纤维增强地质聚合物混凝土早期冲击力学性能的对比研究

为对比研究玄武岩纤维和碳纤维对地质聚合物混凝土(geopolymeric concrete,GC)早期冲击力学性能的改善效果,首先以矿渣与粉煤灰作为原材料,并采用液体硅酸钠与NaOH作为碱激发剂,配制了纤维体积掺量分别为0、0.1%、0.2%、0.3%的玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土(basalt fiber reinforced geopolymeric concrete,BFRGC)和碳纤维增强地质聚合物混凝土(carbon fiber reinforced geopolymeric concrete,CFRGC),再采用Φ100 mm霍普金森压杆(split Hopkin-son pressure bar,SHPB)试验装置测试了两种材料3d、7d的冲击力学性能,并对试验进行对比分析。结果表明:纤维增强地质聚合物混凝土(fiber reinforced geopolymeric concretes,FRGCs)早期冲击力学性能具有显著的应变率相关性;BFRGC的早期动态强度特性优于CFRGC;BFRGC在10—102s-1范围内的能量吸收能力与CFRGC的相当,但BFRGC相对于CFRGC在吸收冲击能上的优势,将会随着应变率的增加而越发明显。对比可知:BFRGC较CFRGC而言,具有更加优越的早期冲击力学性能,主要体现在动态强度和能量吸收能力上。

玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土的冲击压缩试验研究

采用100mm分离式霍普金森压杆(SHPB)试验装置,研究了玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土在不同应变率下的冲击力学行为,并将其与基体地质聚合物混凝土进行对比分析。研究表明,混凝土是应变率敏感材料,其峰值应力和峰值应变表现出显著的应变率强化效应;玄武岩纤维对地质聚合物混凝土具有较好的增韧作用,韧性随纤维掺量的增加而提高,其中体积掺量为0.3%时最佳,但强度反而降低。

定向钢纤维增强地质聚合物复合梁的抗弯性能

为研究定向钢纤维层厚度对地质聚合物复合梁抗弯性能的影响,制备了不同纤维层厚度的地质聚合物复合梁,并进行了三点弯曲试验.结果表明:复合梁的断裂能随钢纤维层厚度增加而提升,其抗折强度随着钢纤维层厚度的增加呈现先增后减的变化趋势.为深入探讨地质聚合物复合梁钢纤维层厚度与其抗折强度的关系,建立了定向钢纤维增强地质聚合物复合梁受弯承载力简化计算分析模型,通过在模型中引入定向钢纤维增强地质聚合物的抗压强度各向异性测试结果,并以定向钢纤维抗拉强度影响系数(βtu)为变量,对比计算分析了复合梁受弯承载力及界限钢纤维层厚度,发现当βtu≈3时,计算结果与试验结果较为吻合.

玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土的动态本构模型

以矿渣与粉煤灰为原材料制备玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土(BFRGC),采用φ100mm分离式霍普金森压杆(SHPB)装置对BFRGC进行了冲击压缩试验,并对SHPB试验过程中的波形整形技术展开了研究,以此来提高材料SHPB试验的精度。通过SHPB试验,获得了BFRGC在10s-1―102s-1应变率范围内的应力-应变曲线,分析了BFRGC的强度和变形性能,并建立了BFRGC的率型非线性粘弹性本构模型。通过试验对模型进行验证,模型曲线与试验曲线吻合良好,该文建立的率型本构模型可以较为准确地描述BFRGC的动态力学行为。

冲击荷载作用下玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土的变形特性

采用φ100mm分离式霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)试验装置,研究了不同基体强度的玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土(basalt fiber reinforced geopolymeric concrete,BFRGC)在冲击荷载作用下的变形特性。SHPB结果表明:BFRGC的临界应变具有显著的应变率相关性;随着基体强度的增加,BFRGC在冲击荷载作用下的变形能力降低;当玄武岩纤维的体积掺量为0.2%时,玄武岩纤维对地质聚合物混凝土的变形能力的改善效果最佳。

玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土的高应变率力学行为

采用Φ100 mm分离式霍普金森压杆(SHPB)系统研究了玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土(BFRGC)的高应变率力学行为,包括抗压强度、变形及能量吸收特性的应变率效应问题。结果表明:地质聚合物混凝土材料的高应变率力学性能呈现出显著的应变率相关性;BFRGC的强度特性相对于地质聚合物混凝土(GC)无明显改善,而变形及能量吸收能力较GC有明显提高。

钢纤维增强粉煤灰基地质聚合物抗折过程声发射特性研究

制备钢纤维增强粉煤灰基地质聚合物,钢纤维的体积掺量不同,研究钢纤维体积掺量对地质聚合物抗折破坏行为及声发射特性的影响,通过研究声发射信号波形平均频率AF及RA(上升时间与幅值的比值)的变化趋势,得出地质聚合物基体的拉伸破坏及剪切破坏的规律。结果表明:镀铜钢纤维对地质聚合物的增韧效果明显;持续时间在40000μs以上,且所含能量很高的波形为诱发灾变破坏的波形;小RA值、大AF值对应着地质聚合物基体的拉伸破坏,大RA值、小AF值对应着纤维拔出过程中与基体的相对剪切破坏。

钢纤维增强粉煤灰地质聚合物单轴受压过程的声发射特性

为探索纤维增强地质聚合物宏观力学行为与细观损伤演化特征之间的关联,对不同纤维体积掺量(纤维与拌合物的体积比)的钢纤维增强粉煤灰地质聚合物复合材料进行了单轴压缩试验。基于声发射技术,对试样压缩过程的声发射行为进行监测,研究了纤维体积掺量对地质聚合物单轴受压破坏行为及声发射特性的影响。结果表明:地质聚合物的强度、延性、声发射波形的上升斜率及平均频率均随纤维掺量的提高而增大,试件破坏形态由脆性灾变逐渐向延性破坏转变;在破坏前期,纤维体积掺量为0及0.5%的试件的声发射撞击率及能量释放率(简称能量率)都保持在较高水平,最终导致试件出现灾变破坏;而2.0%的纤维体积掺量使得声发射撞击率及能量率在应力-时间曲线的拐点处达到峰值,随后缓慢下降,最终导致试件呈现延性破坏;因此,仅依据声发射撞击率及能量率的快速上升来预测灾变破坏的发生,有时可能会出现谎报的情况。