多尺度聚丙烯纤维改性混凝土及性能研究

针对混凝土的耐久性问题,提出用两种细尺度聚丙烯纤维(FF1、FF2)和一种粗尺度聚丙烯纤维(CF)对混凝土进行改性,并分析改性后的混凝土性能。实验结果表明,在侵蚀环境下,掺入0.5kg·m^(-3)FF1和5.5kg·m^(-3)CF的试件质量增长率最多,为2.56%;掺入0.5kg·m^(-3)FF1、0.5kg·m^(-3)FF2和5.0kg·m^(-3)CF的试件抗压强度最高,为41.24MPa;硫酸盐侵蚀作用的主要产物为钙矾石,主要为膨胀应力和结晶应力破坏混凝土内部结构,降低混凝土性能。因此,多尺度聚丙烯纤维改性混凝土能够有效缓解SO_(4)^(2-)对混凝土的侵蚀速度,减小质量损失和强度下降。本实验制备的多尺度聚丙烯纤维改性混凝土具有良好的抗压强度和耐腐蚀性,耐久性能良好。

冲击荷载作用下改性聚丙烯纤维高强珊瑚混凝土的动力特性

利用100 mm分离式霍普金森压杆装置对改性聚丙烯纤维高强珊瑚混凝土进行冲击压缩试验,分析了三种不同纤维掺量的改性聚丙烯纤维高强珊瑚混凝土试样的动态压缩强度、变形特性及吸能性能。结果表明:不同纤维掺量的改性聚丙烯纤维高强珊瑚混凝土的动态抗压强度、破碎状态、韧性指数等均具有明显的应变率效应。随着纤维掺量的增加,改性聚丙烯纤维高强珊瑚混凝土的破坏程度逐渐减轻,峰值应变增大,韧性指数逐渐增大,能量吸收也呈现上升趋势。改性聚丙烯纤维的掺入能够有效增强增韧并降低珊瑚混凝土的脆性破坏特征。

聚丙烯纤维改性多孔生态混凝土的制备及性能研究

以聚丙烯纤维为增强相,制备了聚丙烯纤维改性多孔生态混凝土,研究了纤维掺杂量对混凝土微观形貌、力学性能、抗冻性能的影响。结果表明,适量的聚丙纤维掺杂到多孔生态混凝土中后被混凝土基体紧密包裹,在混凝土内部形成了稳固的纤维网络结构,使混凝土粗骨料之间的胶结力得到提高,抗变形能力增强,裂纹和骨料脱落的现象减少。当聚丙烯纤维掺杂量为0.9%(体积分数)时,混凝土的抗压强度、抗折强度、峰值应力和挠度均达到最大值,分别为29.95,5.04,28.00 MPa和6.8 mm。混凝土残余承载力从大到小依次为PP-0.9%>PP-0.6%>PP-0.3%>PP-1.2%。150次快速冻融测试后,随着聚丙烯纤维掺杂量的增多,混凝土的质量损失率先减小后增大,相对动弹性模量先增大后降低,当聚丙烯纤维掺杂量为0.9%(体积分数)时,混凝土的质量损失率最小为1.38%,相对动弹性模量最大为90.45%。综合可知,聚丙烯纤维掺杂量0.9%(体积分数)的混凝土的力学性能和抗冻性能最优。

聚丙烯纤维改性多孔生态混凝土的制备及性能研究

以玄武岩碎石为天然粗骨料,废弃混凝土为再生粗骨料,聚丙烯纤维为增强相,制备了不同聚丙烯纤维掺杂量的多孔生态混凝土,探究了聚丙烯纤维的掺杂量对多孔生态混凝土的物理性能、微观形貌、力学性能及抗冻性能的影响。结果表明,多孔生态混凝土的透水系数和孔隙率呈现出正向线性关系,随着聚丙烯纤维掺杂量的增大,混凝土的透水系数和孔隙率持续降低;适量聚丙烯纤维的掺杂能够在多孔生态混凝土中形成均匀致密的网格结构,当聚丙烯纤维的掺杂量为3%(体积分数)时,混凝土的致密度最高。随着聚丙烯纤维掺杂量的增大,混凝土的抗折强度先增大后降低,抗压强度先快速增大后缓慢增大。在28 d龄期下,当聚丙烯纤维的掺杂量为3%(体积分数)时,混凝土的抗折强度达到最大值4.68 MPa,对应的抗压强度为14.68 MPa。经历100次冻融循环后,当聚丙烯纤维的掺杂量为3%(体积分数)时,混凝土的质量损失率最低为2.17%,相对动弹性模量最高为84.81%,抗冻性能最佳。因此,聚丙烯纤维的最佳掺杂量为3%(体积分数)。

聚丙烯纤维改性淡化海砂混凝土性能研究

本工作探究了聚丙烯纤维对淡化海砂混凝土工作性能、力学性能和微观结构的影响,研究表明:聚合物纤维掺入淡化海砂混凝土中会降低混凝土工作性能,随着纤维掺量的增加,混凝土浆体的流动阻力增大,浆体工作性能越差,越容易包裹空气,导致混凝土含气量越高。当聚丙烯纤维掺量为2%时,混凝土的坍落度和扩展度分别降低了22.61%和23.33%,含气量提高了30.25%;随着聚丙烯纤维掺量的增加,淡化海砂混凝土的抗折强度和抗压强度呈先增大后减小的趋势,当纤维掺量为1%时,淡化海砂混凝土的强度最优,其28 d的抗折强度和抗压强度分别提高了15.26%和10.55%。聚丙烯纤维能显著提高淡化海砂混凝土的韧性指数,这主要是因为在荷载作用下,聚丙烯纤维可以通过与混凝土之间的摩擦以及自身的膨胀断裂消耗能量,且纤维的破坏形式为单丝点断裂。

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。

聚丙烯纤维混凝土力学性能试验

为了探究不同类型、不同掺量的聚丙烯纤维对混凝土力学性能的作用效果,在混凝土材料中加入3种不同类型的聚丙烯纤维(波浪型聚丙烯纤维、压花型聚丙烯纤维、单丝型聚丙烯纤维),并分别使用不同掺量(0、0.08%、0.11%、0.14%、0.17%、0.20%)作为水平变量,对聚丙烯纤维试块进行抗压强度试验、劈裂抗拉强度试验、轴心抗压强度试验.研究发现:波浪型聚丙烯纤维掺量为0.17%时,混凝土抗压强度最佳;单丝型聚丙烯纤维掺量为0.20%时,混凝土的劈裂抗拉强度最佳;单丝型聚丙烯纤维掺量为0.17%时,对于混凝土的抗折强度有较好作用效果.

圆钢管聚丙烯纤维橡胶混凝土柱抗震性能研究

对圆钢管聚丙烯纤维橡胶混凝土柱的抗震性能进行了试验研究,设计并制作了6根圆钢管混凝土柱进行低周往复荷载试验,探讨了橡胶粉掺量、长细比、轴压比和含钢率对试件破坏形态和抗震性能的影响。结果表明,圆钢管聚丙烯纤维橡胶混凝土柱在低周反复荷载试验中的破坏形态与普通钢管混凝土柱相似,先是钢管在柱根部形成鼓曲,后被拉裂。橡胶粉的掺入会降低试件的承载能力,但提高了试件的耗能能力和延性性能。较大的轴压比会使圆钢管聚丙烯纤维橡胶混凝土柱提前破坏,其中,长细比对于试件的抗震性能有较大影响。

聚丙烯纤维增强再生混凝土性能试验研究

为探究再生混凝土的力学性能和收缩性能与聚丙烯纤维用量之间党的关联性,本研究选择再生粗骨料取代率为0%、30%和50%,以及聚丙烯纤维掺量为0%和1%,分别制备再生混凝土试件,测试其力学性能和收缩性能,并进行对比分析。试验结果表明,无论是否掺加聚丙烯纤维,再生混凝土的抗折强度和抗压强度均随着再生粗骨料用量的提升而降低,而收缩率和吸收率则随之增加;同时,无论是否掺加聚丙烯纤维,随着养护龄期的延长,再生混凝土的收缩率和抗压强度均有所提升;掺入适量的聚丙烯纤维后,再生混凝土的收缩性能和力学性能得到了显著改善。

聚丙烯纤维橡胶混凝土的力学及抗冻性能研究

研究了聚丙烯纤维的体积掺量(0.45%、0.90%、1.35%、1.80%、2.25%、3.41%、4.51%)对橡胶混凝土力学及抗冻性能的影响,并建立了冻融损伤劣化模型来预测橡胶混凝土的冻融损伤劣化规律。结果表明:掺入适量聚丙烯纤维可以有效提高橡胶混凝土的力学及抗冻性能,当聚丙烯纤维掺量在1.80%~2.25%范围内时,试件的力学及抗冻性能均较好;建立的冻融损伤劣化模型的拟合系数R2均大于0.992,拟合精度较高,可为聚丙烯纤维橡胶混凝土在寒冷地区工程中的应用提供理论依据。

聚丙烯纤维改性超细水泥复合注浆材料性能研究

为获得高性能矿用水泥基注浆材料,拓展短切纤维在全长锚固领域的应用,以超细硅酸盐水泥为胶凝材料,速凝剂、膨胀剂、聚羧酸减水剂作外加剂,基于单因素试验,探究聚丙烯纤维(PPF)掺量对水泥注浆材料的力学性能、可注性、泌水性、凝结时间、体积收缩性及微观结构的影响规律,并筛选PP改性超细水泥浆液作锚固剂,研究相似实验拉拔条件下全长锚固系统的力学承载性能与声发射特征。结果表明:PPF掺量对超细水泥注浆材料的浆液特性与力学性能具有显著影响,可明显改善超细水泥注浆材料的抗压性能,缩短终凝时间,减小流动度,尤其抗折强度与PPF掺量呈正相关关系。当PPF掺量0.1%时,复合注浆材料S1的综合性能最佳,硬化结石体3 d和28 d抗压强度为60.1 MPa和83.7 MPa,比未添加PPF的参照组S0提高23.4%和23.2%;XRD、SEM及FTIR微观表征证实,适宜PPF不仅能促进水化反应,而且可改善结石体内部裂隙,发挥桥连作用并传递应力,延缓裂纹扩展;拉拔试验表明,基于该复合注浆材料的全长锚固体系力学性能、残余承载能力和最大变形量显著增强,最高拉拔强度是参照组S0的1.356倍,推迟了声发射事件的发生,提升巷道围岩稳定性,为类似全长锚固提供借鉴。

钢-聚丙烯腈纤维掺量对自密实混凝土流动性与力学性能的影响

为分析混杂纤维对自密实混凝土(SCC)工作性能和力学性能的影响,对不同养护龄期(7和28 d)、不同钢纤维(SF)掺量(0%、0.4%、0.8%和1.2%,体积分数)和聚丙烯腈纤维(PAN)掺量(0%、0.04%、0.08%和0.12%,体积分数)的SCC进行坍落扩展度、J环坍落扩展度、V型漏斗通过时间、立方体抗压强度试验,并通过扫描电子显微镜(SEM)对SCC的微观形貌进行分析。结果表明:随着纤维掺量增加,SCC的流动性和间隙通过性降低,抗离析性提升;单掺SF对SCC 7 d抗压强度的提高作用较单掺PAN显著;复掺纤维较单掺纤维对早期SCC抗压强度的提高作用更明显,且复掺纤维还能有效提升SCC的韧性与延性。

聚丙烯/改性二氧化钛纳米复合纤维的制备及其在煤化工废水处理中的应用

以二氧化钛为原料制备了改性二氧化钛(m@TiO_(2)),然后以其为助剂通过熔喷非织造技术制备了聚丙烯/m@TiO_(2)纳米复合纤维膜。通过正交实验确定了其最优制备工艺条件为,热风温度为295℃、热风压力为400 kPa、料筒压力为400 kPa。对聚丙烯/m@TiO_(2)纳米复合纤维膜的结构和热性能进行了表征,并研究了其在煤化工废水中的应用。结果表明,PP5纳米复合纤维膜的结晶度为37.6%,孔隙率为96.3%,纤维平均直径为3.8μm,且具有较高的热稳定性。在pH=3、温度为45℃、吸附时间50 min时,测试了PP1与PP5对煤化工废水吸附处理降低化学需氧量(COD)值。结果表明,PP5对COD的去除率达到了20.1%,远高于PP1(COD的去除率11.1%)。25℃下经过光催化降解后,PP5对COD的去除率达到82.5%,表明PP5具有优异的光催化降解煤化工废水中有机物的性能,并且PP5对煤化工废水中有机物的光降解反应符合一级动力学模型。聚丙烯/m@TiO_(2)纳米复合纤维膜对降低煤化工废水中的COD表现出良好的应用前景。

老化条件下聚丙烯纤维改性乳化沥青及其微表处混合料性能分析

为探究老化条件下聚丙烯(polypropylene,PP)纤维改性乳化沥青及其微表处混合料的性能,以丁苯橡胶(SBR)改性乳化沥青为黏结剂,PP纤维为改性剂,对不同老化条件下改性乳化沥青结合料蒸发残留物的流变性能展开研究,通过湿轮磨耗试验、车辙变形试验和低温劈裂试验探究5 d和12 d老化条件对微表处混合料路用性能的影响.研究结果表明:老化条件下改性乳化沥青结合料蒸发残留物的车辙因子和应力敏感性均随老化时间延长而增大,其高温抗车辙能力提升,而承受荷载变化下的弹性恢复能力下降.在2.5%应变幅值时,相较于未改性的乳化沥青,老化后PP纤维改性乳化沥青结合料蒸发残留物的疲劳寿命提高,抵抗疲劳损伤的能力提升明显.在0.2%PP纤维掺量下老化后微表处混合料的黏聚力提升11%,1 h及6 d湿轮磨耗值分别降低32%及25%,轮辙变形率降低46%,低温劈裂抗拉强度提升16%,微表处混合料路用性能得到提升.

玄武岩/聚丙烯复掺纤维对混凝土性能的影响研究

为研究玄武岩纤维、聚丙烯纤维对混凝土力学性能的影响,分别对不同纤维掺量(体积掺量:0.04%、0.08%、0.12%、0.16%)的混凝土进行抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度和抗韧性能试验,并以同样掺量玄武岩纤维和聚丙烯纤维作为对照组。试验结果表明,单掺或复掺纤维对混凝土抗压强度效果不显著,但可明显改善混凝土的劈裂抗拉强度、抗折强度和抗弯韧性,且复掺纤维的提升效果明显高于单掺纤维,结合复掺纤维对混凝土各方面性能的影响趋势,建议复掺纤维用量为0.12%。

硅烷偶联剂改性聚丙烯纤维水泥基复合材料的性能研究

本文使用不同类型(KH550和KH560)和不同浓度(0.5%、1.0%、1.5%和2.0%,质量分数)的SCA对聚丙烯纤维(PPF)进行表面改性,通过无侧限抗压强度试验和抗折试验,研究了SCA改性聚丙烯纤维水泥基复合材料的承压能力,并使用扫描电子显微镜对改性后的聚丙烯纤维水泥基复合材料进行了微观表征。结果表明:KH560改性聚丙烯纤维对水泥基复合材料的流动度影响较大,KH550次之;整体上,SCA浓度越接近1.5%,对聚丙烯纤维水泥基复合材料流动度的影响越大;随着KH550浓度增大,水泥基复合材料孔隙率总体呈降低趋势,随着KH560浓度增大,水泥基复合材料孔隙率呈先下降后上升的趋势,并且浓度为1.5%时孔隙率最小;两种SCA均提高了PPF表面的粗糙度,并能在PPF-SCA-基体界面实现化学键连接;两种SCA对聚丙烯纤维水泥基复合材料抗折强度的影响较小,但能有效提高抗压强度。总体而言,KH550改性效果优于KH560。

聚丙烯纤维混凝土基本力学性能及其尺寸效应研究

为探索聚丙烯纤维混凝土强度指标间的尺寸效应,测试了不同尺寸及不同聚丙烯纤维掺量混凝土试件的抗压强度、劈裂抗拉强度、弯曲抗折强度及断裂能,结果显示,随着聚丙烯纤维掺量的增加,各尺寸混凝土试件的抗拉强度、抗折强度及断裂能均显著提高,但抗压强度有所下降;分析了混凝土试件的荷载-位移曲线、试件破坏形态、拉压比及折压比,发现掺入1.5 kg/m^(3)聚丙烯纤维后,抗压强度最大应变量提高了250%,拉压比由1/11.2提高至1/7.3,说明掺入聚丙烯纤维能够改善混凝土的受力特性,使材料由脆性转变为韧性;讨论了各强度指标间的关系和尺寸效应,建立了抗压强度、抗拉强度及抗折强度间的换算关系,为聚丙烯纤维混凝土的结构设计与分析提供了理论基础。

聚丙烯纤维再生混凝土主破裂前兆特征研究

为研究聚丙烯纤维再生混凝土的破裂尺度和主破裂前兆特征,设计制作了20组粗骨料替代率为25%和50%的试件,通过开展单轴压缩声发射试验,提取聚丙烯纤维再生混凝土破裂过程声发射能量和主频。以能量为媒介,探讨破裂尺度和声发射信号特征之间的对应关系。采用K-means聚类方法将大尺度破裂和小尺度破裂进行二维聚类分析,然后运用支持向量机得到大尺度破裂和小尺度破裂两类聚类的分界线。分析了聚丙烯纤维再生混凝土破裂过程声发射信号演化规律,发现存在声发射事件率减少,大尺度破裂信号增加,低能量小尺度破裂信号消失等特征。引入前兆响应系数概念,计算结果表明低能量小尺度破裂信号消失特征的前兆响应系数最大,前兆响应时间最早。

秸秆/聚丙烯纤维-玻化微珠保温混凝土基本性能正交试验

应用正交试验法开展了16组秸秆/聚丙烯纤维-玻化微珠保温混凝土和3组玻化微珠保温混凝土基本性能试验。完成了秸秆粉末体积率VS、玻化微珠代砂率VG和聚丙烯纤维体积率VP这3种因素对秸秆/聚丙烯纤维-玻化微珠保温混凝土立方体抗压、劈裂抗拉强度极差和方差分析。结果表明:玻化微珠掺入可有效提高混凝土隔热保温性、工作性,但会造成强度损失。玻化微珠对混凝土抗压强度减小最为显著,最大损失幅度为24.64%,秸秆粉末和聚丙烯纤维对抗压强度影响可忽略;聚丙烯纤维对混凝土抗拉强度提高极为显著,最大提升幅度为16.72%,同时显著提高拉压比。基于试验数据建立了秸秆/聚丙烯纤维-玻化微珠保温混凝土抗压和抗拉强度预测模型,预测效果较好。