纤维-混凝土复合材料研究

混凝土的抗压强度和刚度较高,但热导率和电导率较低,并且拉伸、抗弯强度较差,成形后结构硬脆,没有韧性。当一定短纤维混入混凝土,在稀水泥浆中分散后,界面间产生了第二相,使成形结构有韧性和柔性。为评估纤维-混凝土复合材料的性能,试验制备了由不同比例聚丙烯纤维、聚酯纤维、香蕉纤维、椰壳纤维等增强的混凝土预制件,并对这些试样进行了各种性能特征的测试。

植物纤维-石膏基复合材料研究进展

随着全球对可持续发展和“双碳”目标的日益重视,植物纤维和石膏作为绿色低碳环保型的建材原料,其复合材料的研究与应用备受关注。首先对石膏、植物纤维进行概述,特别是对掺入植物纤维后的石膏基复合材料的性能变化及其机理进行凝练性总结;其次对竹纤维、菌草纤维在石膏基复合材料中的应用效果,以及植物纤维-石膏基复合材料产业化与工程应用问题进行探讨;最后提出以产业化为目标导向的结论与建议,指出产业化亟须解决的关键问题,并对未来的研究趋势及发展前景进行了展望。

水泥基纤维复合材料与混凝土的黏结性能试验研究

为了实现对老旧混凝土结构快速修补的目的,以磷酸镁水泥代替普通硅酸盐水泥,制备了一种高性能水泥基纤维复合修补材料,并以黏结抗拉强度、抗折强度和抗剪强度为评价指标,考察了其与混凝土结构之间的黏结性能。试验结果表明:混凝土的界面粗糙度越大,水泥基纤维复合材料与混凝土之间的黏结抗拉强度、抗折强度和抗剪强度值均先增大后减小,当界面粗糙度为3.5 mm左右时,黏结性能可达到最佳;混凝土基体强度越大,水泥基纤维复合材料与混凝土之间的黏结抗拉强度、抗折强度和抗剪强度值就越大,黏结性能越好。试验制备的水泥基纤维复合材料与混凝土之间的黏结性能较好,能够满足老旧混凝土结构修补施工的需求。

建筑用碳纤维-金属网复合材料的力学性能研究

用热固性环氧斜纹编织预浸料、不锈钢丝网、铝合金丝网分别制备纯碳纤维板试样、碳纤维—不锈钢丝网复合材料、碳纤维—铝合金丝网复合材料。测试3种复合材料的抗折强度、抗压强度、抗冲击性能及经腐蚀后的力学性能。结果表明:纯碳纤维板的抗折强度、抗压强度均处于最低水平;经质量分数为5%的NaCl溶液腐蚀后力学性能均不同程度下降;经过金属网增强后的复合材料力学性能明显增强,其中,加入不锈钢丝网的复合材料具有较高的抗折强度、抗压强度、抗冲击性能。综上可知,碳纤维-不锈钢丝网复合材料的力学性能更佳。

乙烯-丙烯酸共聚物改性环氧树脂/UHMWPE纤维复合材料的制备与性能研究

使用乙烯-丙烯酸共聚物(EAA)与环氧树脂复配作为基体,利用水基乳液浸渍超高分子量聚乙烯(UHMWPE)纤维制备了复合材料,通过在树脂浸润性、树脂耐热性能、复合材料力学性能、界面结合情况以及微观形貌等方面的测试表征,对比了不同EAA含量的基体树脂对UHMWPE纤维复合材料性能的影响。结果表明,EAA与环氧树脂质量比为25∶75的共混体系一方面可发挥EAA组分与UHMWPE纤维间亲和力强的优势,另一方面还能凭借环氧树脂的刚性交联网络保持较高的耐热性能,体系的层间剪切强度达到8.7 MPa,在60℃下弯曲强度保持率接近80%,表现出优异的综合性能。

纤维增强复合材料(FRP)配筋混凝土结构研究综述

新型建材纤维增强复合材料(FRP)具有高抗拉强度、低密度和耐腐蚀性能优良等特性,是一种具有巨大潜力的工程材料。如今,传统的钢筋混凝土结构面临钢筋易锈蚀的问题,给社会造成了较大的经济损失,维护和修复成本高昂。通过在特定环境中将钢筋替换为FRP筋,不仅能够有效解决钢筋混凝土结构的耐久性问题,而且能够进一步优化其工作性能,延长使用寿命,降低维护成本。首先简述了FRP筋混凝土结构的国内外研究进展,随后对FRP筋、FRP筋混凝土及预应力FRP筋混凝土结构的特性进行了阐述,最后对FRP筋混凝土结构的重要发展问题进行了总结,并对其未来的发展前景进行了展望。

不同抛光参数对碳化硅-碳纤维复合材料抛光表面粗糙度影响分析

为了研究在磁流变胶抛光中,抛光参数对碳化硅-碳纤维复合材料表面加工质量的影响规律,采用磁流变胶抛光方法,对材料表面进行抛光。研究磁极分布方式、加工间隙和磁极转速对材料表面形貌和表面粗糙度的影响规律。结果表明,磁极分布方式影响待加工表面的磁场分布强度,进而影响表面加工质量。随着加工间隙增大,表面粗糙度下降量先增大后减小,在加工间隙为2 mm处得到最优表面质量。随着磁极转速增大,表面粗糙度下降量先增大后减小,在磁极转速达到800 r/min时得到最优表面质量。

玻璃纤维增强复合材料筋与超高性能混凝土之间粘结-滑移本构模型

为研究玻璃纤维增强复合材料(GFRP)筋与超高性能混凝土(UHPC)之间的粘结性能,故基于相关文献中153个拉拔试验和42个梁式试验的数据,系统分析了FRP筋直径、相对粘结长度、相对保护层厚度、超高性能混凝土抗压强度、FRP筋表面形态和试验方法对玻璃纤维增强复合材料筋粘结强度的影响规律,通过回归分析和区间预测提出了超高性能混凝土中玻璃纤维增强复合材料筋与粘结强度和锚固长度的计算公式。对比分析了已有FRP筋与普通混凝土之间的粘结-滑移本构模型,基于CMR模型提出了绕肋玻璃纤维增强复合材料筋与超高性能混凝土之间粘结-滑移本构模型的计算公式。上述公式计算结果与试验结果均吻合良好,并可为工程设计及后续研究提供依据。

BFRP条带-PVC管材复合加固纤维再生混凝土短柱轴压性能

为了研究BFRP条带-PVC管材复合加固纤维再生混凝土短柱的轴心抗压性能,对13组再生混凝土短柱进行了轴压试验和理论分析。主要研究变量为BFRP条带层数(0层、1层、3层)、BFRP间距(25 mm、37.5 mm和50 mm)和加固方式(无侧向约束、BFRP条带加固和BFRP条带-PVC管材复合加固)。研究结果表明:BFRP条带-PVC管复合加固不仅可以提高试件的极限承载力,还可以改善纤维再生混凝土短柱的破坏形态。在应力-应变曲线的非线性强化阶段,加固方式对试件刚度的影响更为显著。随着BFRP包裹量的增加,试件的峰值应力和极限应变均明显增加。依据试验数据建立的软化段的应力-应变计算模型具有较好的适用性。

纤维增强复合材料约束混凝土柱耐久性研究进展

针对不同腐蚀环境、不同温度、不同作用方式等多个方面开展了对纤维增强复合材料(FRP)约束混凝土柱耐久性的研究综述,对不同因素作用下FRP约束混凝土柱的抗压强度保留率进行拟合,分析了不同因素对FRP约束混凝土柱力学性能的影响,以期为后续FRP约束混凝土柱耐久性研究及实际应用提供参考。

混杂纤维高韧性水泥基复合材料弯曲性能试验研究

为研究三种纤维混杂对高韧性水泥基复合材料(ECC)弯曲性能的影响,将聚乙烯(PE)纤维与钢纤维(SF)、玄武岩纤维(BF)混杂,通过21组四点弯曲试验,分析试件的受力、破坏过程及不同混杂纤维掺量对弯曲性能的影响,并将弯曲性能试验结果与拉伸性能试验结果进行比对,得到混杂纤维ECC的弯、拉对应关系。研究结果表明:与单掺PE相比,复掺纤维可有效提高ECC的弯曲极限强度,但会损失一定程度的延性。钢纤维掺量对延性性能影响较大,建议钢纤维掺量不超过0.4%,且总纤维掺量不超过2.3%。玄武岩纤维对混杂纤维ECC起到良好的增强、增加延性作用。基于弯-拉关系得到的极限拉伸应变与试验值吻合良好,因此四点弯曲试验可以代替单轴拉伸试验来评价混杂纤维ECC的力学性能。

连续碳纤维增强聚酰胺6复合材料拉板的制备与性能研究

采用连续碳纤维增强聚酰胺6预浸料通过缠绕-模压成型工艺制备复合材料拉板。采用自制的拉伸工装对复合材料拉板的拉伸性能进行评测,研究其破坏形式及失效机制。研究发现,增加模压成型压力可以减少复合材料中的孔隙,使孔隙缩小,减少内部缺陷,使结构更致密,提高拉板的拉伸强度。未加套环拉板拉伸破坏位置在其端部,外层纤维被拉塌劈裂,只有内层纤维一直起作用直至被拉断,拉伸强度较低。加套环拉板拉伸破坏位置是在侧面靠近轴套位置,纤维是拉断破坏,断裂截面比较平齐;整个拉伸过程中,套环的横向约束使所有纤维都能够很好地发挥抗拉作用,使其具有较高的拉伸强度。

改性纤维素纳米晶/PBAT复合材料的制备与性能

针对聚对苯二甲酸-己二酸丁二酯(PBAT)力学性能和阻隔性能不佳的问题,采用醇-水溶液法制备了硅烷偶联剂改性的纤维素纳米晶(MCNC),将其作为填料与PBAT熔融共混获得MCNC/PBAT复合材料,考察了MCNC含量对复合材料微观结构和性能的影响。结果表明,MCNC抑制了PBAT分子链运动,降低了PBAT的结晶度,MCNC的质量分数为1%时,PBAT的结晶度降低至5.8%,另一方面,MCNC又可以通过异相成核促进PBAT结晶,显著提升了PBAT的结晶温度。少量MCNC可以在PBAT基体中均匀分散,增加复合材料的热稳定性,当MCNC的含量较高时,MCNC发生团聚,复合材料的热稳定性下降。当MCNC的质量分数为0.5%和1%时,复合材料的断裂伸长率由未加MCNC的446%升高至502%和478%;继续提高MCNC的添加量,MCNC/PBAT复合材料的断裂伸长率低于纯PBAT,这主要是因为高浓度的MCNC与PBAT间形成的刚性渗透网络结构增强了材料模量,降低了材料韧性。与纯PBAT相比,当MCNC的质量分数为1%时,复合膜的O2透过量和水蒸气透过量分别下降了31.1%和37.6%。

纤维增强复合材料/混凝土组合梁界面连接与性能研究进展

从理论、试验及现场应用的角度对5种复合材料/混凝土组合梁界面连接方式进行分析比较,探讨了其受力特征、计算模型和工程应用,阐述了各种连接方式改进和多种连接方式结合使用的方法,以提高复合材料/混凝土组合梁界面连接性能,优化复合材料/混凝土组合梁结构构造。

树脂基玻璃纤维增强复合材料防护设备生产工艺研究

防护设备是应用于防护工程口部用于堵截或衰减冲击波的设备。防护设备通常采用普通碳钢和混凝土材料制成,随着“四新”成果的转化运用,纤维增强复合材料、不锈钢、超高性能混凝土、POZD等新材料在防护设备上得到了推广,显著提升了设备的防护能力和使用性能。生产工艺是控制防护设备加工缺陷和决定产品质量性能的关键因素,传统材料的防护设备加工工艺较为简单,如:钢结构防护设备采用型钢和钢板组合焊接制成;混凝土防护设备采用将混凝土筑入钢筋骨架并养护成型的方法制成。设备材料调整变化后,将使生产工艺从原材料准备、生产设备、制造方法、加工环境和控制方法等多方面发生改变,传统加工方法不再适用,须专门研究新材料适用的生产工艺,充分发挥材料性能优势,确保设备生产质量满足要求。

基体配比对VIHPS制备GO-CF/EP复合材料微观组织与形状记忆性能的影响

碳纤维混杂增强复合材料由于具有重量轻、可设计性强等诸多优点,广泛用于汽车、海洋、航空航天等行业.根据固化剂与环氧树脂的配比化学原理,计算出石墨烯-碳纤维混杂增强树脂基(GO-CF/EP)复合材料的最佳配比为1∶5,并采用真空浸渗热压成型工艺(VIHPS)制备1∶2~1∶7共六个配比的试样,结合形状记忆性能测试及微观形貌的观察,得到固化剂与环氧树脂实际最佳配比.实验结果表明,GO-CF/EP复合材料性能主要取决于体系中交联度的大小,交联度越大,复合材料的形状记忆性能越好,微观组织形貌也较理想.当基体配比为1∶5时,GO-CF/EP复合材料体系中交联度最大,微观形貌呈现均匀致密的状态,形状固定率最大,为95.90%;形状回复率最大,为95.40%;形状回复时间最短,为80.30 s;形状回复力最大,为9.48 N.当基体配比为1∶2或1∶7时,固化剂过量或不足,交联度较小,微观组织形貌中有大量的基体聚集区,其形状记忆性能下降,形状固定率及回复率也相应减小,分别为82.99%,81.66%,81.91%,78.75%;形状回复力分别只有5.20 N和5.50 N.

碳纤维复合材料在土木加固工程中的应用研究

碳纤维的优点诸多,例如质量轻等,利用粘结剂和砼结合后,可提升其抗拉强度。基于此,文章详细分析了碳纤维复合材料在钢筋混凝土结构加固修复中的应用,以供参考。

玻璃纤维复合材料增强混凝土三点弯曲试验研究

为了研究内嵌式玻璃纤维织物复合材料加固混凝土的抗弯性能以及破坏模式,对玻璃纤维混凝土展开三点弯曲试验研究,分析了玻璃纤维材料的网格尺寸、层数、短纤维含量对混凝土的影响规律。结果表明:随着纤维层数的增加,混凝土试件的抗弯韧性较素混凝土有明显上升,极限载荷比值最大达到352%;随着纤维网格尺寸的变大,混凝土试件抗弯韧性逐渐下降直至趋近于素混凝土;当混凝土试件中掺入混凝土体积2%的短纤维后,试件的抗弯性能较素混凝土提升了200%,纤维增强混凝土试件表现出良好的抗弯性能;混凝土掺入玻璃纤维后破坏模式从脆性破坏转变成塑性破坏。

纤维增强复合材料筋混凝土受弯构件裂缝宽度计算

为评估和校准现行规范中纤维增强复合材料(fiberreinforced polymer, FRP)筋混凝土受弯构件裂缝宽度计算公式,系统收集了国内外FRP筋混凝土(FRP-RC)受弯构件裂缝宽度试验数据。基于若干筛选原则,建立了包含111根FRP-RC受弯构件的数据库。通过对比最大裂缝宽度试验值和计算值,评估了国内外3部常用规范的适用性。结果表明,规范GB 50608—2010严重低估了裂缝宽度,尤其低估了GFRP-RC和BFRP-RC构件的裂缝宽度;相比之下,规范CJJ/T 280—2018能较准确地预测裂缝宽度,而规范ACI440.1R-15高估了裂缝宽度。基于该数据库,通过引入弹性模量比Ef/Es修正了规范GB 50608—2010中的裂缝间纵向受拉筋应变不均匀系数ψ,并分别校准了3部设计规范中的FRP筋表面形态黏结特性系数。

热-机载荷作用下玻/碳纤维混杂复合材料层合板的屈曲分析

本文以玻/碳纤维混杂复合材料(G/CFHC)层合板为研究对象,在考虑温度引起复合材料性能退化及热应力双重影响的基础上,借助有限元软件ABAQUS对G/CFHC层合板的屈曲载荷进行计算,讨论了环境温度、铺层顺序、铺层厚度、纤维混杂比对G/CFHC层合板屈曲特性的影响。结果表明:在20~120℃环境条件下,温度对G/CFHC层合板影响较大,随着温度的升高,层合板的屈曲载荷不断下降,在达到一定温度后,屈曲载荷的下降趋势趋于平缓;在铺层角度相同的前提下,屈曲载荷会随着碳纤维单层板位置的变化而发生变化,碳纤维单层板从外层逐渐向中间层移动的过程中,屈曲载荷呈降低趋势;铺层厚度对层合板的屈曲载荷影响很大,随着层合板厚度的增加,屈曲载荷呈现出持续上升的趋势。此外,纤维混杂比对G/CFHC层合板屈曲载荷有显著影响。在层合板厚度和层数一定时,增加碳纤维单层板的数量可以有效提高G/CFHC层合板的抗屈曲能力,增加其稳定性。