碳纤维增强地聚物混凝土韧性评价指标的对比研究

采用经波形整形技术改进后的100分离式Hopkinson压杆试验装置,开展了碳纤维增强地聚物混凝土(carbon fiber reinforced geopolymeric concrete,CFRGC)的冲击压缩试验,基于峰值韧度和比能量吸收2种评价指标研究了CFRGC的冲击韧性,并进行了对比分析和机理探究.结果表明:从峰值韧度的评价指标来看,CFRGC在碳纤维体积分数为0.3%时能发挥出明显的冲击增韧优势;从比能量吸收的评价指标来看,CFRGC的增韧特性在碳纤维体积分数为0.2%和0.3%时相对较优异;2种表征冲击韧性的方法所反映的发展趋势存在一致性,一是冲击韧性指标存在明显的应变率效应,二是碳纤维对于地聚物混凝土而言具有一定的增韧效果;在评价碳纤维增强地聚物混凝土的冲击韧性时,采用比能量吸收指标更加有效、合理.

纤维增强地聚物混凝土力学及抗冲击性能研究

对比研究了单掺钢纤维(0、1%、2%、3%)和碳纤维(0、0.1%、0.2%、0.3%)对地聚物混凝土力学性能和抗冲击性能的影响,分析了试件的破坏形态及纤维作用机理。结果表明:随着碳纤维掺量的增加,试件的抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度和抗冲击性能总体变化不大;随着钢纤维掺量的增加,试件的抗压强度和抗折强度增大,劈裂抗拉强度和抗冲击性能先提高后降低,最佳钢纤维掺量为2%。

碳纤维聚合物筋约束钢纤维混凝土柱双轴弯曲性能研究

为研究碳纤维增强聚合物(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)加固对钢筋混凝土柱力学行为的影响,开展了双轴弯曲载荷下CFRP约束素混凝土柱和钢纤维混凝土细长柱压弯性能试验,探究钢纤维掺量、CFRP层数以及载荷偏心距对柱试件抗弯特性的影响。试验结果表明,与参照组(无CFRP)相比,CFRP的环箍作用显著提高了钢筋混凝土柱强度、延性以及抗变形能力。同时,还提出了一种在轴向载荷和双向弯曲作用下适合CFRP约束钢筋混凝土细长柱的数值计算方法,该方法引入了约束混凝土的双折线本构模型以及钢筋、CFRP的应力应变模型,对CFRP约束钢筋混凝土柱结构性能进行预测,计算结果与实测值均吻合较好。

纤维-地聚物混凝土力学性能及耐久性能研究

为改善地聚物混凝土的力学性能和耐久性,通过掺入不同长度和掺量的聚丙烯纤维,对地聚物混凝土的力学性能、抗冻性、抗氯离子侵蚀性及抗裂性进行了研究,并基于SEM试验,从微观角度进一步解释聚丙烯纤维的作用机理.结果表明:聚丙烯纤维的掺入能够提高地聚物混凝土的力学性能和耐久性能,当纤维掺量为0%~0.6%时,随着纤维掺量的增加,地聚物混凝土的改善效果越明显.当掺量超过0.6%时,其力学性能和耐久性开始下降.通过SEM分析也表明,聚丙烯纤维能够提高基体内部的整体性和密实性,从而显著改善地聚物混凝土的力学性能和耐久性.最终推荐掺量0.6%长度为12 mm的聚丙烯纤维为最佳掺量.

聚吡咯共轭结构对碳纤维增强树脂基复合材料热循环稳定性能的影响

为解决碳纤维增强树脂基复合材料(CFRPs)存在的碳纤维与基体间界面黏结性较弱和在热循环过程中因热膨胀系数不匹配而产生界面破坏的问题,通过低温聚合得到含有较多共轭结构的聚吡咯(PPy)对预处理后碳纤维(CF)进行表面改性,分别在0、30、60℃下制得碳纤维/聚吡咯复合纤维(PPy/CF),并研究了不同聚合温度下制备的CFRPs的界面结合性能、热膨胀性能和热循环稳定性能。结果表明:PPy/CF-0纤维的表面粗糙度与CF相比增加了2.09倍,这有利于树脂锚定在碳纤维表面,从而提高界面结合性能;并且PPy/CF-0纤维表面的聚吡咯层具有较完善的共轭结构,整体表现为负热膨胀系数,使得复合材料的层间剪切强度和界面剪切强度分别达到了CF的1.56倍和1.70倍;此外还使得CFRPs的热循环稳定性有了较明显的提升,经100次热循环实验后,其剪切强度仍能保持在初始数值的70%以上。

玄武岩纤维和碳纤维对粉煤灰-矿渣基地聚物早期力学性能的影响

为研究玄武岩纤维和碳纤维对粉煤灰-矿渣基地聚物早期力学性能的影响,制备了不同纤维掺量(0.1%、0.2%、0.3%)的玄武岩纤维增强地聚物、碳纤维增强地聚物,测试了其在3 d、7 d、28 d龄期时的抗压、抗折和抗拉强度,并与纤维增强水泥浆体的早期力学性能进行了对比。此外,对比分析了粉煤灰-矿渣基地聚物和普通硅酸盐水泥的碳排放。结果表明:玄武岩纤维和碳纤维均可提高地聚物和水泥浆体3 d、7 d、28 d龄期时的力学性能,且对3 d龄期时力学性能的提高幅度最大。玄武岩纤维和碳纤维的最佳掺量分别为0.2%、0.1%。与水泥浆体相比,玄武岩纤维和碳纤维对地聚物力学性能的优化效果更佳。与碳纤维相比,玄武岩纤维对地聚物力学性能的优化效果更佳。粉煤灰-矿渣基的碳排放较普通硅酸盐水泥减少43.92%。

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).

碳纤维增强聚合物加固混凝土结构的发展综述

介绍了碳纤维增强聚合物 (CFRP)材料的性能、特点 ,在混凝土结构加固领域的应用及方法 ,综述了此种新型加固方法在国内外的研究及应用现状 ,并指出今后的发展趋势 .利用CFRP对混凝土结构加固是一种新型的加固技术 .CFRP材料以其轻质、高强、适用面广、耐久性好、抗腐蚀等优越的性能正在为人们广泛接受 .

碳纤维增强聚合物-钢管混凝土柱轴压稳定性灰熵关联度分析

为了进一步研究碳纤维增强聚合物(carbon fiber reinforced polymer,CFRP)-钢管混凝土复合结构构件的力学性能,对CFRP-钢管混凝土轴压柱的稳定性在不同影响因素下的演变规律进行了分析。以一系列试验研究为基础,通过灰熵关联度方法研究了长径比、套箍系数等指标与复合结构稳定性性能的关联程度。结果表明:CFRP可以有效地改善结构的性能;随着长径比的增大,套箍效应逐渐减小;各影响因素在不同情况下的灰熵关联度排序与实践一致,验证了灰关联熵理论可用于评价CFRP-钢管混凝土轴压柱性能的关联因素主次关系的有效性。研究结果可以为CFRP-钢管混凝土结构的进一步研究和实践应用提供参考。

碳纤维增强混凝土的抗渗性能试验分析

为探究碳纤维对于混凝土抗渗性能的改善效果,通过制备17组圆台形的碳纤维增强混凝土抗渗试件,并采用水压法开展抗渗性能测试,基于正交试验分析了相关因素对混凝土抗渗性能的影响规律。结果表明:对于影响碳纤维增强混凝土抗渗性的指标,其影响顺序为碳纤维质量分数>硅粉质量分数>甲基纤维素质量分数>碳纤维长度;碳纤维长度对混凝土抗渗性的影响基本可以忽略;碳纤维、甲基纤维素及硅粉的质量分数分别为0.500%、0.022%、0.180%时,改性C40混凝土试件取得最低2.8 cm的渗透高度,相比常规混凝土的降幅达50.0%。

BN粒子改性PVDF电纺纤维膜插层增强碳纤维/环氧树脂复合材料层间韧性

针对纤维增强复合材料层压板的分层失效问题,本文提出了一种氮化硼(BN)粒子改性聚偏氟乙烯(PVDF)电纺纤维膜以插层方式增强碳纤维/环氧树脂(CF/EP)复合材料层间断裂韧性的方法。通过超声处理将BN均匀分散于PVDF溶液中,利用静电纺丝方法制备了BN改性PVDF纤维膜(BN&PVDF),作为插层材料被引入碳纤维的层间,采用手工铺设-真空热压法制备BN&PVDF增强CF/EP复合材料层压板(BN&PVDF-CF/EP)。重点研究了BN粒子含量对改性PVDF电纺纤维膜增强CF/EP层间断裂韧性的影响及相关增韧机理。研究结果显示:当BN含量为3.2wt%时,BN&PVDF电纺纤维膜的增韧效果最好,相对于CF/EP,BN&PVDF-CF/EP的Ⅰ型层间断裂韧性提高了129.6%,Ⅱ型层间断裂韧性提高了160.6%;BN粒子引入后,提高了PVDF的拉伸强度和模量;SEM分析显示,BN粒子被部分镶嵌于PVDF纤维上,提高了PVDF纤维表面的粗糙度,增强了PVDF纤维与基体的界面相互作用,引起了更加复杂的增韧形式并提高了PVDF纤维的增韧效果。

新型聚合物乳胶粉对碳纤维增强混凝土力学性能的影响

为了更好地提升碳纤维混凝土的力学性能,通过加入VAE聚合物乳胶粉,研究4种碳纤维掺量(0,0.1%,0.2%,0.3%)下乳胶粉掺量对碳纤维混凝土性能的影响,并对混凝土的抗压强度、抗折强度、抗压峰值应变、抗折峰值应变和折压比进行分析。试验结果表明,随着VAE聚合物乳胶粉掺量的增加,乳胶粉对碳纤维混凝土性能的提升效果呈现先升高后下降的趋势,乳胶粉掺量在4%~8%范围内对碳纤维混凝土性能的提升最为明显,且碳纤维掺量和乳胶粉掺量之间存在交互作用。

短切聚酰亚胺纤维增强混凝土性能

通过酸洗、化学接枝的方法对短切聚酰亚胺纤维进行表面改性,并对不同配比的短切聚酰亚胺纤维增强混凝土进行了相关性能研究。结果表明,硅烷偶联剂成功接枝到聚酰亚胺纤维表面,并且改性后的聚酰亚胺纤维能够提高纤维在混凝土内的分散性,并对混凝土性能有较为明显的提升作用,w(改性聚酰亚胺纤维)=0.8%,混凝土的综合性能达到最优值。

钢纤维地聚物混凝土轴压性能细观数值模拟

为研究细观尺度下钢纤维地聚物混凝土(SFRGPC)的轴压性能,考虑骨料和钢纤维在混凝土基体内部的随机分布,建立钢纤维地聚物混凝土棱柱体的三维细观尺度数值模型。对不掺纤维与掺纤维2种工况下钢纤维地聚物混凝土的轴压性能进行模拟,验证该细观尺度数值模型的准确性。在此基础上,分析钢纤维地聚物混凝土的轴压破坏行为,进一步探究骨料最大粒径和纤维掺量对混凝土轴压受力性能的影响规律。结果表明,地聚物混凝土峰值应力随骨料最大粒径增加而降低;骨料最大粒径的增加会略微降低地聚物混凝土的韧性指数;由于纤维对混凝土裂缝的桥接作用,地聚物混凝土的峰值应力和韧性指数随纤维掺量增加均有所提高,且韧性指数的提高更为显著。

纤维增韧地聚物混凝土力学性能与微观结构

为改善地聚物延性较差的缺点,采用镀铜微细钢纤维与聚丙烯纤维制备了不同纤维类型、布置形式与体积掺量的纤维增韧粉煤灰-矿渣基地聚物混凝土,对其力学性能进行了试验研究,并通过扫描电子显微镜从微观层面解释了不同布置形式的纤维增韧机理。结果表明:钢纤维与聚丙烯纤维分别以拔出与断裂的形式有效地阻止地聚物混凝土裂缝的发展;对于整体式单掺钢纤维与整体式混掺纤维地聚物混凝土试样,其劈裂抗拉强度与抗折强度均得到显著提升;层布式钢纤维地聚物混凝土试样可达到与整体式纤维地聚物混凝土相当的力学性能且前者的纤维用量仅为后者的40%左右;与整体式纤维增韧机理不同,层布式钢纤维地聚物混凝土试样中双层钢纤维相当于“双层弹性板”,除了聚丙烯纤维以及钢纤维的“桥接”作用,还可与基体周围的钢纤维互相交叉形成网状结构,钢纤维网状结构之间的相互作用限制了纤维的相对位移,显著提升了试样的力学性能。

生态型地聚物混凝土抗压性能研究

文中利用再生粗骨料、废旧橡胶和再生钢纤维分别作为粗、细骨料和增强纤维,研制粉煤灰-矿渣基的生态型地聚物混凝土(Eco-GC),并对不同再生钢纤维掺量(1%、2%和3%)和不同橡胶颗粒替代率(5%、20%、35%和50%)的Eco-GC进行轴压性能试验研究,分析再生钢纤维掺量和橡胶颗粒替代率对破坏模态、抗压强度、峰值应变、弹性模量等的影响规律。研究结果表明,随着再生钢纤维掺量增大,Eco-GC的抗压强度、峰值应变、弹性模量均随之增加,但随着橡胶颗粒替代率提高,抗压强度、峰值应变、弹性模量均随之减小。

连续碳纤维/聚酰胺6混编织物复合材料的成型及性能研究

为了改善碳纤维/聚酰胺6织物复合材料界面的结合状态,提高复合材料的力学性能,通过混编的方式制备了碳纤维/聚酰胺6预制体,混编织造前碳纤维经500℃-2 min高温处理后浸泡在1wt%浓度的PA 845H-TDS-CN上浆液中20 s,最后将预制体通过热压成型,制备碳纤维织物/聚酰胺6复合材料。采用TGA、DSC、SEM、万能拉伸试验机分析碳纤维/聚酰胺6复合材料的热性能、晶型变化、微观形貌及力学性能。结果表明,聚酰胺6树脂主要以α晶型存在,结晶较为完善。纤维拔出后,单根碳纤维表面附着部分尼龙基体,碳纤维与尼龙基体形成了良好的界面层。优化后的层合板工艺为:铺层数10层,热压温度240℃,热压压力3 MPa,热压时间15 min。此工艺下,复合材料平均拉伸强度达到了825 MPa,弯曲强度平均值达到了520 MPa。

内嵌聚甲基丙烯酰亚胺泡沫的碳纤维增强复合材料蜂窝夹层结构水中抗爆试验研究

为了分析新型内嵌聚甲基丙烯酰亚胺(Polymethacrylimide,PMI)泡沫的碳纤维增强复合材料蜂窝夹层结构的水中抗爆性能,开展了水中爆炸作用下结构抗爆性能试验研究,对比了均质钢板、纯蜂窝夹芯夹层结构以及内嵌两种不同密度PMI泡沫蜂窝夹芯夹层结构的水中抗爆性能,分析了结构变形与破坏模式、结构表面压力特性以及结构后面板变形情况。结果表明,内嵌泡沫能够有效提升夹层结构的水中抗爆性能。研究结果可以为水中抗爆防护结构的轻量化设计及优化提供参考。

纤维增强混凝土的耐久性能研究现状简述

随着建筑要求的不断提高和混凝土研究的发展,纤维增强混凝土作为一种高性能的新型材料,越来越受到土木行业的欢迎。本文将从抗氯离子侵蚀性、抗渗透、抗冻融和抗碳化性能这四个方面来综述近年来国内外关于纤维对混凝土耐久性影响的研究进程,分析并总结在渗透、氯离子侵蚀性、冻融和碳化环境下,纤维对混凝土耐久性能影响机理。

碳纤维补强预应力钢筒混凝土管试验研究

针对预应力钢筒混凝土管道(PCCP)在使用过程中出现的裂缝、断丝等劣化现象,提出一种“一纵三环”黏贴碳纤维布加固PCCP管的方法。为验证该法修复PCCP断丝管的效果,采用3根2.2 m直径PCCP管在管芯混凝土内表面黏贴碳纤维增强复合材料(CFRP)进行加固试验。按不同温度和湿度组合黏贴CFRP,并分别在自然养护7 d和浸水30 d后进行正拉接性能试验。结果表明,自然养护条件下正拉接强度随着黏贴温度的升高而升高,随湿度增加呈先降低再升高的趋势;浸水养护后正拉接强度有所降低,为自然养护强度的80%。