高温下玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土的动态压缩力学行为

为研究高温下玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土(BFRGC)的动态压缩力学行为,本文制备了纤维体积掺量为0%、0.1%、0.2%、0.3%的BFRGC试件,并对其进行了不同温度(20、200、400、600、800℃)下的动态冲击试验。结果表明:BFRGC试件静态抗压强度、动态抗压强度和比能量吸收具有明显的温度强化效应和高温损伤效应,峰值应变表现出显著的温度塑化效应。BFRGC试件的静态抗压强度、动态抗压强度的温度阀值为400℃。随着温度的升高,BFRGC试件的静态抗压强度、动态抗压强度和比能量吸收均先增大后减小,峰值应变不断增大。掺加适量的玄武岩纤维可以提高常温及高温下地质聚合物混凝土的静态抗压强度和动态力学性能,且其最佳掺量为0.1%。

玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土的动态力学性能

对玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土(basalt fiber reinforced geopolymer concrete,BFRGC)进行了动态压缩试验,研究了玄武岩纤维掺量(0.1%、0.2%、0.3%)和龄期(3 d、7 d、28 d)对地质聚合物混凝土动态力学性能的影响,分析了玄武岩纤维对地质聚合物混凝土的强韧化效应。此外,对比分析了玄武岩纤维对地质聚合物混凝土和普通硅酸盐水泥混凝土的增强增韧效果。结果表明:BFRGC的动态抗压强度(f_(cd))和比能量吸收(U)随应变率近似线性增加。随着龄期的增大,BFRGC的f_(cd)和U不断增大,且f_(cd)和U的应变率敏感性不断增强。随着玄武岩纤维掺量的增大,BFRGC的f_(cd)和U先增大后减小,且f_(cd)和U的应变率敏感性也先增强后减弱。玄武岩纤维的最佳掺量为0.2%。玄武岩纤维对地质聚合物混凝土和普通硅酸盐水泥混凝土均具有增强增韧作用。玄武岩纤维对地质聚合物混凝土的强韧化效果优于普通硅酸盐水泥混凝土。

玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土的冲击压缩试验研究

采用100mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,研究了玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土在不同应变率下的冲击力学行为,并将其与基体地质聚合物混凝土进行对比分析。研究表明,混凝土是应变率敏感材料,其峰值应力和峰值应变表现出显著的应变率强化效应;玄武岩纤维对地质聚合物混凝土具有较好的增韧作用,韧性随纤维掺量的增加而提高,其中体积掺量为0.3%时最佳,但强度反而降低。

玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土在机场道面快速修补中的应用研究

作为一种新型混凝土材料——地质聚合物混凝土(geopolymeric concrete,GC),凭借其优异的力学性能与耐久性,被应用于机场道面的快速修补。为研究玄武岩纤维对GC性能的改善能力,首先以矿渣与粉煤灰为原材料,并采用液体硅酸钠与NaOH作为碱激发剂,配制了纤维体积掺量分别为0、0.1%、0.2%、0.3%的玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土(basalt fiber reinforced geopolymeric concrete,BFRGC),测试了标准养护3、7、28d的BFRGC的准静态力学性能,包括:抗压、抗折强度,并分析了玄武岩纤维对GC的增强机理。结果表明:玄武岩纤维能够有效地提高GC的抗压、抗折强度;当玄武岩纤维体积掺量为0.3%时,玄武岩纤维对GC抗压强度的改善效果达到最佳,尤其是早期抗压强度,标准养护3、7、28d时的强度增长因子(Strength Increase Factor,SIF)分别为37.76%、34.82%、31.52%;当玄武岩纤维体积掺量为0.1%时,对GC抗折强度的改善效果达到最佳,标准养护3、7、28d时的SIF分别为16.67%、16.22%、22.22%。由此可见,玄武岩纤维的掺入,使得GC的性能有了显著的改善。因此,BFRGC在机场道面快速修补中将会有更加广阔的应用前景。

玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土的动态本构模型

以矿渣与粉煤灰为原材料制备玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土(BFRGC),采用φ100mm分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对BFRGC进行了冲击压缩试验,并对SHPB试验过程中的波形整形技术展开了研究,以此来提高材料SHPB试验的精度。通过SHPB试验,获得了BFRGC在10s-1―102s-1应变率范围内的应力-应变曲线,分析了BFRGC的强度和变形性能,并建立了BFRGC的率型非线性粘弹性本构模型。通过试验对模型进行验证,模型曲线与试验曲线吻合良好,该文建立的率型本构模型可以较为准确地描述BFRGC的动态力学行为。

冲击荷载作用下玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土的变形特性

采用φ100mm分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)试验装置,研究了不同基体强度的玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土(basalt fiber reinforced geopolymeric concrete,BFRGC)在冲击荷载作用下的变形特性。SHPB结果表明:BFRGC的临界应变具有显著的应变率相关性;随着基体强度的增加,BFRGC在冲击荷载作用下的变形能力降低;当玄武岩纤维的体积掺量为0.2%时,玄武岩纤维对地质聚合物混凝土的变形能力的改善效果最佳。

玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土的高应变率力学行为

采用Φ100 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)系统研究了玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土(BFRGC)的高应变率力学行为,包括抗压强度、变形及能量吸收特性的应变率效应问题。结果表明:地质聚合物混凝土材料的高应变率力学性能呈现出显著的应变率相关性;BFRGC的强度特性相对于地质聚合物混凝土(GC)无明显改善,而变形及能量吸收能力较GC有明显提高。

玄武岩纤维增强聚合物筋混凝土循环拉拔试验及预测模型

为探究动荷载下玄武岩纤维增强聚合物(BFRP)筋与混凝土的黏结行为,开展了BFRP筋混凝土正反向循环拉拔试验,对其黏结动力性能进行分析。结果表明,从黏结应力⁃滑移关系曲线揭示,循环荷载下BFRP筋与混凝土黏结行为经历4个阶段的受力特征:弹性阶段、裂缝扩展阶段、裂缝闭合阶段和摩擦阶段;随BFRP聚合物筋直径的增大,降低了BFRP筋⁃混凝土界面的黏结强度;随循环次数的增加,BFRP筋与混凝土的黏结强度减小,黏结强度对应的滑移量增加,剪切滞回面积减小,耗能能力降低;基于试验结果,提出了适用于计算循环荷载下BFRP筋与混凝土黏结性能的预测模型,从而为BFRP筋混凝土抗震和疲劳行为奠定试验和理论基础。

玄武岩纤维棒聚合物混凝土的弯曲韧性

研究了玄武岩纤维棒(BFB)的纤维增强指数I_(R)对玄武岩纤维棒聚合物混凝土(BFB-PC)韧性指标T_((2(n-1)))(n)的影响,通过分形理论探究了T_((2(n-1)))(n)与裂缝形貌的关系,并建立了弯曲韧性计算模型.结果表明:当IR=90.0时,BFB对BFB-PC的增韧效果最优,此时BFB-PC的弯曲韧性比未掺BFB时提升了8.39倍;BFB的增韧阈值为IR=37.5和IR=90.0;当IR相同时,与未掺聚合物的混凝土相比,聚灰比为0.06的BFB-PC T_((2(n-1)))(n)更高;IR越大裂缝形貌越复杂,T(2(n-1))(n)与裂缝分形维数呈二次函数关系;本文提出的弯曲韧性计算模型准确描述了BFB对PC梁的增韧作用,其试验值与理论值的相对误差小于15.00%.

纤维增强地质聚合物混凝土的动态力学性能

采用Φ100mm分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)装置,研究玄武岩纤维与碳纤维增强地质聚合物混凝土(geopolymeric concrete,GC)在10～102s-1范围内的动态力学性能,并作比较分析。结果表明,纤维增强地质聚合物混凝土属于应变率敏感材料,其动态抗压强度与能量吸收特性均表现出显著的应变率相关性;作为GC的增强材料,玄武岩纤维与碳纤维各有优势,但就改善GC的强度与能量吸收特性的效果而言,碳纤维总体上优于玄武岩纤维,尤其当碳纤维体积率为0.2%时,改善效果最佳。

纤维增强地质聚合物混凝土早期冲击力学性能的对比研究

为对比研究玄武岩纤维和碳纤维对地质聚合物混凝土(geopolymeric concrete,GC)早期冲击力学性能的改善效果,首先以矿渣与粉煤灰作为原材料,并采用液体硅酸钠与NaOH作为碱激发剂,配制了纤维体积掺量分别为0、0.1%、0.2%、0.3%的玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土(basalt fiber reinforced geopolymeric concrete,BFRGC)和碳纤维增强地质聚合物混凝土(carbon fiber reinforced geopolymeric concrete,CFRGC),再采用Φ100 mm霍普金森压杆(split Hopkin-son pressure bar,SHPB)试验装置测试了两种材料3d、7d的冲击力学性能,并对试验进行对比分析。结果表明:纤维增强地质聚合物混凝土(fiber reinforced geopolymeric concretes,FRGCs)早期冲击力学性能具有显著的应变率相关性;BFRGC的早期动态强度特性优于CFRGC;BFRGC在10—102s-1范围内的能量吸收能力与CFRGC的相当,但BFRGC相对于CFRGC在吸收冲击能上的优势,将会随着应变率的增加而越发明显。对比可知:BFRGC较CFRGC而言,具有更加优越的早期冲击力学性能,主要体现在动态强度和能量吸收能力上。

用于桥面铺装层的玄武岩纤维增强聚合物混凝土试验研究

在论文的研究中,重点对用于桥面铺装层的玄武岩纤维增强聚合物混凝土试验进行了研究,研究表明,玄武岩纤维与丁苯乳液联合能够提高混凝土的抗压能力、抗折能力、干缩能力以及微观样貌等,但应对纤维的产量进行控制,方能促使混凝土的性能最大化。

聚合物钢纤维混凝土的增强机理分析

为探求聚合物乳胶在钢纤维混凝土中的作用机理 ,通过力学试验及用 Oxford L ink30 0能谱分析仪 (ES-CA)和 HITACHI S35 0 0 N系列电子扫描设备 (SEM) ,进行了一些初步的研究。研究表明 :聚合物对钢纤维混凝土的改性 ,存在着一个最佳掺量的问题 ,当聚合物掺量达到最佳值时 ,聚合物在钢纤维混凝土中扮演着“桥”的角色 ,通过这座“桥”把两个相互间只有物理吸附的相更强地连接起来 ,形成以化学吸附为主、物理吸附为辅的有机体 。

碳纤维增强地聚合物混凝土的SHPB试验研究

以矿渣与粉煤灰制备了碳纤维增强地聚合物混凝土(carbon fiber reinforced geopolymeric concrete,CFRGC);采用100分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,研究了不同碳纤维掺量的CFRGC在不同应变率下的冲击压缩强度与能量吸收的应变率效应,以及碳纤维掺量对CFRGC强度与吸能特性的影响;改进了波形整形技术,以满足恒应变加载的要求.结果表明:厚度为1mm,直径分别为20,22,25,27,30mm的H62黄铜波形整形器可以较好地实现SHPB试验过程中的恒应变率加载,且试验结果可靠;CFRGC属于应变率敏感材料,其冲击压缩强度与能量吸收特性均表现出近似的应变率线性相关性,强度的应变率敏感值为47.8s-1;碳纤维对地聚合物混凝土的强度特性具有良好的改善效果,且该效果随着平均应变率的增加而增强;碳纤维的相对最佳掺量为0.2%(体积分数).

纤维增强聚合物约束混凝土组合构件

介绍了纤维增强聚合物混凝土组合材料的发展状况及工作机理 ,指出FRP混凝土构成的组合构件既发挥了FRP和混凝土各自的优势 ,又能通过该 2组分的协同作用满足结构工程对强度、刚度、耐久性、延性、耐腐蚀性及综合造价的要求 .基本力学性能计算表明 ,FRP管混凝土的抗压强度和延性成倍提高 ,受拉时开裂延缓 ,经过合理设计的组合梁、柱等构件具有极佳的抗震性能 .

钢纤维增强聚合物改性混凝土的疲劳损伤行为

对钢纤维增强聚合物改性混凝土这种新材料的弯曲疲劳损伤特性进行了试验和理论研究,并且和钢纤维增强混凝土进行了对比.通过合理定义损伤变量,由试验测定了新材料和钢纤维增强混凝土的疲劳损伤及其演化规律;根据疲劳累积损伤理论,提出了新形式的疲劳损伤演化方程,与试验结果对比,该方程能较好地反映新材料的损伤演化规律.对两种混凝土材料在相同加载应力水平下的疲劳损伤演化行为进行了比较,结果表明钢纤维增强聚合物改性混凝土比钢纤维增强混凝土具有更好的抗疲劳性能.

玄武岩纤维增强聚合物锚杆用于边坡支护工程之研究现状

随着新型复合材料的快速兴起,玄武岩纤维增强聚合物(basalt fiber reinforced polymer,BFRP)锚杆因其抗拉强度高、比重轻、耐腐蚀、绝缘性好等优点快速进入人们的视野。概述了近二十年以来中外对BFRP筋的基本物理力学性质以及其在边坡支护工程中的研究进展。重点从以下两个方面进行阐述:①根据前人所做的室内拉拔试验和现场试验,总结分析BFRP筋的抗拉强度、弹性模量、黏结强度、耐腐蚀等技术指标,对安全系数、支护设计等相关参数的选取进行了归纳总结;②通过现场试验与传统金属锚杆的支护效果进行对比分析,论证了BFRP锚杆取代金属锚杆的可行性与先进性。在综合已有试验和数值模拟结果的基础上,对BFRP锚杆在边坡加固工程的应用现状进行总结并提出针对性的建议,为BFRP锚杆在岩土工程的发展提供了新思路。

钢纤维增强聚合物树脂混凝土力学性能研究

研究了钢纤维及偶联处理对钢纤维增强聚合物树脂混凝土(SFPC)强度的影响。结果表明:在树脂混凝土内填加钢纤维可提高抗剪、抗压、抗弯强度,而且其韧性、耐磨性也有所提高。钢纤维经偶联处理,树脂混凝土力学性能进一步提高,钢纤维的最佳加入量为19.8 kg/m3。

纤维对地聚合物混凝土增强效应的试验研究

以矿渣和粉煤灰为原料、水玻璃和氢氧化钠为碱激发剂、玄武岩纤维和碳纤维为增强材料,制备纤维增强混凝土,测试其28 d抗压强度。结果表明,纤维对地聚合物混凝土的增强效应受纤维种类、纤维掺量和基体配比等因素的影响;碳纤维对地聚合物混凝土增强效果明显,掺量为0.3%抗压强度增幅最大,达34.8%,且水胶比为0.26时的增强效果优于水胶比为0.31时;玄武岩纤维对水胶比为0.26的地聚合物混凝土没有增强效果,但当水胶比为0.31时,增强效果明显,掺量为0.3%时抗压强度增幅最大,达31.5%;总体上,碳纤维对地聚合物混凝土的增强效果优于玄武岩纤维,碳纤维和玄武岩纤维对素混凝土没有起到增强作用。

玻璃纤维增强聚合物混凝土的抗压强度

采用玻璃纤维来增强聚合物混凝土(PC),并通过一组正交试验测定了不同配比玻璃纤维增强聚合物混凝土(GFRPC)试样的抗压强度,分析了各试验因素对材料抗压强度的影响规律。结果表明:玻璃纤维长度和玻璃纤维用量对材料的抗压强度影响较大,随它们的增加抗压强度先增加后减小;环氧树脂用量、增韧剂用量和骨料级配的影响相对较小,采用第三组骨料级配时GFR-PC获得最好的抗压强度,环氧树脂用量的增加使材料的抗压强度增加,增韧剂用量的增加使抗压强度先下降后升高。