玄武岩-PVA混杂纤维混凝土力学性能研究

采用4种掺量的玄武岩纤维(0.05%、0.10%、0.15%、0.20%)和聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol,PVA)纤维(0.10%、0.20%、0.30%、0.40%),通过单掺及正交混杂增强C60基准混凝土实验,研究玄武岩纤维、PVA纤维、混杂纤维的组成和掺量对基准混凝土流动性和力学性能的影响。结果表明:纤维单掺和混杂掺入的混凝土坍落度都随着纤维总掺量的增加而降低;玄武岩纤维、PVA纤维和混杂纤维虽不能显著提高混凝土的抗压性能,但可以明显改善其抗折强度,混杂纤维对混凝土抗折性能的增强作用尤为明显;PVA纤维相比玄武岩纤维在混杂纤维混凝土抗折强度上表现出更好的增强作用;当0.1%玄武岩纤维和0.2%PVA纤维混杂时,混杂纤维增强混凝土的抗折强度最高,较基准混凝土的抗折强度提高了29.1%。

钢-PVA混杂纤维高性能混凝土高温后残余力学性能试验研究

为探究3种因素钢纤维、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)纤维和矿粉对钢-PVA混杂纤维高性能混凝土(hybrid fiber high performance concrete,HFHPC)高温后残余力学性能的影响。对钢纤维、PVA纤维和矿粉3种因素各取3个水平,采用L_(9)(3^(3))方案进行正交设计,测试HFHPC遭受高温作用后的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度,并进行极差与方差分析。结果表明:钢纤维体积分数为2.0%时可以有效提高HFHPC的各项强度。PVA纤维能够抑制混凝土爆裂,与钢纤维混杂可体现优势互补。800℃时,当钢纤维体积分数为2.0%、PVA纤维体积分数为0.3%、矿粉掺量为10%时,HFHPC的抗压强度残余率与劈拉强度残余率达到最高,分别为60.23%和74.5%。当矿粉掺量大于10%时,HFHPC抗压强度可显著提高,而劈拉强度与抗折强度略有下降。最后分别建立了HFHPC立方体抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度的预测模型。

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.

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-PVA混杂纤维增强水泥基复合材料永久模板叠合RC单向板短期刚度计算方法

钢-PVA混杂纤维增强水泥基复合材料(HFRCC)具有良好的受拉韧性和耐久性能,是永久模板的理想材料。首先探究了PVA纤维掺量对HFRCC工作性能和抗折强度的影响,随着PVA纤维掺量增加,HFRCC的工作性能显著减弱,抗折强度先增大再减小,最终选用含有1.5%钢纤维和0.25%PVA纤维的HFRCC来制作永久模板。随后对六个HFRCC永久模板叠合RC单向板和一个RC单向板进行了四点受弯试验,探究了HFRCC-RC界面处理方式和配筋率对叠合板受弯性能的影响。试验结果表明:抹平、等距凹槽和钢钉拉毛三种界面处理方式对叠合板受弯性能的影响可以忽略;HFRCC模板能够有效限制裂缝发展,减小裂缝宽度和间距,叠合板的开裂弯矩相比于普通混凝土板提高了20.1%~31.7%。分别采用刚度解析法和有效惯性矩法建立了HFRCC-RC叠合板短期刚度计算方法,两种方法均有较高的计算精度且离散性较小。

不同长度的短切玄武岩纤维混杂对磷建筑石膏基复合材料性能的影响

为了探究不同长度的玄武岩纤维(BF)共同作用时对磷建筑石膏基复合材料(PBGCM)的影响,在磷建筑石膏中加入不同长度的混杂BF,得到混杂纤维增强PBGCM。通过正交试验,从直观分析、极差分析、方差分析对其力学性能和工作性能及不同纤维长度的协同作用机理进行了研究。结果表明:3 mm和15 mm BF混掺对PBGCM的力学性能增强效果往往比3 mm和15 mm BF单掺更好;PBGCM的最大绝干抗压强度、绝干抗拉强度、绝干抗折强度分别比未掺纤维的磷建筑石膏高50.10%、122.15%、79.43%;3 mm和15 mm BF混掺对PBGCM的工作性能减弱效果小于15 mm BF单独加入。3 mm BF对PBGCM的力学性能和工作性能都有极显著的影响;15 mm BF除对其绝干抗压强度没有显著影响外,对其他性能均产生极显著的影响,且影响效果比3 mm BF更大。

玄武岩-纤维素混杂纤维混凝土抗冻性能研究

研究了玄武岩纤维(BF)、纤维素纤维(CF)、玄武岩-纤维素混杂纤维(BF-CF混杂纤维)对混凝土抗冻性能的影响,并进行了SEM分析。结果表明:单掺BF或CF均能提升混凝土的抗冻性能,其中,BF的提升效果更好;随着BF或CF掺量的增加,混凝土的抗冻性能呈先提高后降低的趋势,且均优于未掺纤维组;BF-CF混杂纤维对混凝土抗冻性能的改善效果优于单掺纤维,且当BF与CF的混掺比例为2∶1时,混凝土的抗冻性能相对最优;纤维混凝土在150次冻融循环后仍能保持较为紧密的内部结构。

玄武岩织物-钢-PVA工程水泥基复合材料单轴受压力学性能研究

本文研究了玄武岩织物和混杂短切纤维(钢纤维及PVA纤维,短切纤维总体积掺量为2%)复合作用对玄武岩织物-钢-PVA工程水泥基复合材料(BTR-HyECC)单轴受压力学性能的影响,并通过圆柱体单轴受压试验测得各试件受压性能指标,并绘制出应力-应变曲线。结果表明:当钢纤维掺量为0%(体积分数,下同)时,随着玄武岩织物的加入,试件的抗压强度、峰值应变以及抗压韧性显著提高;当钢纤维掺量增加到1%时,试件抗压强度和弹性模量达到最大;当钢纤维掺量为1.5%时,试件变形能力和抗压韧性达到最佳。基于试验数据,建立了适用于BTR-HyECC的单轴受压本构方程,拟合曲线与试验曲线吻合较好。

钢-PVA纤维混凝土预制连梁抗震性能试验研究

为研究钢-聚乙烯醇混杂纤维混凝土(Steel-Polyvinyl Alcohol Hybird Fiber Concrete,简称SPHFC)预制连梁的抗震性能,对1个普通混凝土(RC)预制连梁试件和3个SPHFC预制连梁试件进行低周往复加载试验,分析预制连梁的破坏过程、破坏形态、滞回性能、刚度及耗能能力等抗震指标,研究连梁基体材料和截面宽度对其抗震性能的影响,阐明了SPHFC预制连梁的破坏机理.结果表明:RC预制连梁破坏时混凝土剥落现象严重,最终表现为剪切型破坏;SPHFC预制连梁破坏时几乎无混凝土剥落现象,充分发挥了纤维混凝土多裂缝开展的特点,最终发生弯剪型破坏;SPHFC预制连梁的承载力、延性、刚度和耗能能力均远高于RC预制连梁;分别增大SPHFC预制连梁基体强度或截面宽度,连梁承载力提高,延性和耗能能力略有降低.本文提出的新型SPHFC预制连梁各项抗震指标均显著优于普通RC预制连梁,且制作简便,轻质高强,便于预制吊装,可在装配式结构中推广应用.

钢-PVA混杂纤维水泥基复合材料抗压力学性能及经济性研究

纤维增强延性水泥基材料(ECC)造价昂贵,在实际工程应用中尚未被推广。在传统ECC体系中加入钢纤维,并按照不同体积分数(0%、25%、50%、75%、100%)将国产PVA纤维替代日产PVA纤维,制备极具性价比的钢-PVA混杂纤维增强延性水泥基材料,通过立方体轴心抗压试验研究混杂纤维延性水泥基材料的单轴受压力学性能。结果表明:随着国产PVA纤维的增加,钢-PVA混杂纤维水泥基复合材料的抗压强度先减小后增加,抗压韧性指数先增强后减弱,而峰值应变提升效果较为显著;相较于普通水泥基材料,钢-PVA混杂纤维水泥基复合材料具有更好的完整性和延性;综合材料抗压性能与材料造价,国产PVA纤维替代日产PVA纤维配制钢-PVA混杂纤维水泥基复合材料可以实现功能价值和经济价值的协同最大化。

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-PVA混杂纤维高性能混凝土隧道衬砌管片抗弯性能试验

为研究钢纤维、聚乙烯醇(PVA)纤维、矿粉3种因素对混杂纤维高性能混凝土隧道衬砌管片受力性能的影响,针对不同体积分数的钢纤维(0.5%,1.0%,1.5%)、PVA纤维(0.1%,0.2%,0.3%)和不同掺量的矿粉(10%,20%,30%)设计了L_(9)(3^(3))的正交试验,并制作1块钢筋混凝土(RC)衬砌管片和9块钢-PVA混杂纤维高性能混凝土衬砌管片进行抗弯性能试验。研究结果表明:与RC衬砌管片相比,钢-PVA混杂纤维能显著提升衬砌管片开裂弯矩、裂缝宽度0.2 mm对应的弯矩、屈服弯矩、极限弯矩和控制裂缝开展的能力,其中钢纤维对管片极限弯矩提升最为显著,最大提升幅度达64.0%,其次是矿粉和PVA纤维;3种因素的最佳掺量组合为:1.5%钢纤维,0.3%PVA纤维和20%矿粉。对钢-PVA混杂纤维混凝土的选用原则和在衬砌管片的应用提供理论及试验依据。

玄武岩-聚乙烯醇纤维水泥基材料的高温性能

为改善工程水泥基复合材料在高温环境下的服役性能,本文制备了玄武岩-聚乙烯醇混杂纤维工程水泥基复合材料。利用圆柱体抗压和狗骨型抗拉试件探讨玄武岩纤维对高温后力学性能的影响,并使用扫描电子显微镜和纤维断裂空间方法进行机理分析。试验结果表明:玄武岩纤维在高温后依旧填充在基体内部并传递微裂缝间的应力,其最佳的替换掺量为0.9%,此时抗压强度、弹性模量和抗拉初裂强度在600℃后分别较基准组提高了80.08%,101.83%和114.38%。同时机理分析表明:玄武岩纤维在受拉时往往在脱粘阶段发生断裂,过早失去对桥连裂缝的贡献,使其无法改善聚乙烯醇纤维融化引起的受拉脆性。

聚甲醛-玄武岩混杂纤维增强砂浆力学性能

采用混掺聚甲醛(POM)纤维和玄武岩纤维(BF)的方法制备了一种多尺度纤维混杂体系的复合材料,研究了其抗折强度、抗压强度、弯曲韧性及直接拉伸强度等基本力学性能,并通过扫描电子显微镜和数码电子显微镜对其微观结构进行分析。抗折、抗压强度试验结果表明,混掺两种纤维试样的抗折强度和早期抗压强度均明显优于单掺POM纤维试样,然而,28 d抗压强度有小幅下降;三点弯曲试验结果表明,单掺POM纤维可以改善水泥基材料的韧性并提高材料的等效弯曲强度,混掺BF后,等效弯曲强度进一步提高。微观分析结果表明,POM纤维和BF与基体结合紧密,两种纤维在宏观和微观尺度上均起到协同作用,共同发挥阻止裂纹扩展的作用,从而改善水泥基复合材料的韧性并提高强度。

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。

基于分形理论的BFRP筋混杂钢纤维超高性能混凝土短柱受压性能研究

为了研究玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土短柱偏心受压作用下的表面裂缝开展情况和分布形态,对6根不同废旧钢纤维取代工业钢纤维体积掺量的试验柱在偏心距90 mm下进行偏心受压试验,利用分形理论对试验柱表面裂缝分布特征、荷载等级、取代率与分形维数之间的关系进行分析。研究表明:试验柱分形维数D_(c)在1.004~1.066之间,废旧钢纤维取代率为0时,分形维数D_(c)最小为1.00379,废旧钢纤维取代率为100%时,分形维数D_(c)最大为1.06617,分形维数与荷载等级呈对数增长关系。由于废旧钢纤维形状的不均匀性,与工业钢纤维混杂,对裂缝开展也起到了有效的抑制作用。

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%。