纳米钢纤维喷射混凝土设计及性能试验研究

在地质条件较为复杂的情况下,传统喷射混凝土的施工效率和性能会显现出不足。在白鹤滩水电站右岸尾调室开展了纳米钢纤维喷射混凝土设计及性能试验研究。试验结果表明:CF30纳米钢纤维喷射混凝土工作性较好,一次喷射厚度至少可达20 cm,回弹率在11%左右;当拌和物相当时,添加纳米材料后喷射混凝土的抗压强度、抗拉强度、粘结强度均高于钢纤维喷射混凝土,且早期强度较高,对高地应力有一定的抑制效果。根据试验结果,推荐水灰比为0.46的纳米钢纤维喷射混凝土。

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。

钢纤维和碳纳米管对超高性能混凝土抗氯离子渗透性能的影响

碳纳米管的掺入对超高性能混凝土(UHPC)的抗氯离子渗透性能的影响尚不清晰,且很少有涉及加载对UHPC抗氯离子渗透性能影响的研究。因此,通过氯离子扩散系数测试法测定氯离子扩散系数,盐溶液浸泡下测定不同深度处氯离子浓度,观察微观结构等试验方法来探究碳纳米管和加载对UHPC抗氯离子渗透性能的影响。结果表明:加载造成的损伤会降低UHPC的抗氯离子渗透性能;在不同的加载程度下,不同浓度的碳纳米管对UHPC的抗氯离子渗透性能的影响是有区别的;碳纳米管既起到了填充孔隙的作用,又起到了促进钢纤维电化学腐蚀的作用。

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。

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。

纳米氧化硅和钢纤维增强再生混凝土损伤模型

以纳米氧化硅和钢纤维为外加材料对再生混凝土进行改良,选定取代率、钢纤维掺量和纳米氧化硅掺量为配合比控制参数,共设计18种工况的再生混凝土。通过棱柱体受压试验分析再生混凝土应力-应变曲线变化特征,建立其损伤本构模型,分析其损伤演化机理。研究表明,随纳米氧化硅掺量增加,应力-应变曲线下降段陡峭,随着钢纤维掺量增加,再生混凝土应力-应变曲线更加饱满,分段表达式可较好表述再生混凝土应力-应变全曲线方程;单掺钢纤维或氧化硅时,随着氧化硅掺量增加,峰值应力增大、峰值应变降低,随着钢纤维掺量增大,峰值应力和峰值应变均增大;复合添加钢纤维和氧化硅时,氧化硅掺量一定时随钢纤维掺量增加,峰值应力和峰值应变均增大,随氧化硅掺量增加,峰值应力和峰值应变不具有明显规律性;建立的损伤本构模型能够较好地满足再生混凝土的应力-应变关系,损伤变量随应变增加呈S型增长,可以较好地反映出再生混凝土某一时段损伤发展。

钢纤维及纳米炭黑对混凝土抗压强度的影响

钢纤维与纳米炭黑等材料越来越广泛应用于混凝土工程中,利用三因素(钢纤维类型、钢纤维掺量、纳米炭黑掺量)四水平正交试验探究钢纤维及纳米炭黑对混凝土立方体抗压强度、轴心抗压强度的影响。结果表明:钢纤维类型对混凝土力学性能影响的顺序为剪切型>铣削型>镀铜型>端勾型,立方体抗压强度与轴心抗压强度随着钢纤维掺量和纳米炭黑掺量的增加呈先升高后降低的趋势,对于立方体抗压强度,钢纤维的最优掺量为0.40%、纳米炭黑的最优掺量为0.75%,对于轴心抗压强度,钢纤维掺量最优为0.60%、纳米炭黑的最优掺量为约占水泥总量的0.50%。

纳米炭黑及钢纤维对混凝土力学性能的影响

智能混凝土作为一种新型的材料,通过在混凝土中掺入导电相材料后拥有机敏性能,本文为了探究导电相材料的掺入对混凝土力学性能的影响,对单掺、复掺下的纳米炭黑和铣削型刚纤维的混凝土试件进行了立方体抗压强度试验以及弯曲韧性试验,研究表明:随着铣削型钢纤维掺量的增加立方体抗压强度逐渐提高,纳米炭黑的掺量对混凝土抗压强度影响较小;随着钢纤维掺量的提高,混凝土的弯曲韧性越好,纳米炭黑掺量在0.25%~0.75%时随着纳米炭黑掺量增加,混凝土弯曲韧性逐渐提升,掺量超过1%弯曲韧性下降。

喷射混凝土纳米降回弹掺合料在高速隧道工程中的应用

为解决喷射混凝土在湿喷作业过程中混凝土回弹率高的问题,以四川沿江高速某隧道为项目依托,在混凝土中掺入纳米降回弹掺合料,对其进行喷射降回弹的工程应用。结果显示,掺入纳米降回弹掺合料后混凝土和易性得到了改善,混凝土浆体量足、包裹性较好,提高喷射混凝土粘结性,有效改善了喷射效果,相较普通喷射混凝土,掺入掺合料后的喷射混凝土回弹率减小了12.41个百分点,结合SBT-N(Ⅱ)液体无碱速凝剂,回弹率减小了13.65个百分点,且有较好的经济效益。

纳米回弹抑制剂喷射混凝土在亭子口灌区工程胡家院子隧洞中的应用

随着我国喷射混凝土施工中机械化的不断深入,大型机械手得到了普及及大面积应用,但由于国产设备技术不够成熟的原因,对喷射混凝土性能要求窄,导致现场堵管频繁、设备配件损耗高、粉尘量大、回弹率高、凝结时间长、后期强度损失大等问题;因此急需喷射混凝土配合比技术得到根本性的突破,才能满足现场需要纳米回弹抑制剂喷射混凝土是一种新型的工程材料,在亭子口灌区工程胡家院子隧洞中得到了应用。本研究旨在评估纳米回弹抑制剂对隧洞内混凝土结构的改善效果。通过对比使用纳米回弹抑制剂和传统混凝土的隧洞结构性能,包括强度、耐久性和抗回弹能力等方面的差异。结果表明,在应用纳米回弹抑制剂的隧洞中,混凝土结构的强度和耐久性得到了显著提高,同时抑制了回弹现象的发生。这些发现表明纳米回弹抑制剂喷射混凝土在隧洞工程中具有广阔的应用前景,可为隧洞工程的施工和维护提供有效的技术支持[1]。

多壁碳纳米管影响喷射混凝土力学性能研究

通过研究多壁碳纳米管对喷射混凝土力学性能的影响规律和微观作用机理,以提高煤矿混凝土支护稳定性。采用“聚乙烯吡咯烷酮+搅拌+超声”的方法得到多壁碳纳米管分散液,结合喷射混凝土工艺与纳米表征技术,探索不同掺量多壁碳纳米管影响喷射混凝土力学性能及内部微观结构的变化规律。实验结果表明,随多壁碳纳米管掺量增加,喷射混凝土抗压强度及劈裂抗拉强度均呈现先扬后抑的趋势,当多壁碳纳米管为0.3 wt.%时,喷射混凝土的抗弯强度和抗劈裂强度达到峰值;根据微观技术分析,掺入0.2wt.%或0.3wt.%的多壁碳纳米管对于改善混凝土内部结构具有积极作用。

钢纤维纳米再生混凝土粘结性能试验研究

钢纤维纳米再生混凝土可从微细观层面复合化改善再生混凝土的力学性能。为推广其工程应用进行了27个钢筋与钢纤维纳米再生混凝土的粘结拉拔试验,分析了钢纤维体积率、纳米SiO_(2)掺量和再生骨料替代率对粘结强度的影响。结果表明:钢纤维纳米再生混凝土主要发生劈裂拔出破坏;随着钢纤维体积率的增加,钢纤维纳米再生混凝土粘结强度明显提高;纳米SiO_(2)掺量对粘结强度影响不显著;随着再生骨料替代率的增加,钢纤维纳米再生混凝土粘结强度降低。

纳米粒子和钢纤维增强混凝土抗冲击性能研究

通过落锤冲击试验,得到了纳米粒子和钢纤维增强混凝土的初裂冲击次数、破坏冲击次数和冲击能差,并以这3个参数作为评价指标,研究纳米SiO_(2)粒子和钢纤维对混凝土抗冲击性能的影响。结果表明,在一定掺量范围内,随着纳米SiO_(2)掺量的增加,混凝土的初裂冲击次数、破坏冲击次数和冲击能差呈现先增大后减小的趋势,当纳米SiO_(2)掺量为2%时,混凝土的抗冲击性能表现最好。在本文试验钢纤维掺量范围内,随着钢纤维掺量的增加,混凝土的初裂冲击次数、破坏冲击次数和冲击能差先增大后减小,当钢纤维掺量为2%时,混凝土的抗冲击性能表现最为优越。掺纳米SiO_(2)的混凝土在冲击破坏时仍表现为脆性破坏,而钢纤维的掺加使混凝土在破坏时表现出了一定的韧性。本文试验所得到的混凝土抗冲击性能规律为纳米SiO_(2)粒子和钢纤维增强混凝土的应用提供了参考。

基于钢纤维与聚丙烯纤维喷射混凝土的弯曲韧性

选用4种不同形状和几何尺寸的钢纤维与聚丙烯纤维,分别以体积分数0.7%和1.0%掺入混凝土制成混凝土试件并开展预切口三点弯曲试验,由混凝土弯曲荷载与跨中挠度的关系曲线计算出弯曲韧性指数,继而对比探讨纤维喷射混凝土的弯曲韧性提升效果。结果表明:纤维形状相同时,同等掺量下的混凝土的弯曲韧性与纤维长度呈正相关,但需要兼顾纤维长度对混凝土工作性的影响;纤维与基体间的附着力可通过纤维端部弯钩或表面压痕的方式增强;几何尺寸相同时,聚丙烯纤维比钢纤维的喷射混凝土增韧效果更佳,体积分数为1.0%时弯曲韧性指数为13.10。

塑钢纤维喷射混凝土力学性能及现场试验

喷射混凝土广泛应用于隧道工程围岩支护中,是一种有效的初期支护手段。普通喷射混凝土为脆性材料,抗弯拉强度低,在软弱围岩或破碎岩体支护中,喷层易开裂,严重威胁施工安全。为了提高喷射混凝土的支护能力,添加塑钢纤维,增强喷射混凝土韧性。依据纤维力学增强机理,研究不同掺量塑钢纤维对喷射混凝土的抗压、劈裂抗拉和抗弯强度的影响;并开展现场喷射试验,对隧道周边收敛进行监测与分析。结果表明,塑钢纤维存在有最佳掺量,塑钢纤维喷射混凝土具有良好的抗压、抗拉和抗弯能力;在围岩支护中,起到让压卸载作用,喷层中应力分布较均匀,减少喷层开裂,适用于破碎或变形较大的围岩支护中,具有良好的推广应用价值。

喷射纳米仿钢纤维混凝土施工工法

喷射纳米仿钢纤维混凝土改善了水泥凝固的三维结构,增加混凝土的粘结力,改善了混凝土的堆积密度,且仿钢纤维在混凝土中具有很好的分散性,与水泥基材料有很高的界面粘结力,从而使喷射混凝土性能大大提高。文中以漂阳抽水蓄能电站喷射纳米仿钢纤维混凝土施工为例,介绍了塌方段及富水段喷射纳米仿钢纤维混凝土施工的施工工法。

隧道钢纤维喷射混凝土单层衬砌试验研究

为了解决隧道施工中采用单层喷射混凝土作为隧道永久衬砌的问题,对不同钢纤维及外添加剂掺量的混凝土分别进行了抗压、抗拉、抗渗以及弯曲强度等室内试验。结果表明,在喷射混凝土中加入钢纤维材料,其抗拉、抗弯以及抗渗水性能分别提高了65.6%、94.7%、98.1%;并通过现场试喷,选定符合设计要求、经济合理的配合比,在摩天岭隧道通风斜井施作了湿喷钢纤维混凝土,以单层衬砌代替原设计的复合式衬砌。工程实践证明,钢纤维湿喷混凝土,其支护强度达到了设计要求,喷射作业回弹损失量减少7%～15%。研究成果可为类似隧道纤维喷射混凝土单层衬砌技术的应用提供参考。

隧道钢纤维喷射混凝土性能试验及其工程应用

根据钢纤维喷射混凝土结构力学原理,为了研究钢纤维混凝土喷层在隧道单层永久衬砌支护中适用性,先分析钢纤维在混凝土中的增强力学作用机制,然后完成钢纤维喷射混凝土合理配比、抗拉、抗压、抗折及抗折初裂强度和弯曲性能等指标的室内试验;并结合具体的隧道现场喷射试验,以及围岩应力、钢纤维混凝土喷层应力及洞周附加水平收敛等监测数据进行分析。研究结果表明,钢纤维喷混凝土抗拉、抗折强度高,韧性好,喷层中的应力分布较均匀,具有较好的让压能力,喷射作业回弹损失量减少,说明钢纤维喷射混凝土是一种理想的单层衬砌支护材料,具有较好的推广应用价值。

钢纤维和仿钢纤维喷射混凝土性能

为了探讨在喷射混凝土中仿钢纤维替代钢纤维的可行性,研究了钢纤维和仿钢纤维喷射混凝土的力学性能和耐久性能,特别是对其抗碳化以及抗氯离子侵蚀耐久性进行了比较.研究结果表明,在适量的掺量条件下,钢纤维喷射混凝土的力学性能较仿钢纤维要好,但从长期耐久性来看,在碳化和氯离子腐蚀环境中钢纤维喷射混凝土将有一个失效的过程,而仿钢纤维喷射混凝土可长期有效.因此,在腐蚀环境条件下,当力学性能满足设计要求时,仿钢纤维完全可以替代钢纤维,且提高了耐久性能.