低温下玄武岩纤维水工混凝土的力学性能试验研究

为研究低温养护条件下玄武岩纤维水工混凝土的力学特性,进行了不同养护温度(20℃、5℃、0℃、–5℃、–10℃、–15℃)、不同养护龄期(3d、7d、14d、28d)下试件的立方体抗压强度和劈裂抗拉强度试验。试验结果表明,养护温度对玄武岩纤维水工混凝土的强度影响较大。相同养护龄期下,玄武岩纤维水工混凝土的抗压和抗拉强度均随养护温度的升高而逐渐增大,且不同养护龄期、相同养护温度的试件强度的差值愈加明显;此外,试件的早期(3d、7d)抗压和抗拉强度发展较快,而在14d龄期后其强度发展变缓。超声波检测试验发现,玄武岩纤维水工混凝土的强度与超声波波速之间存在一定的相关性,两者呈现较好的二次函数关系。该试验可为寒冷地区或冬期施工的水利工程建设与检测提供进一步参考。

玄武岩纤维水工混凝土抗盐冻性能试验研究

提高混凝土的氯盐侵蚀和抗冻性能具有重要的理论意义和工程价值。文章通过室内试验的方式,探讨了玄武岩纤维及其掺量对混凝土的抗氯盐盐冻性能的影响。根据试验结果,在混凝土中掺加一定量的玄武岩纤维混凝土,可以有效提升其抗盐冻性能,在工程应用中推荐掺加0.3%的玄武岩纤维。

短切玄武岩纤维对混凝土力学性能的影响

为了提高混凝土的力学性能,研究短切玄武岩纤维对混凝土力学性能的影响规律。把不同体积掺量(0.25%、0.5%、0.75%、1.0%、1.25%)、不同长度(6 mm、12 mm)的短切玄武岩纤维掺入以C40混凝土为主的不同基体强度等级的混凝土中,进行立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、抗弯强度试验,分析短切玄武岩纤维对混凝土力学性能产生的影响,并拟合出C40混凝土抗弯强度与短切玄武岩纤维体积掺量的数量关系。结果表明:同一掺量下,12 mm短切玄武岩纤维比6 mm短切玄武岩纤维提升混凝土力学性能效果更佳;C40混凝土在12 mm短切玄武岩纤维掺量为1%时,其立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、拉压比和抗弯强度对比未掺入玄武岩纤维的混凝土分别提高7.11%、30.00%、21.34%和24.89%,此时混凝土力学性能提升效果最佳。

高温后冷却方式对玄武岩纤维混凝土力学性能的影响

高温处理后混凝土力学性能是工程建设中评价混凝土结构安全性能的重要指标之一。对不同玄武岩纤维(BF)掺量混凝土的力学性能进行了测试,将最优掺量的玄武岩纤维混凝土(BFRC)与普通混凝土(OC)进行高温处理(200、400、600、800℃),研究不同冷却方式(自然冷却和喷水冷却)对高温后BFRC性能劣化的影响,分析BFRC在不同温度和冷却方式下的力学性能变化规律。结果表明,当BF掺量为0.05%(体积分数)时,BFRC抗压强度、劈裂抗拉强度达到最大值,分别为50.2、3.5 MPa,较OC分别提高了14.87%、34.62%。BF的掺入能够有效增加混凝土的韧性以及抵抗开裂变形的能力。随着温度增加,BFRC试件的弹性模量减小但始终大于OC试件。同一冷却方式下OC的峰值应变均大于BFRC,不同冷却方式下的延性指数较常温均有所提高。

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%.

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%。

玄武岩纤维再生混凝土高温水冷损伤试验研究

为研究消防喷水灭火对纤维再生混凝土力学特性的影响,以玄武岩纤维(BF)体积掺量和历经最高温度为变化参数,共设计90个玄武岩纤维再生混凝土(BFRC)标准立方体试块,进行高温喷水冷却和抗压强度—声发射(AE)试验,探讨BF体积掺量和历经最高温度对BFRC力学性能的影响。结果表明,当温度升到1 000℃,试块表面脱落,骨料全部露出,试块的完整性遭到严重破坏;试块的剩余抗压强度在温度为200~400℃时下降趋缓,抵抗高温的效果明显;BFRC的高温喷水冷却受压损伤过程可分为初期压密与裂纹萌生阶段、裂纹扩展汇集阶段和峰后破坏阶段,各阶段的声发射振铃累计计数具有明显差异;拟合得到消防喷水灭火后BFRC抗压强度计算公式,可为评估不同BF体积掺量及历经最高温度对BFRC抗压强度的影响提供参考。

玄武岩纤维对3D打印混凝土力学性能的影响

为探究玄武岩纤维对3D打印混凝土力学性能的影响,设计0%、0.25%、0.50%、0.75%和1.00%共5种不同玄武岩纤维掺量,通过单轴压缩、三点弯曲和层间双剪试验分析玄武岩纤维掺量对3D打印混凝土力学性能的影响,并利用双目倒置金相显微镜和扫描电子显微镜从微观形貌层面分析玄武岩纤维增强混凝土力学性能的作用机制。研究结果表明:掺加玄武岩纤维可显著提升3D打印混凝土结构的力学性能。随着纤维掺量的增加,抗压和层间抗剪强度呈现出先增加后减小的趋势,掺量为0.50%时共同达到最优,相较于未掺入玄武岩纤维的混凝土分别提高了28%和61%;抗折强度则随着纤维掺量增加一直增加,掺量为1.00%时效果最佳,相较于未掺入玄武岩纤维的混凝土提高了21%。打印材料力学性能存在各向异性,沿Z方向加载时抗压和抗折强度最高,Y方向最低;随着纤维掺量增加,力学性能各向异性逐渐增大。结合试验结果和电镜扫描结果可知,玄武岩纤维优异的抗拉性能够抑制裂缝的产生与扩展,从而提升3D打印混凝土结构的整体力学性能。

冻融循环下玄武岩纤维混凝土冲击力学性能预测模型

冻融循环下纤维混凝土的劣化规律是寒区服役混凝土工程安全性和耐久性评价的重要依据,现有服役混凝土工程的安全性和耐久性评价的研究具有工作量大、成本高、周期长等特点,构建基于机器学习的高精度力学性能预测模型已成为本领域研究热点。为探究冻融循环后玄武岩纤维混凝土冲击力学性能的高精度预测模型,采用SHPB装置对冻融循环后BFRC开展动态冲击压缩力学性能试验,并构建机器学习-Optuna混合预测模型,对60组以玄武岩纤维体积掺量、冻融循环次数、动荷载冲击速度为影响因素建立的动态峰值应力样本数据集进行预测。结果表明:k近邻、Lasso、多层感知机、极度梯度提升树和随机森林5种经典机器学习模型的预测准确度均较高,说明机器学习算法对于冻融循环后BFRC动态力学性能预测具有良好的预测效果,其中随机森林算法为最优预测算法;RF-Optuna混合预测模型显示出0.9754的拟合优度,具有良好的预测精度;非数据集工况预测表明,该混合模型对于各影响因素均具有良好泛化能力。研究成果可为冻融循环条件下BFRC动态力学性能的快捷精准预测提供参考。

玄武岩纤维对混凝土抗冻性能的影响

为研究玄武岩纤维掺量对混凝土抗冻性能的影响及作用机理,开展了快速冻融试验和微观孔隙试验,研究了4种不同玄武岩纤维体积掺量(0、0.1%、0.2%、0.3%)混凝土冻融循环过程中的外观、质量损失率、相对动弹性模量、抗压强度、抗折强度、冲击弹性波波速损失率及气泡特征参数的变化规律,并通过灰熵分析法对玄武岩纤维改善混凝土性能的微观机理进行了研究。结果表明:混凝土各项性能随着冻融循环次数的增加而逐渐降低;掺加玄武岩纤维能够提高混凝土抗冻性能且存在最优掺量;玄武岩纤维混凝土宏观性能的改变与气孔比表面积、含气量、弦长>200 nm气孔频率等微观孔隙参数之间呈一定的相关性;玄武岩纤维掺量为0.2%时对混凝土抗冻性能的改善效果最佳。

玄武岩纤维混凝土抗硫酸盐侵蚀性能研究

为探究掺玄武岩纤维混凝土抗硫酸盐侵蚀性能,在混凝土试件中分别掺入体积掺量为0、0.1%、0.2%、0.3%的玄武岩纤维,以试件的外观、质量损失率和抗压强度为主要评价指标,进行了不同侵蚀环境下玄武岩纤维混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能试验研究。研究结果表明:体积掺量为0.2%的试件在质量损失率、抗压强度方面表现最佳,而体积掺量为0.1%的试件抗折强度增幅最大;干湿循环条件下试件的外观、质量和抗压强度波动幅度较自然侵蚀环境下更大,且干湿周期越短侵蚀程度越严重;试件的微观结构分析发现,侵蚀前混凝土试件内部因水泥水化作用,存在少量C-S-H(水化硅酸钙)、Ca(OH)_(2)等水化产物,掺入玄武岩纤维后使混凝土内部黏结十分紧密,试件内部裂缝发育较缓,减少了侵蚀产物的生成,一定程度上提高了混凝土的力学性能。

玄武岩纤维沙漠砂混凝土本构关系及损伤特性研究

为了有效提高沙漠砂资源化利用,研究了玄武岩纤维掺量(0、0.3%、0.4%、0.5%)对沙漠砂混凝土本构关系和损伤特性的影响。结合本构模型拟合了玄武岩纤维沙漠砂混凝土的应力-应变曲线,利用声发射事件数分析了玄武岩纤维沙漠砂混凝土损伤破坏过程,并借助速率过程理论对玄武岩纤维沙漠砂混凝土的损伤程度进行了评估。研究表明:掺入适量的玄武岩纤维(0.4%)可以减小沙漠砂混凝土构件的损坏;Carrerira J模型与试验数据具有较高的吻合度;同时还发现构件在到达峰值应力附近时,声发射事件数会急剧增加;基于速率过程理论以损伤变量D与相对荷载V之间的关系建立的损伤演化曲线,可用来评估玄武岩纤维沙漠砂混凝土的损伤破坏程度。

玄武岩纤维沙漠砂钢筋混凝土梁受弯性能试验研究

通过试验对沙漠砂部分代替普通砂的可行性进行探讨,研究沙漠砂和玄武岩纤维的掺入对混凝土试块和钢筋混凝土梁性能的影响。对普通砂混凝土梁、沙漠砂混凝土梁、玄武岩纤维普通砂混凝土梁、玄武岩纤维沙漠砂混凝土梁进行了受弯性能试验,得出了试验梁的荷载-挠度曲线、裂缝分布和破坏模式。之后,利用现有理论公式,计算混凝土试块的劈裂抗拉强度、轴心抗压强度、弹性模量和试验梁的屈服弯矩、极限弯矩。结果表明:天然沙漠砂部分代替普通砂是可行的;沙漠砂和玄武岩纤维的掺入没有使混凝土试块和钢筋混凝土梁的性能发生本质性改变;沙漠砂和玄武岩纤维掺入后,混凝土试块和钢筋混凝土梁的计算准则仍旧适用。

玄武岩纤维对混凝土力学性能影响与增韧分析

对不同体积掺量和不同长度的短切玄武岩纤维混凝土开展单轴抗压试验和巴西劈裂试验,分析玄武岩纤维对混凝土力学性能的影响。结果表明,玄武岩纤维的掺入使混凝土的破坏形态由脆性破坏向延性破坏转变。混凝土各龄期的立方体抗压强度在玄武岩纤维掺量0.05%和0.10%时均有不同程度的提升,当玄武岩纤维掺量提高到0.20%时,则有所降低;混凝土各龄期的劈裂抗拉强度在不同掺量下均有不同程度的提升。玄武岩纤维可以显著提升混凝土立方体的抗压韧性。对养护龄期为28 d时的混凝土而言,长度12 mm的玄武岩纤维,对混凝土韧度提升优于长度18 mm的纤维,其中体积掺量为0.05%时,对混凝土抗压韧度提升显著效果优于长度18 mm的纤维。

不同温度下掺玄武岩纤维水工沥青混凝土劈裂试验研究

【目的】为了解温度和纤维掺量对水工沥青混凝土抗裂性能的影响,【方法】采用长度6 mm的玄武岩纤维,开展了0℃、5℃、10℃下的掺纤维沥青混凝土巴西劈裂试验,并利用数字图像相关技术(DIC)对试样表面变形进行测量。【结果】结果显示:试验加载初期,试样的水平向变形不明显,当达到峰值荷载后,试样在上下压条之间的直线上出现明显的水平向应变,与裂缝扩展路径相对应,且掺入纤维增加了裂缝扩展路径的曲折程度;相同温度下,沥青混凝土的劈裂抗拉强度随纤维掺量的增加呈先增大后减小的变化趋势,0℃时,掺量0.8%对应的劈裂抗拉强度最大,5℃和10℃时,掺量0.6%对应的劈裂抗拉强度最大;在0℃的低温条件下,掺入0.2%的纤维可提高沥青混凝土的破坏拉伸应变,然而,当温度升高到5℃和10℃时,沥青混凝土的破坏拉伸应变随纤维掺量的增加呈先减小再增大的变化趋势;沥青混凝土断裂能随纤维掺量变化规律同样受温度影响,0℃和10℃时,断裂能随纤维掺量增加而增大,且掺量为0.6%~0.8%时,断裂能最大,但5℃时,断裂能随纤维掺量变化不明显。【结论】结果表明:在不同温度下,掺玄武岩纤维沥青混凝土抗裂性能随纤维掺量的变化规律是不同的。

高温后玄武岩纤维混凝土抗压强度与孔隙结构变化规律研究

为了研究高温损伤后不同掺量玄武岩纤维混凝土的孔隙结构和力学性能的变化规律,以及高温后孔隙结构对宏观力学性能的影响。对不同体积掺量(0.5%、1%、1.5%)的玄武岩纤维混凝土进行200~800℃高温处理,运用饱和水法测量其在不同高温后的孔隙率,并对不同高温后的玄武岩纤维混凝土试块进行抗压强度试验。结果表明:随着温度的升高,玄武岩纤维混凝土的孔隙率不断增大,200℃高温作用后孔隙率增长缓慢,超过400℃高温作用后孔隙率则迅速增大;抗压强度先增大后降低,经过200℃高温作用后抗压强度达到峰值,经过800℃高温作用后抗压强度急剧下降。

纤维素-玄武岩混杂纤维喷射混凝土力学性能及能量演化

为研究纤维素纤维和玄武岩纤维掺量对喷射混凝土力学性能的影响,对不同纤维掺量下的喷射混凝土开展工作性能和力学性能试验,根据能量演化曲线对比分析喷射混凝土不同阶段的能量变化,并结合宏观试验和SEM分析纤维对喷射混凝土的增韧阻裂机理。结果表明:掺入纤维素纤维和玄武岩纤维会导致喷射混凝土坍落度降低,喷射混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度随两种纤维掺量增加呈先升高后降低的趋势;在荷载作用下,喷射混凝土能量演化曲线大致经历四个阶段,分别为初始损伤阶段、线弹性阶段、突变损伤阶段和破坏阶段,掺入适量纤维素纤维和玄武岩纤维增强了喷射混凝土的阻裂耗能能力;掺入纤维素纤维后,喷射混凝土界面过渡区水化产物颗粒分布更加均匀,界面结构更加平整致密;纤维与基体间的摩擦为裂缝拓展提供了所需要消耗的能量,增强了喷射混凝土的延性与抗裂性。

基于三维细观模型的玄武岩纤维混凝土数值模拟

基于玄武岩纤维-砂浆界面的相关理论和试验数据,提出一种建立小直径纤维-骨料混凝土细观模型的方法,研究玄武岩纤维混凝土的损伤演化和纤维对混凝土的增强机理。通过建立的随机纤维-骨料混凝土三维细观模型预测和验证了玄武岩纤维混凝土的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、轴心抗压强度和抗折强度等力学性能,并从细观角度分析了混凝土的损伤演化和纤维的作用机理;建立不同分布形式、不同纤维掺量的随机纤维-骨料混凝土模型,研究了细观模型的力学稳定性及纤维掺量对混凝土的影响规律。结果表明:基于该方法建立的细观模型在预测玄武岩纤维混凝土静态力学性能方面具有较高的可靠性;混凝土损伤首先发生在较大基体变形的薄弱界面过渡区,并随着荷载的增加延展、联接,最终导致试件的整体破坏;玄武岩纤维具有抵抗基体变形的约束作用,对混凝土力学性能影响明显;纤维掺量小于1.5%时,掺量越大,增强效果越明显。

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。

动载下玄武岩纤维混凝土能量耗散特征与破坏损伤规律

本文基于分离式霍普金森压杆试验装置,在4种不同的应变率下研究了4种不同玄武岩纤维掺量混凝土的破坏行为和能量耗散特征。结果表明:随应变率的增加,不同玄武岩纤维掺量混凝土的分形维数均线性增加,掺入纤维会降低分形维数增长的速率;混凝土的入射能、反射能、耗散能均呈线性增长趋势,透射能呈轻微下降趋势。随纤维掺量的增加,不同应变率下玄武岩纤维混凝土的分形维数先增大后减小,耗散能密度呈先增大后减小再增大的“S”形趋势。随着分形维数的增长,不同玄武岩纤维掺量混凝土的耗散能密度均呈线性增长。当纤维体积分数为0.1%时,混凝土的性能最优,可承受的损伤最大。