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。

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。

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。

钢纤维类型对玄武岩纤维混凝土力学性能的影响

为探究钢纤维类型及掺量对玄武岩纤维混凝土(BFRC)力学性能产生的影响,在BFRC中加入3种类型的钢纤维(端钩型、波浪型、镀铜型),钢纤维体积掺量分别为0,0.8%,1.0%,1.2%.通过建立灰色理论GM(1,9)和BP神经网络2种模型预测混凝土抗压强度并对比其可靠性,结合核磁共振试验测试混凝土内孔隙变化规律.结果表明:随着钢纤维体积掺量的增加,BFRC抗压强度呈现先增大后减小趋势,其中抗压强度最优组为体积掺量1.0%的端钩型钢纤维组,14 d抗压强度为44.51 MPa.由于钢纤维表面锈蚀,28 d抗压强度减少至43.13 MPa;建立灰色理论GM(1,9)模型和BP神经网络模型,2种模型预测精度均可达到要求.但BP神经网络的预测精度更高、稳定性更好,平均相对误差为3.81%,灰色理论模型平均相对误差为7.55%;随着钢纤维体积掺量增加,混凝土中胶凝孔、毛细孔占比先增加后减小,因此合理加入钢纤维可使BFRC中孔隙结构得到优化,混凝土抗压强度得到提升.

玄武岩纤维-橡胶混凝土性能研究

为解决高原机场道面混凝土易收缩开裂和冻融破坏问题,对不同玄武岩纤维和橡胶颗粒掺量混凝土开展了力学性能、早期收缩性及抗冻性能的研究,采用核磁共振和扫描电子显微镜阐释了玄武岩纤维与橡胶颗粒的作用机理,并建立了考虑玄武岩纤维和橡胶颗粒掺量的混凝土早期收缩模型。试验结果表明:同基准混凝土相比,掺0.3%(体积分数,下同)玄武岩纤维与10%(砂的体积取代率,下同)橡胶颗粒混凝土的7和28 d抗折强度分别提高了13.6%、11.8%,7、28 d抗压强度分别提高了26.7%、18.1%,72 h收缩率降低了54.7%,300次冻融循环后质量损失率降低了67.0%,动弹性模量损失率降低了10.4%;玄武岩纤维可抑制混凝土基体微裂缝的萌生扩展,承受部分收缩应力。而弹性体橡胶颗粒的填充、蓄水与引气作用可优化基体孔结构,延缓水分蒸发速率,缓解冻胀压力,使混凝土力学性能和抗冻性提高,早期收缩降低;建立的收缩模型能较好地反映玄武岩纤维-橡胶混凝土早期收缩变化特征。

SiO_(2)/KH560改性玄武岩纤维混凝土力学性能研究

为了研究硅烷偶联剂(KH560)和纳米SiO_(2)协同KH560改性玄武岩纤维(BF)对混凝土力学性能的影响,本文采用KH560对BF进行表面改性,制得KH560-BF,并采用纳米SiO_(2)和KH560改性BF制得SiO_(2)-KH560-BF。通过正交试验筛选出高强度改性纤维,研究了纳米SiO_(2)分散液、润滑剂和KH560三者的质量分数对SiO_(2)-KH560-BF的丝束强度影响。采用SEM和EDS对改性混凝土的7和28 d的力学性能进行评估,并对混凝土的微观结构进行表征。结果表明,SiO_(2)-KH560-BF的最佳上浆剂成分为纳米SiO_(2)分散液1.6%、润滑剂0.4%和KH5600.5%,且三个因素的影响程度从大到小依次为纳米二氧化硅分散液、KH560、润滑剂。与KH560-BF相比,SiO_(2)-KH560-BF纤维丝束强度提高了8.62%,拉伸强度提高了4.41%,Si含量提升了24.9%,并且从SEM照片中可以看出SiO_(2)-KH560-BF团状堆积比KH560-BF少。掺入适量SiO_(2)-KH560-BF的混凝土7和28 d抗压、劈裂抗拉和轴心抗压强度提升效果均高于掺入KH560-BF的混凝土。

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。

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。

玄武岩纤维增强混凝土动态压缩力学性能研究

采用直径为50 mm的分离式Hopkinson压杆试验装置,对不同气压下玄武岩纤维掺量为0%、0.05%、0.1%、0.15%、0.2%的玄武岩纤维增强混凝土(BFRC)进行动态压缩试验,研究BFRC在不同应变率下的力学性能,分析动态抗压强度与准静态抗压强度之间的关系以及冲击韧性,建立BFRC动态本构模型。结果表明:BFRC具有显著的应变率效应;动态抗压强度和比能量吸收值随玄武岩纤维掺量的增加呈先增加后减小的趋势,掺量为0.1%时达到最大值;动态强度增长因子与应变率对数近似呈线性增长关系;BFRC动态本构模型拟合试验与应力-应变曲线结果较吻合。

新型玄武岩纤维束混凝土耐久性能试验

为研究新型玄武岩纤维束混凝土的耐久性能,研究了玄武岩纤维束掺量和长度对混凝土抗氯离子渗透性能、抗冻性方面的影响.结果表明:加入玄武岩纤维束后导致混凝土抗氯离子渗透性能降低,纤维束的掺量越大,氯离子扩散系数越大;玄武岩纤维束掺量相同时,短纤维束混凝土抗氯离子的渗透性优于长纤维束混凝土;掺入玄武岩纤维束有利于提高混凝土的抗冻性能,当掺量达到7.96 kg/m^(3)后,随纤维掺量继续增多,混凝土相对动弹性模量的降幅差别不大,掺量为11.94 kg/m^(3)时,抗压强度损失率最低,为11.4%;玄武岩纤维束掺量相同时,不同长度的玄武岩纤维束对混凝土的相对动弹性模量排序为30 mm>20 mm>40 mm,抗压强度损失率排序为30 mm<20 mm<40 mm.

早期受盐-冻耦合作用下掺玄武岩纤维混凝土耐久性劣化规律

针对西北寒旱区早期受冻混凝土在盐-冻耦合作用下耐久性快速降低等问题,本文基于室内快速冻融试验,以3.5%(质量分数,下同)NaCl+5.0%Na_(2)SO_(4)复合盐溶液为冻融介质,研究了不同玄武岩纤维体积掺量下混凝土的耐久性劣化规律,同时采用扫描电子显微镜、超声法缺陷检测和核磁共振孔径检测三种分析手段探究了玄武岩纤维在微观层面上对早期受盐-冻耦合作用下混凝土宏观性能的改善作用。研究结果表明:在早期受冻混凝土中掺加玄武岩纤维能够有效提高抗压强度,减小质量损失;随着纤维掺量的增加,抗压强度、相对动弹性模量呈先增加后降低的趋势;随着冻融循环次数的增加,不同体积掺量玄武岩纤维早期受冻混凝土试块的超声脉冲传播速度逐渐增大,各组试块的总孔隙率与冻融次数呈正相关,且掺加玄武岩纤维能增加无害孔,减少多害孔,从而提高混凝土抗冻耐久性;试验中纤维掺量为0.15%(体积分数)的试块表现最优越。该研究可为寒旱灌区早期受冻混凝土耐久性研究及后期维护提供参考。

玄武岩纤维/树脂基复合混凝土的力学性能和抗冻性能研究

以环氧树脂E51为基体材料,丙酮为稀释剂,通过添加玄武岩纤维,制备出了玄武岩纤维/树脂基复合混凝土,探究了玄武岩纤维掺杂量对复合混凝土的力学性能和抗冻性能的影响。结果表明,掺入适量玄武岩纤维后,复合混凝土宏观裂纹数量减少,玄武岩纤维在混凝土中横纵交错分布,与凝胶和骨料结合紧密,混凝土的力学性能得到了显著提高。随着玄武岩纤维掺杂量的增多,复合混凝土的抗压强度、抗折强度和相对动弹性模量均先升高后轻微降低,质量损失率先减小后增大。当玄武岩纤维掺杂量为0.60%(体积分数)时,复合混凝土的抗压强度和抗折强度均达到最大值,分别为41.63和8.90 MPa,在冻融循环100次时,相对动弹性模量最大为59.54%,质量损失率最低为1.02%,其力学性能和抗冻性能最佳。通过对质量损失率和相对动弹性模量进行曲线拟合分析可知,相对动弹性模量对于冻融循环的敏感程度更高,更适合用于评估混凝土的使用寿命,测试出玄武岩纤维的掺杂量为0.60%(质量分数)的混凝土的预估寿命可达9.84年,较未掺杂的试样提高了51.38%。综合可知,玄武岩纤维的最佳掺杂量为0.60%(体积分数)。

玄武岩纤维对煤矸石陶粒混凝土抗冻性的影响

为促进废弃煤矸石在寒冷地区的建材资源化利用,研究了煤矸石陶粒作为粗骨料对混凝土抗冻性能的影响,探究了玄武岩纤维对煤矸石陶粒混凝土抗冻性能提升的效果。试验共设计了4种类型混凝土,纤维体积掺量分别为0%,0.1%,0.2%和0.3%。采用快速冻融循环试验,比较了纤维掺入对基体动弹性模量的影响规律,同时,利用图像识别技术引入分形维数定量表征试件冻融损伤程度。之后,开展了毛细吸水试验,对比了冻融损伤后基体的累积吸水量和毛细吸水系数的变化规律。结果表明,玄武岩纤维的加入能显著提高煤矸石陶粒混凝土的抗冻性能。随着纤维掺量的增加,煤矸石陶粒混凝土的动弹性模量损失率降低,基体表面冻融剥蚀明显缓解,引入分形维数可以定量地分析煤矸石陶粒混凝土外观形貌的变化规律。冻融损伤后,基体毛细吸水能力显著提高,而在相同的冻融循环下,基体的毛细吸水能力随着玄武岩纤维掺量的增加而降低。

海洋环境下玄武岩纤维混凝土的抗侵蚀及力学性能

基于纤维混凝土契合当前海洋环境下混凝土服役的实际需求以及玄武岩纤维混凝土在海工类建筑物中的应用仍处于探索阶段。针对玄武岩纤维掺入海工混凝土后抗氯离子渗透性能以及力学抗裂性能的变化情况与作用机制展开研究;采用体积外掺法将长度为12,18,24 mm的玄武岩纤维分别以0.1%,0.2%,0.3%的体积掺量掺入海工混凝土中,就各纤维变量对混凝土电通量与混凝土拉压力学性能的影响展开分析。结果表明:混凝土电通量随着纤维掺量的增大呈现先降后增趋势,提升混凝土抗氯离子侵蚀性能的最佳掺量为0.1%~0.2%;不同尺寸纤维相同掺量下混凝土抗氯离子性能与纤维长度成正比;混凝土立方体抗压强度处于正增长趋势的纤维区间为0.1%~0.2%;0.2%掺量下的18 mm纤维,对混凝土劈裂抗拉强度提升幅度最大,0.3%掺量下的12 mm纤维混凝土劈裂抗拉强度提升最小;当掺入0.2%体积纤维时,18,24 mm玄武岩纤维混凝土拉压比增益最大,体积掺量为0.3%时,12 mm玄武岩纤维混凝土拉压比增益最大。