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。

玄武岩-聚丙烯混杂纤维混凝土抗冻性试验

为研究混杂纤维混凝土抗冻性能,采用慢冻法对纤维掺加量为0.3%、0.6%、0.9%和1.2%的玄武岩纤维混凝土、聚丙烯纤维混凝土以及混杂质量比分别为1:1、1:2、2:1的玄武岩-聚丙烯混杂纤维混凝土进行50次、100次、150次冻融循环试验.通过分析其强度和质量损失率,得到各种纤维混凝土50次、100次、150次冻融循环条件下的强度和质量损失的规律,并找到了各种冻融条件下对强度损失和质量损失改善最佳的纤维掺量.研究表明,加入纤维增强了基体混凝土抗冻性;混杂纤维系列纤维对混凝土抗冻性能的改善优于单掺纤维系列.

玄武岩-聚丙烯混杂纤维混凝土抗水渗透试验

采用渗水高度法对纤维掺加量为0.3%、0.6%、0.9%和1.2%的玄武岩纤维混凝土、聚丙烯纤维混凝土以及混杂比分别为1∶1、1∶2、2∶1的玄武岩-聚丙烯混杂纤维混凝土进行28d龄期的抗水渗透性能试验.得到各系列混凝土的渗水高度变化规律.结果表明:玄武岩纤维系列对混凝土基体抗渗性有较小的提高;聚丙烯纤维系列对基体混凝土抗渗性有很大提高;1∶1混杂纤维系列在小掺量时与聚丙烯纤维系列相差不大,但随掺量的增大,对基体的抗水渗透性能有降低作用;1∶2混杂纤维系列对基体的抗水渗透能力在掺量0.6%左右提高了21%;2∶1混杂纤维系列在掺量0.3%时,对基体混凝土的抗水渗透性能提高了25%.通过分析试验数据,阐述玄武岩纤维和聚丙烯纤维改善混凝土抗渗性能的机理,以及发生混杂效应的原因.

玄武岩-聚丙烯混杂纤维混凝土弯曲韧性能试验研究

通过对单掺和3种不同混杂比例混掺的方式,以体积掺加率0.3%、0.6%、0.9%、1.2%将玄武岩、聚丙烯纤维掺入普通C30混凝土中形成混杂纤维混凝土。对其弯曲性能进行试验研究。结果表明:混凝土中掺入纤维后,对基体混凝土弯曲性能有极大改善作用;1∶2混杂纤维呈"正混杂效应",在掺加量为0.3%时,对基体混凝土弯曲韧性指数提高最为显著。2∶1混杂纤维出现"负混杂效应",对基体混凝土的韧性有降低作用。

玄武岩-聚丙烯混杂纤维RPC抗压强度及混杂效应试验

通过单掺和混掺的方式,分别按玄武岩纤维2、3、4、5 kg/m3,聚丙烯纤维0.2、0.4、0.6、0.8 kg/m3掺入活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete,RPC)中,对其进行全面对比抗压试验,并采用比值法评价两种纤维在RPC基体中的混杂效应。结果表明,纤维的掺入可以明显提高RPC基体的抗压强度,且玄武岩纤维起主导作用;通过计算混杂效应系数知,存在正、负两种混杂效应,若纤维掺量、匹配问题选择不当,则可能出现负混杂效应;当玄武岩纤维掺量为4 kg/m3,聚丙烯纤维掺量为0.6 kg/m3时,可获得最优正混杂效应,RPC基体抗压强度达87 MPa,比基准组提高23.9%。

玄武岩-聚丙烯混杂纤维混凝土硫酸盐腐蚀试验研究

通过对单掺和三种不同混杂比例混掺的方式,以体积掺加率0.3%、0.6%、0.9%、1.2%将玄武岩、聚丙烯纤维掺入普通C30混凝土中形成混杂纤维混凝土,对其进行7d、14d、28d龄期的抗硫酸盐腐蚀性能试验研究。结果表明,对基体混凝土在龄期为7d的抗压强度耐蚀系数提高最为显著的是单掺纤维系列与1:1、1:2混杂纤维系列纤维混凝土。各系列纤维对基体混凝土14d耐蚀系数提高的最佳纤维掺加率在0.3%附近;单掺聚丙烯纤维系列、单掺玄武岩纤维系列对基体28d耐蚀系数提高的最佳纤维掺加率分别在0.3%、0.9%附近。总体上混杂纤维系列纤维混凝土的抗硫酸静泡腐蚀能力优于单掺纤维系列纤维混凝土。

玄武岩-聚丙烯混杂纤维混凝土基本力学性能试验研究

将玄武岩、聚丙烯纤维以单掺和混杂的形式掺入普通C30混凝土基体中,通过对4种掺加量在不同的掺加方式—单掺和3种不同混杂比例的混掺下对混凝土基体的28d抗压、劈裂抗拉、抗折等性能进行试验研究。结果表明,混凝土中掺入纤维后,对基体混凝土的抗压强度有降低作用;低掺量纤维对基体劈裂抗拉强度有明显的提高;对抗折强度有大幅度的提高作用;同时,对混凝土破坏形态有极大改善作用,其中混杂纤维优于单掺纤维。

玄武岩-聚丙烯混杂纤维混凝土的研究进展

玄武岩-聚丙烯混杂纤维混凝土(S-PP HFRC)作为一种新型建筑材料近几年才陆续进入大众的视线,现有的研究还不完善和不全面,使得S-PP HFRC的研究仍处于一个初期探索阶段。笔者详细阐述了混杂纤维混凝土(HFRC)的增强机理,分析总结了国内外S-PP HFRC在力学性能与耐久性能的研究进展,并对现有的力学性能与耐久性能增强机理做了详细的介绍。同时对需要进一步研究解决的问题进行总结和展望,为科研工作者深入研究新材料提供理论依据。

聚丙烯-玄武岩混杂纤维混凝土力学性能试验研究

利用正交试验法定量研究玄武岩纤维长度(A)、玄武岩纤维掺量(B)、聚丙烯纤维掺量(C)对混凝土强度的影响变化趋势,并进行统计分析。研究结果表明:玄武岩纤维(BF)与聚丙烯纤维(PPF)混杂呈现出正混杂效应,BF掺量的影响表现最显著。混凝土试件抗压强度随玄武岩纤维掺量的增加而降低,聚丙烯纤维最佳掺量范围为0.1%~0.15%,最优水平组合是A_(2)B_(1)C_(2);劈拉强度和抗折强度最优水平组合是A_(2)B_(2)C_(3)。

钢-玄武岩混杂纤维混凝土压力管道有限元分析

重点研究了掺入钢-玄武岩的混杂纤维混凝土对水电站压力管道外包混凝土承载特性、开裂后裂缝形态以及钢衬和钢筋应力的影响.对10组不同掺量的钢-玄武岩混杂纤维钢筋混凝土试件进行轴向拉伸试验,获得了钢-玄武岩混杂纤维混凝土的相关力学性能参数.以三峡水电站钢衬钢筋混凝土压力管道结构为例,利用有限元软件对钢-玄武岩混杂纤维的掺入对压力管道钢材应力、管道外包混凝土裂缝扩展与裂缝宽度的影响进行分析.结合三峡水电站压力管道结构的大比尺模型试验结果,对比分析了钢衬钢筋钢-玄武岩混杂纤维混凝土压力管道与常规钢衬钢筋混凝土压力管道两种方案下的钢衬及钢筋应力.结果表明,掺入钢-玄武岩混杂纤维后压力管道结构整体受力更加均匀,且管道外包混凝土的裂缝数量和裂缝宽度也有显著的降低,同时压力管道的钢衬及钢筋应力明显降低.

玄武岩-聚丙烯纤维混杂混凝土与变形钢筋粘结性能研究

通过中心拉拔试验研究了玄武岩-聚丙烯纤维混杂混凝土与变形钢筋的粘结性能,分析了纤维掺量和纤维长径比对粘结性能的影响。并对刚柔混杂纤维的增韧作用进行了评价。结果表明:玄武岩-聚丙烯混杂纤维的掺入使混凝土与变形钢筋的极限粘结强度提高了29%;粘结应力减小趋势得到改善,粘结破坏表现出较好的延性。然而,混杂纤维的过量引入使试样容易形成劈裂破坏,在一定程度上削弱了粘结性能,且当25mm玄武岩纤维(BF)与0.15%聚丙烯纤维(PF)混杂时会出现试件的劈裂破坏。最后以纤维掺量与纤维长径比为基础,考虑混杂纤维交互作用的影响,建立了玄武岩-聚丙烯纤维混杂混凝土与变形钢筋的极限粘结强度计算公式,并根据粘结滑移曲线,建立了玄武岩-聚丙烯纤维混杂混凝土与变形钢筋的平均粘结应力-滑移本构关系。

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。

钢-聚丙烯混杂纤维混凝土研究进展

由于钢-聚丙烯混杂纤维混凝土(SPFRC)更加优异的力学性能和更加合理的经济效果,使得它在桥梁、路面、机场跑道、大型隧道衬砌、大跨度结构等重大工程中拥有广阔的应用前景。目前对于SPFRC的研究主要集中在纤维的混杂效应、力学性能、抗爆裂性能以及耐久性方面。对于SPFRC的力学性能,国内外学者开展了大量的试验研究,基本得到共识:钢纤维与聚丙烯纤维混杂能提高混凝土的抗压、抗折与劈裂强度,并显著提高混凝土的抗裂性能和韧性。近年来对SPFRC力学性能的研究已由材料性能向构件性能研究发展,逐渐开展了SPFRC梁式构件和柱式构件的静力学与抗震性能试验研究,已有的结果显示钢与聚丙烯纤维混杂能大幅提高混凝土柱的抗震性能,以及混凝土梁的抗剪性能。另有研究表明钢-聚丙烯纤维混杂掺入能有效提高高温作用下混凝土的抗爆裂性能。关于SPFRC的耐久性方面主要涉及它的抗冻性能和抗渗性能,开展了一些单因素作用下SPFRC的耐久性研究,对于多因素复杂环境作用下SPFRC的耐久性研究鲜有涉及。

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。

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。

玄武岩-聚丙烯纤维混凝土孔隙结构分形维数及力学性能研究

本文基于试验探讨了玄武岩-聚丙烯纤维对混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度的影响,并利用光学方法的分形模型计算混凝土孔隙结构的分形维数。试验结果表明:混杂纤维能够提高混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度,当玄武岩纤维(BF)和聚丙烯纤维(PF)含量各为0.05%时,混杂纤维的协同效应最强,抗压强度和劈裂抗拉强度的最大增量分别为5.97%和8.46%,然而当纤维含量过高时,混杂纤维会对试件力学性能产生不利影响。玄武岩-聚丙烯纤维增强混凝土(BPFRC)的孔隙结构表现出明显的分形特征,其分形维数在2.297~2.482范围之间。分形维数与孔隙率和间距系数具有很强的相关性,随着孔隙率的增加而显著降低,随着间距系数的增加而增加。分形维数还与抗压强度和劈裂抗拉强度具有正相关关系。因此,孔隙结构的分形维数可用于评价混凝土的微观孔隙结构,也可以反映孔隙结构的复杂性对混凝土宏观力学性能的影响。

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。

玄武岩-聚丙烯粗纤维混凝土管承载力试验研究

为改善素混凝土管易开裂、延性差等缺陷,基于纤维混凝土良好的抗裂性和耐久性,选用聚丙烯粗纤维和玄武岩纤维,设计了无纤维、单掺玄武岩纤维、单掺聚丙烯粗纤维及混掺玄武岩-聚丙烯粗纤维的四组混凝土管节,通过三点试验对比分析管节的开裂破坏形态、荷载-位移曲线和承载力,并建立纤维混凝土管节三点试验的数值模型,进一步探究聚丙烯粗纤维与玄武岩纤维对素混凝土管破坏形态和承载力的影响。结果表明,聚丙烯粗纤维可有效地改善混凝土管的破坏形态,提高混凝土管节的抗裂性能与承载能力,相比于无纤维管节,混掺玄武岩-聚丙烯粗纤维管B2P4的承载力提升了46.26%,效果最佳。此外,各组管节数值模拟结果与试验结果较为一致,承载力误差控制在5%以内,表明模拟合理。通过试验和数值模拟,获得提升混凝土管节抗裂性能和承载力的玄武岩-聚丙烯粗纤维的最佳掺量。

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。