不同体积掺量的钢纤维在混凝土中的分布研究

为研究不同体积掺量的钢纤维对钢纤维自密实混凝土中纤维分布和取向的影响,配制了4种不同纤维体积掺量的纤维自密实混凝土,首先探究了新拌混凝土的流变性质与纤维体积掺量之间的关系,同时分析了梁试件切割面上的纤维分布.考虑纤维体积掺量对新拌混凝土流变性质的影响,采用ANSYS CFX软件模拟了具有4种不同纤维体积掺量的新拌混凝土的流动.基于模拟得到的混凝土速度场,将纤维视为刚性连接的数个球形粒子,通过求解刚体动力学方程计算了纤维的运动.通过与试验结果对比发现,本文提出的模拟方法能较好地确定纤维在混凝土中的分布与取向;模拟结果表明,随着纤维体积掺量的增加,纤维在梁竖直方向的离析程度减小,相反地,纤维与梁轴向的取向角度增大.

高掺量聚丙烯纤维混凝土动力特性的SHPB试验

为了研究高掺量聚丙烯纤维混凝土的动力特性,采用直径为74 mm变截面Hopkinson压杆,对8组64块聚丙烯纤维混凝土试件进行了冲击压缩试验,得到了不同应变率范围下混凝土的动态抗压强度及应力-应变曲线,并给出了聚丙烯纤维混凝土动态抗压强度与应变率、纤维体积掺量以及静压强度之间的关系.分析认为,在101～102s-1应变速率,聚丙烯纤维混凝土的动态强度提高比值与素混凝土基本一致.

PE纤维掺量对水泥基复合材料力学性能的影响

针对PE纤维掺量对水泥基复合材料力学性能的影响,开展不同PE纤维掺量下水泥基复合材料的抗压强度、抗折强度、弯曲韧性、直接拉伸性能的试验研究,分析PE纤维水泥基复合材料的开裂模式,通过环境扫描电镜观察和分析薄板弯曲试验中PE纤维的破坏模式。研究表明,不大于2%的PE纤维掺量对水泥基复合材料的抗压强度没有明显改变;当PE纤维掺量大于1%后,PE纤维水泥基复合材料薄板在弯曲荷载作用下表现出极强的韧性特征和变形能力;当纤维掺量大于1.5%时,在直接拉伸荷载作用下PE纤维水泥基复合材料表现出显著的应变硬化特征,并且呈现多缝开裂的稳态破坏模式.

钢纤维掺量对活性粉末混凝土初裂性能影响研究

通过三点弯曲试验研究分析了五种不同钢纤维体积掺量下活性粉末混凝土(RPC200)的抗弯初裂性能及其随纤维体积率的变化规律,并提出了活性粉末混凝土抗弯初裂性能的临界纤维体积率和最优纤维体积率。

平直型钢纤维掺量与长径比对超高性能混凝土性能的影响

为研究平直型钢纤维体积掺量及长径比对超高性能混凝土(UHPC)施工及力学性能的影响,选用四种镀铜平直型钢纤维,设计并制备了12组不同钢纤维体积掺量(0~4%,长径比均为65)及长径比(65、80、90、100,对应钢纤维体积掺量均为2.5%)的UHPC试件。通过扩展度、抗压强度和四点弯曲试验,得到了各组UHPC的扩展度、抗压强度、抗折强度及弯曲应力-挠度曲线;基于UHPC弯曲应力-挠度曲线,并结合CECS13∶2009计算了UHPC的弯曲韧性指数。结果表明:随着钢纤维体积掺量的增加,UHPC的扩展度呈下降趋势,UHPC抗压、抗折强度、弯曲韧性指数基本呈增加趋势,对应最佳钢纤维体积掺量分别为4%(平均值174.4 MPa)、3.5%(平均值46.18 MPa)和4%;随着钢纤维长径比的增大(钢纤维体积掺杂量2.5%不变),UHPC扩展度呈下降趋势,抗压、抗折强度平均值及弯曲韧性指数呈增加趋势;其中,抗压、抗折强度最大值分别为173.53 MPa和44.9 MPa。

不同纤维掺量BFRP筋玄武岩纤维再生混凝土梁抗剪性能试验研究

通过6根玄武岩纤维(BFRP)筋玄武岩纤维再生混凝土梁的受剪试验,研究短切纤维掺量对BFRP筋纤维再生混凝土梁的裂缝开展、跨中挠度、开裂荷载和极限荷载的影响。研究结果表明:试验梁跨中挠度随玄武岩纤维体积掺量的提高先增大后减小;开裂荷载随玄武岩纤维体积掺量的提高略微增加;极限荷载随玄武岩纤维体积掺量的提高先增大后减小;玄武岩纤维体积掺量在0.2%时,极限荷载为峰值增强效果最明显。依据试验结果并参照《混凝土结构设计规范》(GB 50010-2015)对BFRP筋纤维再生混凝土梁极限承载力进行计算,结果表明计算值和试验值吻合较好。

钢纤维掺量对超高性能混凝土力学性能影响研究

为研究钢纤维体积掺量对超高性能混凝土(UHPC)力学性能的影响,设计并制备了钢纤维体积掺量分别为1.0%、1.5%、2.0%的三组UHPC试件,开展了坍落度、扩展度、抗压强度和四点弯曲试验。结果表明:随着钢纤维体积掺量从0%~2%,坍落度从265 mm降到了240 mm,扩展度从540 mm降到了425 mm,抗压强度从103.9 MPa提高到了123.7 MPa。当钢纤维掺量分别为1.0%、1.5%和2.0%时,抗弯强度分别为16.7 MPa、23.1 MPa和23.8 MPa,弯曲韧性分别为87.6 N·m、116.0 N·m和122.8N·m。随着钢纤维掺量的增加,UHPC流动性降低;UHPC抗压、抗弯强度和弯曲韧性呈增长趋势,但是增长趋势减缓。由于钢纤维主要承受拉应力和桥接基体,所以在抗压强度、抗弯强度和弯曲韧性指标中,抗弯强度和弯曲韧性指标增长幅度更大。

碳纤维混凝土力学性能研究

为探究衬砌管片的混凝土开裂破坏,考虑加入碳纤维来改善其力学性能。设计了不同配合比的碳纤维混凝土试件,进行了碳纤维长度和掺量对碳纤维混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度的研究。试验结果表明:碳纤维混凝土较普通混凝土抗拉和抗压强度均得到了增强,其中抗拉强度增加程度最大,达到普通混凝土的150%,弹性模量和延性也均得到了提高,利用这些特征可以有效延缓和阻止衬砌管片开裂。此外,通过试验数据拟合得到了碳纤维混凝土应力-应变曲线表达式,为碳纤维混凝土在数值模拟中奠定理论基础。

玄武岩纤维混凝土板冲切试验与承载力分析

为探究玄武岩纤维对混凝土板抗冲切性能的增强效果,基于我国现行规范对此类构件冲切承载力计算方法提出修正建议。以纤维体积掺量(0%、0.1%、0.2%、0.3%)与纤维长度(12 mm、18 mm)为变量,对7个混凝土板试件进行冲切试验,研究各参数对试件极限承载力的影响,建立经试验验证的有限元模型并进行扩参数分析。结果表明:玄武岩纤维混凝土板的极限承载力随体积掺量的增加呈先增大后减小的趋势,掺入长度为12 mm、18 mm的玄武岩纤维的试件较对比试件冲切承载力提升显著,最大提高幅度分别为40.9%和37.3%;纤维长度为12 mm,体积掺量为0.4%时,对混凝土板的抗冲切性能改善效果最佳。我国《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2010)的冲切承载力计算值较试验结果偏于保守,考虑玄武岩纤维阻裂作用对临界截面周长的影响,对规范中的冲切承载力计算公式进行修正。

玄武岩纤维增强粉煤灰混凝土抗压强度性能研究

研究了玄武岩纤维长度与纤维体积掺量对纤维增强粉煤灰混凝土立方体抗压强度的影响,根据试验抗压强度结果,建立抗压强度拟合模型。研究结果表明:纤维体积掺量是影响玄武岩纤维增强粉煤灰混凝土抗压强度的主要因素;当纤维长度为12 mm且纤维体积掺量为0.15%时,玄武岩纤维对混凝土抗压强度有8.4%的最大增幅;玄武岩纤维掺量对混凝土抗压破坏模式有影响,随着纤维掺量增大,失去承载力时混凝土试件完整度更高;纤维长度对纤维失效特征有影响,且不同材料交界面的薄弱区域对玄武岩纤维有效长度有不利影响;对试验结果进行的回归分析,拟合得到C40玄武岩纤维粉煤灰混凝土立方体抗压强度预测模型,且有较好的精度。

玄武岩纤维混凝土抗冻性及损伤劣化模型研究

为了研究玄武岩纤维混凝土(BFRC)的抗冻性能,本文做了如下试验研究:制备了7组不同纤维长度、不同纤维体积掺量的BFRC,分别对其进行快速冻融试验,并以质量损失率、相对动弹性模量以及强度等性能指标为参数,分析探讨BFRC的抗冻损伤劣化规律。同时,通过压汞(MIP)试验,分析在不同冻融状态下BFRC孔隙结构的变化规律。试验结果表明,随着冻融次数的增加,BFRC的质量损失率先下降后上升,强度以及相对动弹性模量随冻融次数的增加而逐步下降;掺加BF能够减缓混凝土冻融破坏,提高抗冻性,其中,BF9-1.0抗冻性能最优;MIP测试结果显示,掺加BF对混凝土的孔隙分布有着明显的改善作用;以相对动弹性模量为损伤变量构建的指数函数和二次多项函数的损伤劣化模型相关系数R^(2)均在99%以上,可以准确预测BFRC冻融损伤的劣化程度。因此,掺加纤维长度为9mm、纤维体积掺量为1.0mg/m^(3)的BFRC抗冻性能最佳。

玄武岩纤维RPC基本力学性能研究

为了研究玄武岩纤维在RPC(reactive powder concrete,活性粉末混凝土)中的作用效果,以玄武岩纤维体积掺量、纤维长度、RPC水胶比和养护龄期为参数,对玄武岩纤维RPC的劈裂抗拉强度和立方体抗压强度进行了试验研究。试验结果表明:对于掺入12 mm长玄武岩纤维的RPC,最佳水胶比为0.22,最佳纤维体积掺量为0.10%,其劈拉强度较未掺纤维的RPC提高了38.53%。对于掺入6 mm长玄武岩纤维的RPC,最佳纤维体积掺量为0.05%,其劈拉强度较未掺纤维的RPC提高了27.16%。

PVA纤维混凝土抗盐侵蚀性能的试验研究

为了研究PVA纤维对混凝土抗盐侵蚀性能的影响,以纤维长度和纤维体积掺量为参数,通过对不同龄期下纤维混凝土和普通混凝土抗氯盐侵蚀试验以及抗硫酸盐侵蚀试验研究分析,发现纤维混凝土较普通混凝土有显著的抗盐侵蚀性能。结果表明:掺入长度为12 mm的PVA纤维对混凝土的抗盐侵蚀性能有更好的改善效果;并且当纤维体积掺量为1.2 kg/m^3时,抗氯盐侵蚀性能的最大改善率可达55%以上,抗硫酸盐侵蚀性能的最大改善率可达20%以上;最终得出,在混凝土中掺入12 mm PVA纤维,并且当纤维体积掺量为1.2 kg/m^3时,纤维混凝土的抗盐侵蚀性能最优。

油菜秸秆纤维混凝土抗碳化性能的试验研究

运用正交试验,制作油菜秸秆纤维混凝土试件,探究水灰比(0.45、0.50、0.55、0.60)、油菜秸秆纤维长度(15~20、>20~25、>25~30、>30~35 mm)和秸秆纤维体积掺量(0.50%、1.00%、1.50%、2.00%)对油菜秸秆纤维混凝土抗碳化性能的影响。极差分析结果表明,3因素对油菜秸秆混凝土抗碳化性能影响的大小依次为水灰比、秸秆纤维长度、秸秆纤维体积掺量,最优组合为水灰比0.45、秸秆纤维长度为>30~35 mm、秸秆纤维体积掺量1.50%。取最优水平组试件作电镜扫描观察,发现油菜秸秆纤维的掺入,能够改善水泥浆体内部孔隙结构,使混凝土碳化深度最多可减小35.31%,从而提高混凝土的抗碳化性能。采用最小二乘法回归分析建立的油菜秸秆纤维混凝土碳化深度预测模型,验证离散系数接近0.05。

钢纤维混凝土的弯曲性能试验研究

对18组不同钢纤维体积掺量的钢纤维混凝土试件进行了三点弯曲试验,分析了钢纤维混凝土的破坏形态和荷载-挠度曲线特性,总结了钢纤维混凝土弯曲破坏过程和特点,计算了钢纤维混凝土的延性指和钢纤维的界限体积掺量。采用无量纲化方法,获得了实用延性指数计算模型,试验结果和已公开文献结果都验证了本研究模型的正确性。采用基于SCE-SF4标准的弯曲韧性比指标评价了钢纤维混凝土弯曲性能,结果表明,钢纤维可以显著提高混凝土的弯曲韧性比和等效弯曲强度,但对初裂强度影响很小。

短切碳纤维混凝土单轴冲击压缩试验与分析

为研究短切碳纤维对混凝土动态力学性能的影响,采用覫74mm钢质分离式霍普金森压杆装置,对6种不同体积掺量的短切碳纤维混凝土进行单轴冲击压缩试验。中应变率下的短切碳纤维混凝土动态应力-应变曲线表明,不同体积掺量的短切碳纤维混凝土动态峰值应变大致相同,约为0.0018;由于短切碳纤维的阻裂作用,短切碳纤维混凝土达到峰值应力后仍有一定的承载能力,当轴向动态极限应变超过0.02时,短切碳纤维混凝土的承载力急剧下降。在中应变率加载条件下,短切碳纤维混凝土动态平均抗压强度和碳纤维体积掺量近似服从高斯分布。短切碳纤维混凝土单轴冲击压缩试验表明短切碳纤维合理体积掺量为0.6%。

国产PVA纤维混凝土早期抗裂性能试验研究

为了研究聚乙烯醇(PVA)纤维对混凝土早期抗裂性能的影响。制作了7组混凝土平板早期抗裂试验,其中6组混凝土里面掺入了PVA纤维,观察记录了开裂的整个过程。纤维长度和体积掺量为主要研究对象。通过计算得出了单位面积下不同配合比混凝土的裂缝总条数以及总面积,而且对混凝土裂缝降低系数进行了对比分析。试验结果表明:掺入纤维后,混凝土的早期抗裂性能有明显提高,不仅裂缝宽度有所减小,而且裂缝数量也有所减少。其中纤维长度为12 mm、体积掺量为1.6 kg/m^3的混凝土早期抗裂性能改善能力最明显,可以为PVA纤维在工程中的应用提供参考依据。

PVA纤维增强快硬硫铝酸盐水泥基ECC材料性能的研究

针对快硬硫铝酸盐水泥基快速修补材料易开裂的问题,为了提高其韧性,增强其抗裂能力,设计并制备了PVA纤维快硬硫铝酸盐水泥基ECC材料(CSA-ECC),开展了PVA纤维不同体积掺量下CSA-ECC材料的工作性,抗压、抗折强度,单轴拉伸性能及弯曲韧性的试验研究,通过SEM观察分析了PVA纤维在CSA-ECC材料中的作用机理。研究结果表明:CSA-ECC材料浆体的流动度随纤维体积掺量的增多而降低,在掺量为2%时会出现结团现象;当纤维体积掺量高于1%时,抗压强度会出现略微下降;抗折强度随纤维体积掺量的增多而增大,纤维掺量为2%时,抗折强度可提高333%;当纤维体积掺量大于1.5%后材料在单轴拉伸下呈多缝开裂的破坏形式,在弯曲荷载作用下表现出良好的韧性特征和变形能力。

聚乙烯醇纤维对混凝土抗冻性能的影响

为了研究聚乙烯醇(PVA)纤维混凝土的抗冻性能,共设计制作了21个标准混凝土抗冻试件。其中在18个普通混凝土试件里掺入了不同长度及不同体积掺量的PVA纤维,进行冻融循环试验。试验结果表明,随着冻融次数的增加,普通混凝土及PVA纤维混凝土的相对动弹性模量总体上呈现下降趋势,但普通混凝土下降趋势更明显。当冻融次数为75次时,普通混凝土相对动弹性模量已经下降至55.2%,而纤维混凝土在冻融次数为150次时,相对动弹性模量才下降20%之内。

碳纤维混凝土配合比设计方法研究

若在混凝土中掺入一定量的碳纤维,对其和易性、力学性能等方面均有较大影响,所以一般的混凝土配合比设计方法不再适用于碳纤维混凝土。为此提出了一种适用于碳纤维混凝土的配合比设计方法,采用控制碳纤维体积掺量及水胶比、砂率的手段以保证碳纤维混凝土的强度,采用保持水胶比不变而通过增加水泥浆体的手段变相增加用水量以保证碳纤维混凝土的和易性。最后利用试验方法验证了碳纤维混凝土配合比设计方法的有效性与适用性。