喷射混杂纤维混凝土抗冻性及损伤模型

目的为提高高寒地区喷射混凝土耐久性,改善冻融环境下普通喷射混凝土易开裂、抗冻性能差等问题。方法在喷射混凝土中掺入混合纤维,通过冻融循环试验、超声波检测、压拉性能试验以及气孔结构测试等方法,研究不同冻融循环次数下喷射混杂纤维混凝土的相对纵波波速、相对压拉强度以及试件内部气孔结构变化规律。通过压拉性能损伤量对试件冻融损伤进行多项评价,分析钢纤维和聚丙烯纤维贡献率与喷射混凝土抗压强度之间的关系,并根据钢纤维和聚丙烯纤维贡献率公式建立喷射混凝土冻融损伤模型。结果与单掺钢纤维和聚丙烯纤维试件相比,混合掺入1%钢纤维、0.1%聚丙烯纤维喷射混凝土试件的抗压强度损失分别降低了7.5%、33.3%,劈裂抗拉强度损失分别降低了15.6%、35.0%。在弦长尺寸0.1mm<d<1mm处,混合掺入0.1%聚丙烯和1%钢纤维喷射混凝土气泡弦长频率比单掺1%钢纤维喷射混凝土和单掺0.1%聚丙烯喷射混凝土分别降低了24.9%和27.3%。钢纤维和聚丙烯纤维对抗压强度的贡献率呈现先增长后下降趋势。基于冻融损伤与钢纤维和聚丙烯纤维贡献率建立冻融损伤模型。结论喷射混杂纤维混凝土力学性能损伤量低,不易开裂,抗冻性能好,可为高寒地区喷射混凝土结构提供理论参考。

纤维素-玄武岩混杂纤维喷射混凝土力学性能及能量演化

为研究纤维素纤维和玄武岩纤维掺量对喷射混凝土力学性能的影响,对不同纤维掺量下的喷射混凝土开展工作性能和力学性能试验,根据能量演化曲线对比分析喷射混凝土不同阶段的能量变化,并结合宏观试验和SEM分析纤维对喷射混凝土的增韧阻裂机理。结果表明:掺入纤维素纤维和玄武岩纤维会导致喷射混凝土坍落度降低,喷射混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度随两种纤维掺量增加呈先升高后降低的趋势;在荷载作用下,喷射混凝土能量演化曲线大致经历四个阶段,分别为初始损伤阶段、线弹性阶段、突变损伤阶段和破坏阶段,掺入适量纤维素纤维和玄武岩纤维增强了喷射混凝土的阻裂耗能能力;掺入纤维素纤维后,喷射混凝土界面过渡区水化产物颗粒分布更加均匀,界面结构更加平整致密;纤维与基体间的摩擦为裂缝拓展提供了所需要消耗的能量,增强了喷射混凝土的延性与抗裂性。

钢纤维喷射混凝土结构安全性分析方法

钢纤维喷射混凝土作为隧道喷射混凝土支护的新型材料,具有更优的抗拉、抗裂性能和耐久性,为了研究其用于隧道支护对承载力的影响以及开裂情况,建立了钢纤维喷射混凝土结构安全性分析方法。该分析方法根据钢纤维喷射混凝土构件尺寸,检测在荷载作用下钢纤维喷射混凝土构件是否发生开裂,若未开裂则构件尺寸合理,若开裂则需计算出实际裂缝宽度判别是否满足安全规范要求。根据分析流程对Ⅲ级围岩钢纤维喷射混凝土Ⅰ型和Ⅱ型、Ⅳ级围岩钢纤维喷射混凝土三种支护类型进行工程验证,结果表明:同一级围岩,钢纤维喷射混凝土越厚,越不易开裂,安全性越高;不同级围岩,围岩荷载越大,同一厚度的钢纤维喷射混凝土越易开裂且开裂后裂缝宽度越大;理论计算结果与现场试验结果基本吻合,验证了钢纤维喷射混凝土结构安全性分析方法的实用性和有效性。

不同聚乙烯醇纤维掺量喷射防水混凝土的性能分析

为改善地铁车站深基坑施工中喷射防水混凝土的性能,掺入聚乙烯醇(PVA)纤维进行改性,并设计配合比制备不同PVA纤维掺量的喷射防水混凝土,分别进行抗碳化、抗冻性、抗渗性、工作性测试和强度检验。结果显示:掺入PVA纤维后,喷射混凝土的可喷射性得到提升,一次喷射厚度增加;在掺入质量分数为0.5%的PVA纤维时,喷射防水混凝土试件经300次冻融循环后的劈裂抗拉强度损失率低至0.4%;喷射防水混凝土的抗碳化性、抗渗性、流动性和抗压强度在掺入PVA纤维后均有所下降,但设计的试件抗渗等级依旧高于常规喷射防水混凝土,且养护28 d抗压强度仍符合规范要求,抗碳化性良好。

不同掺合料对喷射钢纤维混凝土性能的影响

依托某重点工程隧道穹顶支护用高性能喷射混凝土的性能要求,配制了C40喷射钢纤维混凝土,研究了掺合料的种类(粉煤灰、专用掺合料、抗裂剂)对喷射钢纤维混凝土工作性、力学性能和耐久性能的影响。结果表明:掺不同掺合料喷射钢纤维混凝土的坍落度均满足(180±20)mm的要求,表观密度稳定在2530 kg/m3左右,抗压强度均满足设计强度等级要求,耐久性能均较好;另外,与掺粉煤灰的喷射钢纤维混凝土相比,掺专用掺合料或抗裂剂的喷射钢纤维混凝土的保水性和黏聚性均较好,力学性能和耐久性能基本均较优,抗渗等级分别达到了P11和P10,28 d碳化深度均小于12.0 mm。

基于钢纤维与聚丙烯纤维的喷射混凝土弯曲韧性研究

使用聚丙烯纤维和钢纤维,分别以0.7%和1.0%体积掺量制备混凝土试件,设计不同纤维尺寸、形状的试验组,开展预切口三点弯曲试验,获取跨中挠度和混凝土弯曲荷载之间关系并计算弯曲韧性系数,对比掺入不同纤维条件下喷射混凝土的弯曲韧性提升差异。试验结果显示:所用纤维几何形状相同条件下,纤维长度和混凝土弯曲韧性之间保持正相关关系,但同时应考虑纤维长度因素会对混凝土工作性能产生的影响;纤维端部弯钩或表面压痕都能一定程度上提升纤维和基体之间的附着力水平。纤维几何尺寸相同条件下,掺入钢纤维的喷射混凝土增韧效果不及聚丙烯纤维,掺入1.0%聚丙烯纤维时的材料弯曲韧性指数I5达13.10。

聚丙烯纤维对边坡支护用喷射混凝土性能的影响

为了克服喷射混凝土易开裂、脆性大等不足,通过掺入聚丙烯纤维以提升喷射混凝土的工作性能、抗压强度与抗渗性能,并结合粉煤灰、减水剂等掺量变化,探究聚丙烯纤维喷射混凝土的优化配合比方案。结果表明,经配合比优化处理后,聚丙烯纤维喷射混凝土的各项性能均能够满足边坡支护工程规范要求,其中粉煤灰掺量调整为胶凝材料质量配比的20%,掺加质量分数为0.8%的减水剂和1.0 kg/m^(3)聚丙烯纤维时,喷射混凝土的回弹率为7.6%,满足工程规范要求。

隧道喷射高性能聚丙烯纤维混凝土配制与应用研究

研究了聚丙烯(PP)纤维对隧道喷射混凝土综合性能的影响,试验结果表明:速凝剂掺量增加,混凝土的扩展度逐渐减小,1、7 d抗压强度先提高后降低,掺量为23.5 kg/m^(3)时28 d抗压强度达到最大值52.8 MPa;PP纤维对力学性能影响明显,在PP纤维体积分数为0.15%时,28 d抗压强度达到最大值54.7 MPa,劈裂抗拉强度先提高后降低,最佳PP纤维体积分数为0.15%;PP纤维对静水压力增幅影响为PP9增幅19.2%、PP12增幅40.4%、PP15增幅9.6%、PP18增幅3.8%,最佳PP纤维长度为12 mm。

偏高岭土和PVA纤维对喷射混凝土强度的影响

通过开展不同温度、湿度条件下掺加不同掺量偏高岭土(MK)及不同长度聚乙烯醇(PVA)纤维的喷射混凝土喷射试验,探究不同养护环境下不同掺量的MK和不同长度PVA纤维对喷射混凝土抗压强度的影响规律。结果表明:在常温常湿的养护条件下,随MK掺量和PVA纤维长度的增加,喷射混凝土的抗压强度均呈现出先增大后减小的变化趋势,但在高温高湿的养护条件下,随MK掺量的增加,喷射混凝土的抗压强度呈现出增大的趋势;在高温高湿的养护条件下,喷射混凝土的抗压强度低于常温常湿养护下的。

冻融循环下玄武岩纤维喷射混凝土性能试验研究

文章探讨了冻融循环下玄武岩纤维掺量对喷射混凝土性能的影响,进行了0次、25次、50次、75次、100次5种冻融循环次数和0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%5种玄武岩纤维掺量的正交试验。结果表明,适量掺入玄武岩纤维能显著降低喷射混凝土在冻融循环中的质量损失率,减少表面脱落,优化内部结构,从而显著提高喷射混凝土的抗冻、抗压和抗折性能。然而,过高的玄武岩纤维掺量可能导致纤维团聚,使喷射混凝土性能降低。

适用于隧道衬砌加固的新型早强高性能纤维喷射混凝土研究

研究对普通喷射混凝土的微结构进行了设计,并对其性能进行了优化。通过优选钢纤维的长径比,研发出高早强、高耐久的纤维喷射混凝土。研究认为,当硫铝酸盐水泥和速凝剂的掺量分别为5%和4%时,可优化复合水泥胶凝体系的孔隙结构,增大复合水泥胶凝体的水化速率,形成致密的孔结构体系,进而大幅提升复合水泥胶凝体系的早期强度。当钢纤维掺量为35 kg/m 3时,使用长35 mm、直径0.7 mm的端钩型钢纤维可使纤维喷射混凝土的力学性能达到最优。

玄武岩-聚乙烯醇纤维对再生混凝土抗冻性能的影响

为了推广再生混凝土在高海拔和北方寒冷地区的应用,对单掺、混掺不同体积掺量玄武岩纤维和聚乙烯醇纤维的再生混凝土进行质量损失率、相对动弹性模量、抗压强度损失率3项抗冻性能指标的探究,并用SEM对200次冻融循环后混掺纤维再生混凝土进行细观作用机理分析,最后结合响应面法对混掺纤维掺量进行优选。结果显示:外掺纤维能够提高再生混凝土的抗冻性能,而混掺纤维效果优于单掺纤维;2种纤维在试件内部呈网状分布,协同受力,与基体互相约束,很大程度限制了裂缝的扩展和数量;纤维优化结果显示当聚乙烯醇纤维与玄武岩体积掺量分别为0.170%和0.246%时,再生混凝土的抗冻性能最优。研究成果对玄武岩-聚乙烯醇纤维再生混凝土纤维掺量设计具有一定的借鉴意义。

PE纤维与细橡胶颗粒对泡沫混凝土弯曲韧性的影响

研究了聚乙烯(PE)纤维及其与细橡胶颗粒复掺对泡沫混凝土弯曲破坏模式、峰值强度、能量吸收特性和弯曲韧性的影响,并结合孔结构分析和微观形貌观察探究了其作用机理.结果表明:PE纤维使泡沫混凝土出现多缝开裂模式,显著提升了其峰值强度、能量吸收能力和弯曲韧性;复掺细橡胶颗粒可以进一步提升泡沫混凝土试件的比能量吸收和弯曲韧性;掺入PE纤维可以降低泡沫混凝土的平均孔径;复掺细橡胶颗粒导致泡沫混凝土试件的平均孔径增大,联通孔增多,对其峰值强度有不利影响;PE纤维及细橡胶颗粒提升泡沫混凝土弯曲韧性的主要原因在于其削弱了裂纹尖端的应力集中,同时增强了能量耗散作用.

细聚丙烯纤维混凝土介观离散力学模型及其Ⅰ型断裂强度负效应机理

细聚丙烯(PP,直径小于100μm)纤维混凝土Ⅰ型断裂强度随纤维含量增加呈现先增后减的变化规律,其机理尚不明晰。而且由于纤维数量过多,现有数值方法无法精细刻画细纤维混凝土力学行为。对此通过考虑细PP纤维亲水性提升基体局部水灰比的强度正效应和纤维桥接力强度贡献低于砂浆的强度负效应,并引入纤维直径等效系数(rf),实现介观尺度细聚丙烯纤维混凝土(PFRC)力学行为模拟。研究表明:纤维直径等效系数(rf)建议小于10;当纤维微量添加时,细PP纤维提升基体局部水灰比,使基体强度上升,此时正效应高于负效应;随着纤维含量增加,由于纤维桥接力贡献无法补偿相应面积基体强度,负效应持续增长,PFRC宏观Ⅰ型断裂强度下降。

多尺度聚丙烯纤维混凝土弯曲疲劳寿命试验及数值模拟

为研究多尺度聚丙烯纤维混凝土的弯曲疲劳性能,开展基准混凝土、聚丙烯粗纤维混凝土及多尺度聚丙烯纤维混凝土的静载试验及不同应力水平(0.75、0.80、0.85)下的弯曲疲劳试验,建立弯曲疲劳寿命方程,并结合ABAQUS与FE-SAFE软件建立纤维混凝土梁的三点弯曲疲劳有限元模型。结果表明:聚丙烯纤维的掺入,尤其是多尺度聚丙烯纤维混掺显著增强了混凝土基体的抗折、抗疲劳性能。双对数lgS-lgN疲劳方程能够较好地描述多尺度聚丙烯纤维混凝土的应力水平与疲劳寿命的相关性,使用lgS-lgN疲劳方程计算得到200万次循环荷载作用下多尺度聚丙烯纤维混凝土的疲劳强度最高,为3.91 MPa。三组试件疲劳寿命的数值模型预测值均介于实测疲劳寿命的最大值与最小值之间,并接近于疲劳寿命平均值,该模型为多尺度聚丙烯纤维混凝土的疲劳寿命预测提供了理论依据。

纤维增强微生物混凝土抗裂性能及自修复试验

为了探究纤维对微生物混凝土抗裂性能和裂缝自修复效果的改善作用,试验优选出聚丙烯腈纤维并掺入微生物混凝土中,测试掺入纤维后微生物混凝土的力学性能、自修复养护期的裂缝透水性和裂缝残余宽度。试验结果表明,当纤维掺量为1.5 kg/m^(3)时,混凝土试件的劈裂抗拉强度恢复至未加载体试件的95.1%;修复养护28 d后,平均裂缝宽度为0.43 mm的试件透水性系数由3.35×10^(-5)m/s降至3.40×10^(-6)m/s,降幅达89.9%;能够愈合的最大裂缝宽度为0.82 mm。在微生物自修复混凝土中掺入纤维可有效提高其抗裂性能,增强裂缝自修复效果。

装配式桥梁板玻璃纤维混凝土-U形钢筋湿接缝受力与变形分析

为解决装配式桥梁板体系湿接缝处力学性能不稳定、易变形的问题,提出采用玻璃纤维混凝土-U形钢筋加强方案优化湿接缝性能,以雄安新区荣乌高速荣乌主线桥为背景进行研究。选取主线桥2个试验段(试验段A湿接缝采用普通混凝土-U形钢筋方案,钢筋点焊;试验段B湿接缝采用玻璃纤维混凝土-U形钢筋加强方案,钢筋满焊)进行梁板体系湿接缝性能试验,监测湿接缝处搭接钢筋力学响应及混凝土接触面变形特征,同时对长期运载及强降雨影响下的钢筋受力与混凝土变形进行监测。结果表明:长期运载下,试验段B横筋受力约为试验段A的一半,其中部纵筋承受外力远大于试验段A,边缘纵筋承受外力较少,试验段B稳定性更优;试验段B较试验段A在湿接缝部位变形量小,其稳定性及耐久性更优;强降雨阶段,试验段B较试验段A变形及力学响应波动程度更低,其抗渗能力、耐久性更优。由此可知基于玻璃纤维混凝土-U形钢筋加强方案的湿接缝构造在外力传导、抵抗变形方面具有较强稳定性,不易受恶劣环境影响。

纤维织物增强高延性混凝土加固RC短柱抗剪性能试验研究

为研究纤维织物增强高延性混凝土(TR-HDC)加固钢筋混凝土短柱的抗剪性能,设计了6根钢筋混凝土柱,包括2个对比柱和4个TR-HDC加固柱.通过低周反复荷载试验,对比分析剪跨比、纤维织物层数对试件破坏形态、变形、承载力和耗能能力的影响.结果表明:采用TR-HDC加固钢筋混凝土短柱,可显著提高其抗剪承载力;TR-HDC与原混凝土柱协同工作性能良好,加固后的混凝土柱的变形、承载力和耗能能力明显提高;增加纤维织物的层数对钢筋混凝土短柱的抗剪承载力提高幅度较小,但可大幅增强柱的耗能和变形能力;剪跨比较大时,更有利于发挥TR-HDC加固材料的力学性能.基于桁架-拱模型,提出TR-HDC加固钢筋混凝土短柱的抗剪承载力计算方法,计算结果较准确.

聚酯纤维泡沫混凝土力学性能及孔结构研究

纤维的掺加可有效地改善泡沫混凝土抗压强度低、脆性特征显著的缺陷,增强其工程适用性。本工作针对聚酯纤维对泡沫混凝土力学性能的改善开展试验研究,选定密度等级为700 kg/m3的泡沫混凝土,考虑不同纤维体积掺量(0.1%、0.2%、0.3%和0.4%)对其抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度以及延性的影响。结果表明:纤维掺量为0.1%时,材料表现出较优的抗压和劈裂抗拉性能,28 d强度分别增加了86.4%和91.3%;纤维掺量为0.2%时,材料表现出较优的抗折性能,28 d抗折强度提升了39.1%。试样破坏形态和应力-应变曲线表明,聚酯纤维可有效地提升泡沫混凝土的延性。最后,运用图像分析处理法分别获得了五组试件的孔结构参数,从细观孔结构的角度讨论了聚酯纤维对泡沫混凝土抗压强度的影响机理。

短切玄武岩纤维对混凝土力学性能的影响

为了提高混凝土的力学性能,研究短切玄武岩纤维对混凝土力学性能的影响规律。把不同体积掺量(0.25%、0.5%、0.75%、1.0%、1.25%)、不同长度(6 mm、12 mm)的短切玄武岩纤维掺入以C40混凝土为主的不同基体强度等级的混凝土中,进行立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、抗弯强度试验,分析短切玄武岩纤维对混凝土力学性能产生的影响,并拟合出C40混凝土抗弯强度与短切玄武岩纤维体积掺量的数量关系。结果表明:同一掺量下,12 mm短切玄武岩纤维比6 mm短切玄武岩纤维提升混凝土力学性能效果更佳;C40混凝土在12 mm短切玄武岩纤维掺量为1%时,其立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、拉压比和抗弯强度对比未掺入玄武岩纤维的混凝土分别提高7.11%、30.00%、21.34%和24.89%,此时混凝土力学性能提升效果最佳。