺量;对于AS-PHFRC和CS-PHFRC,最佳纤维掺量为0.2%PF、1.5%ASF、0.2%PF、1.5%CSF。

钢-聚丙烯混杂纤维陶粒混凝土与钢筋黏结锚固性能试验研究

为了研究钢-聚丙烯混杂纤维陶粒混凝土与变形钢筋的黏结锚固性能,克服陶粒混凝土韧性差及其与钢筋黏结性能不佳的缺陷,对16组不同混杂比的钢纤维、聚丙烯纤维陶粒混凝土试件进行中心拉拔试验,得到混杂纤维掺量对陶粒混凝土与钢筋黏结破坏形态、黏结强度以及黏结滑移曲线的影响规律。采用能量法量化评价混杂纤维对黏结滑移的影响,利用试验数据计算得到钢-聚丙烯混杂纤维陶粒混凝土与钢筋的临界锚固长度。结果表明:钢-聚丙烯混杂纤维陶粒混凝土拉拔试件的破环形态为拔出破坏,延性较好;黏结滑移曲线具有完整的上升段和下降段,钢纤维和聚丙烯纤维混掺对黏结强度可产生正混杂效应,钢纤维对黏结性能的改善起主导作用,聚丙烯纤维次之;混杂纤维能大幅提升黏结滑移曲线的上升段及下降段能量吸收值,明显改善黏结韧性和变形能力;混杂纤维陶粒混凝土的临界锚固长度较未掺纤维时可减小23%;掺入钢-聚丙烯混杂纤维能显著改善陶粒混凝土与变形钢筋的锚固黏结性能,提高黏结延性,减小陶粒混凝土与变形钢筋的的锚固长度。

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土与变形钢筋粘结破坏试验研究

为研究混杂纤维混凝土的力学特性,以纤维体积率和长径比为关键变量,采用单端中心拉拔试验方法,进行了钢-聚丙烯混杂纤维混凝土(SPHFRC)与带肋变形钢筋粘结破坏的试验研究,建立了粘结强度计算公式。试验结果表明:SPHFRC与变形钢筋之间的粘结强度与SPHFRC的强度正相关。相比于单掺钢纤维混凝土、单掺聚丙烯纤维混凝土和普通混凝土,SPHFRC的极限粘结强度相应提高9.2%、20.8%和26.2%;混杂纤维不仅提高了钢筋周围混凝土的抗拉强度,同时提供了侧向约束,在钢筋混凝土粘结破坏的全过程路径中均发挥着有利作用。本文提出的SPHFRC与变形钢筋粘结强度计算公式明确清晰,适用性良好,为促进混杂纤维钢筋混凝土的应用提供有益的探索。具有互补性的混杂纤维,在正混杂效应下,可有效提高混凝土的综合力学性能。本研究可为相应技术规程提供理论支持与试验依据。

玄武岩-聚丙烯混杂纤维增强混凝土气孔结构分形分析

采用Rapid Air 457气孔分析仪测试了玄武岩-聚丙烯混杂纤维增强混凝土(HBPRC)的气孔结构,分析了不同纤维添加方式对混凝土累计气孔含量和气孔表面分形特征的影响。研究结果表明,玄武岩纤维、聚丙烯纤维以及玄武岩-聚丙烯混杂纤维的掺入使混凝土的累计气孔含量增大了76.5%~354.1%,并且混凝土的累计气孔含量随纤维掺量的增加而增大。HBPRC的气孔结构具有明显的分形特征且其分形特征具有尺度相关性,在小孔隙区、中孔隙区、大孔隙区和超大孔隙区,气孔面分形维数(D_(S))依次增大,但在孔径大于1500μm的区域没有分形特征。随着纤维的掺入,混凝土大孔隙区和超大孔隙区的D_(S)发生了明显的变化,单掺0.1%(体积分数,下同)的玄武岩纤维或0.1%的聚丙烯纤维增大了大孔隙区和超大孔隙区的D_(S);掺入0.1%的玄武岩-聚丙烯混杂纤维对大孔隙区和超大孔隙区D_(S)的影响较小;而掺入0.2%的玄武岩-聚丙烯混杂纤维显著减小了超大孔隙区的D_(S)。通过细观分析,认为纤维形成的网络结构对混凝土拌合过程中气泡合并产生的抑制作用是HBPRC大孔隙区和超大孔隙区D_(S)增大的主要原因,而纤维的弱分散性和长时间的搅拌会导致超大孔隙区的D_(S)减小。

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土的抗盐冻性能

研究了盐冻循环作用对锂渣混凝土(LiC)和钢-聚丙烯混杂纤维锂渣混凝土(HFC)的质量损失、抗压强度、动弹性模量、基振频率以及溶液吸入量的影响。结果表明:随盐冻循环次数的增加,LiC和HFC均呈现质量损失率逐渐增大、抗压强度先增加后减小、动弹性模量前期稳定后期逐渐减小、溶液吸入量(Ws)先减小后增加的变化规律。将二者对比可以发现,钢-聚丙烯混杂纤维掺入混凝土可以减小盐冻作用对混凝土的内部损伤,显著提高混凝土的抗盐冻性能。

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土剪力墙抗剪承载力计算

对2个钢-聚丙烯混杂纤维混凝土(SPFRC)剪力墙和1个普通混凝土剪力墙,开展低周往复水平加载试验,分析纤维掺量和轴压比对剪力墙滞回耗能、承载能力、刚度衰减、变形能力等性能的影响。结果表明:轴压比为0.1时,钢-聚丙烯混杂纤维的掺入能有效提高混凝土的变形能力,加载初期不掺纤维的试件刚度大于掺入纤维的试件;轴压比增至0.2时,大幅提升SPFRC剪力墙的水平极限承载力,受力过程中刚度下降较快。考虑两种纤维对混凝土增强、剪力墙的竖向和横向分布抗剪钢筋的贡献以及混凝土材料的开裂软化。依据修正的软化拉-压杆模型,建立SPFRC剪力墙水平受剪承载力的理论公式,并与规范的计算公式相比较。剪力墙抗剪承载力的试验值与本文计算模型计算值比值的平均差0.99,标准差0.0014,计算结果和试验结果吻合程度高。

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土碳化性能试验研究

通过开展混凝土的碳化性能试验,改变钢纤维和聚丙烯纤维的体积含量,在不同碳化龄期下对钢-聚丙烯混杂纤维混凝土的抗碳化性能进行了研究,分析并得出了钢-聚丙烯混杂纤维对混凝土抗碳化性能的增强机理,以及两种不同种类纤维的体积掺量、混凝土强度、碳化龄期和二氧化碳浓度对混凝土碳化深度的影响,提出了钢-聚丙烯混杂纤维混凝土的碳化深度计算公式。

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土等幅受压疲劳变形

对钢-聚丙烯混杂纤维混凝土(HFRC)开展单轴等幅循环受压疲劳变形试验,以探究应力水平对HFRC疲劳破坏形态、疲劳应力-应变曲线、疲劳耗能能力以及极限疲劳变形的影响规律.结果表明:HFRC的疲劳破坏形态为剪切破坏,具有延性破坏特征;HFRC的疲劳累积耗能和极限疲劳变形随着应力水平的降低而增加;建立了考虑存活率的HFRC应力水平-极限疲劳变形方程,能够定量描述HFRC在任意疲劳荷载作用下的极限变形.

钢-聚丙烯混杂纤维增强超高性能混凝土强度试验研究

考虑钢纤维体积率、聚丙烯纤维体积率和长径比三种因素,设计并制作了171个超高性能混凝土试块,进行立方体抗压强度、轴心抗压强度和劈裂抗拉强度试验,分析纤维特征参数对超高性能混凝土强度的影响规律。结果表明,掺入钢-聚丙烯混杂纤维后,超高性能混凝土的立方体抗压强度可提高36.3%,轴心抗压强度可提高31.9%,劈裂抗拉强度可提高539%;混杂纤维最佳配比为,钢纤维体积率1.50%、聚丙烯纤维长径比167、体积率0.10%;基于试验结果建立了考虑纤维参数的超高性能混凝土立方体抗压强度预测模型,提出了超高性能混凝土轴心抗压强度、劈裂抗拉强度与立方体抗压强度的关系式。

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土单轴受压疲劳寿命研究

考虑钢纤维体积掺量及长径比、聚丙烯纤维体积掺量及长径比、应力水平5个因素,设计制作36组混凝土试件,通过单轴等幅疲劳受压试验研究钢聚丙烯混杂纤维混凝土(HFRC)的疲劳寿命。基于疲劳试验数据,分析HFRC疲劳受压全过程,探讨纤维特征参数对混凝土试件疲劳寿命的影响规律,建立考虑纤维特征参数的P-S-N疲劳方程。研究结果表明,HFRC在疲劳荷载作用下的破坏形态为剪切破坏,呈现出延性特征;HFRC疲劳变形发展可分为三个阶段:快速增长阶段、稳定发展阶段、疲劳破坏阶段;混杂纤维在提高混凝土疲劳寿命方面优于钢纤维或聚丙烯纤维,体现出正混杂效应;文章提出的疲劳方程与文献中试验结果吻合较好,能够真实地预测HFRC的疲劳寿命。研究成果可为今后混杂纤维混凝土结构抗疲劳设计提供参考。

钢-聚丙烯混杂纤维超高性能混凝土受压细观数值模拟

为深入研究钢-聚丙烯混杂纤维超高性能混凝土(hybrid fiber reinforced ultra-high performance concrete,HFR-UHPC)受压力学性能及纤维增强机理,本文利用ABAQUS软件建立了HFR-UHPC三维细观数值模型,对其轴心受压过程进行了数值模拟。通过对比轴心受压试验结果,验证了模型的合理性。在此基础上,拓展分析纤维掺量、长径比等参数对超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)受压特性的影响,进一步分析压力作用下纤维增强机理。结果表明:随着钢纤维体积掺量增加,超高性能混凝土损伤发展变缓,单轴受压峰值强度略有提高,峰后延性明显增加;钢纤维长径比对超高性能混凝土受压应力-应变曲线的影响较小,但是更长的纤维更好地发挥了阻裂作用;在超高性能混凝土单轴受压过程中,钢纤维在峰值点前主要发挥骨架作用,在峰值点后主要发挥阻裂作用。

剪跨比对钢-聚丙烯混杂纤维混凝土剪力墙抗震性能影响研究

剪力墙作为高层建筑结构重要的抗侧力构件,其抗震性能将影响着高层建筑结构的安全性。为了研究剪跨比对钢-聚丙烯混杂纤维混凝土剪力墙抗震性能的影响,利用有限元软ABAQUS建立了剪跨比λ为1.1、1.6、2.1的钢-聚丙烯混杂纤维混凝土剪力墙数值模型,分析了剪力墙在低周往复荷载作用下的破坏形态、耗能能力、刚度退化、延性及承载力,并与试验结果做对比。结果表明:模拟结果与试验结果吻合度较高,所建的数值模型能够较好的表征钢-聚丙烯混杂纤维混凝土剪力墙的抗震性能;随着剪跨比的增大,墙体的破坏形态由弯剪破坏变为了剪切破坏,耗能能力和承载力逐渐减小;当剪跨比λ=1.6时,钢-聚丙烯混杂纤维混凝土剪力墙的初始刚度最大,刚度退化速率最快,延性最好。

混杂纤维混凝土的力学性能及微观分析

通过L9(33)正交试验研究了玄武岩纤维(BF)、聚丙烯纤维(PPF)和粉煤灰的掺量对混凝土力学性能的影响,并进行了微观分析。结果表明:混掺适量PPF和BF,同时掺入适量粉煤灰可有效改善混杂纤维混凝土的力学性能及微观结构;综合考虑,推荐PPF、BF、粉煤灰的掺量分别为0.10%、0.10%、20%。

钢-聚丙烯纤维粉末混凝土碳化试验研究

对钢纤维、聚丙烯纤维以及钢-聚丙烯混杂纤维粉末混凝土的碳化性能及抗压强度展开了试验研究。分析了不同体积掺加率纤维对粉末混凝土碳化深度的影响,同时,探讨了纤维改善混凝土碳化性能的机理。结果表明:纤维的加入,对粉末混凝土碳化性能有不同程度的改善,其改善作用的优劣次序依次为混杂纤维系列、聚丙烯纤维系列、钢纤维系列,而对抗压强度影响不大。纤维粉末混凝土的波速随纤维体积掺加率的增加而增大。碳化龄期相同时,碳化深度随波速呈较为显著的线性递减关系。依据线性回归的方法获得了以波速、碳化龄期为变量的碳化深度计算公式。纤维通过提高粉末混凝土的抗渗性与抗裂性而改善其碳化性能。

聚丙烯纤维对砂浆断裂性能的研究

通过带切口纤维自密实砂浆三点弯曲试验,研究了不同尺寸、不同掺量纤维对砂浆断裂能影响规律。结果表明:不同尺寸纤维混掺阻裂性能优于单一尺寸,达到阶段抗裂、层次抗裂的目的;且9mm和12mm聚丙烯纤维在较低掺量时,能得到良好的阻裂效果。聚丙烯纤维对砂浆断裂韧度基本没有影响,但可以提高砂浆的断裂能;随着纤维掺量和尺寸的增加,断裂能有不同程度的提高;不同几何尺寸纤维混杂可以改善自密实砂浆断裂能,但是改善作用有限,其短长纤维混杂最佳比例1:1和1:2之间;聚丙烯纤维主要改善自密实砂浆的裂后行为。

层布式混杂纤维混凝土抗压及抗拉性能试验研究

层布式混杂纤维混凝土(LHFRC)作为新型复合材料受到越来越多的重视。将钢纤维分两层均匀撒布于试件距上下表面大约20 mm的层面内,而聚丙烯纤维掺杂在整个混凝土中。据此通过试验来对比层布式钢-聚丙烯混杂纤维混凝土、素混凝土(C)、层布式钢纤维混凝土(LSFRC)及聚丙烯纤维混凝土(PFRC)的立方体抗压、劈裂抗拉性能,研究聚丙烯纤维与层布式钢纤维对混凝土力学性能的影响。通过对比四种材料的抗压和抗拉性能,可为层布式混杂纤维的增强机理研究提供基础。

硅粉/混杂纤维水泥基材料力学与耐硫酸盐腐蚀性能研究

通过抗压强度、劈裂抗拉强度、质量腐蚀系数和强度腐蚀系数试验,研究了硅粉/混杂纤维水泥基材料的力学性能和耐硫酸盐腐蚀性能。结果表明:硅粉/混杂纤维水泥基材料的强度均高于空白组和单掺纤维水泥基材料强度;当硅粉掺量为8%、玄武岩纤维掺量为0.15%、聚丙烯纤维掺量为0.50%时,硅粉/混杂纤维水泥基材料的质量腐蚀系数和强度腐蚀系数最小,即耐腐蚀能力最好。