聚乙烯醇(PVA)纤维增强水泥基复合材料单纤维拔出细观机理研究

目的 探索聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)高韧性、应变硬化宏观力学行为的细观机理,为其材料特性设计奠定理论基础。方法 基于黏聚力单元和非线性弹簧连接器,建立单PVA纤维/水泥基体的ABAQUS有限元模型,对单PVA纤维拔出水泥基体的全过程进行数值模拟分析。结果 PVA-ECC单纤维拉拔力-拉拔位移曲线可细分为线弹性阶段、连续脱黏阶段、整体滑移阶段、机械咬合硬化阶段和纤维磨损断裂阶段;纤维与水泥基体之间的传力机制包括剪滞切应力和机械咬合力;随着拉拔力的增加,机械咬合力逐渐成为主要传力机制。结论 水泥基体与纤维之间的机械咬合作用以及纤维表面的磨损是导致纤维断裂的根本原因,通过对纤维表面进行适当处理,可以降低水泥基体在机械咬合硬化阶段对纤维表面的磨损,使纤维断裂模式转变为纤维拔出模式,以更好地控制水泥基体的微裂纹失稳扩展,从而进一步提高PVA-ECC的韧性。

RTP-PVA混杂纤维的工程水泥基复合材料干缩性能试验研究

为研究回收轮胎聚合物(recycled tyre polymer,RTP)和聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)混杂纤维对工程水泥基复合材料(engineered cementitious composites,ECC)干缩性能的影响,对RTP-PVA混杂纤维总体积分数为2.0%的ECC进行流动性、直接拉伸和干缩试验,并分析混杂纤维作用机理和干缩计算模型.结果表明:RTP纤维替代率为12.5%~50%对ECC流动性影响不大,比单掺PVA纤维的ECC流动性降低1.09%~3.69%.ECC的抗拉强度随RTP纤维替代率的增加而降低,不同比例的混杂纤维比单掺PVA纤维的ECC抗拉强度降低了23.6%~56.6%.不同比例混杂纤维ECC干缩率曲线趋势相近,7 d时干缩率为28 d时的80.92%~82.77%.ECC的干缩率随RTP纤维替代率的增加而降低,28 d时不同RTP纤维替代率的混杂纤维比单掺PVA纤维的ECC干缩率降低了0.80%~2.09%.RTP-PVA混杂纤维可在ECC中协同发挥作用抑制基体干缩,结合试验结果得到适合RTP-PVA混杂纤维ECC的指数型干缩预测模型.

混杂聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料力学性能

目前配置ECC(engineered cementitious composites,ECC)的聚乙烯醇纤维(polyvinyl alcohol,PVA)主要由日本可乐丽公司生产,成本较高.国产PVA价格合理,但国产PVA-ECC的拉伸延性有限,为了进一步提高水泥基复合材料的拉伸延性,兼顾应用成本,将国产PVA纤维和日本产PVA纤维以一定的比例混合,配制混杂PVA-ECC,为实际工程结构性能提升提供更多的材料选择.首先基于微观力学模型,确定混杂PVA-ECC中PVA纤维的体积分数,对设计的5组不同配合比的混杂PVA-ECC试件进行四点弯试验、单轴拉伸试验及单轴压缩试验,确定混杂PVA-ECC的较优配合比.最后对典型配合比ECC进行性能和成本对比分析,提出了低成本、较低拉伸性能的配合比M7,中等成本、较高拉伸性能的配合比M17和高成本、高拉伸性能的配合比M21等3个具有代表性的配合比,供实际工程根据结构性能的需要进行选择.采用混杂PVA纤维配置ECC,可降低ECC的成本,使得ECC大量应用于工程实践成为可能.

聚乙烯醇纤维强化水泥基复合材料的抗盐冻性能

通过氯盐环境中的快速冻融试验研究了纤维体积率、冻融循环次数、粉煤灰、硅粉对聚乙烯醇(PVA)纤维水泥基复合材料抗盐冻性能的影响。通过扫描电镜观察内部微观结构随盐冻作用的变化规律、PVA纤维在水泥基体中分布情况和界面结合状况。试验结果表明:PVA纤维的掺入可明显改善水泥基复合材料的抗盐冻性能;PVA纤维在基体中分散性较好,且与水泥基体界面结合状况较好;而粉煤灰、硅粉的掺入未明显改善PVA纤维水泥基复合材料的抗盐冻性能。

聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料研究进展

普通混凝土具有许多优点,但其脆性大、易产生开裂,这将导致外界化学介质向内部扩散的速度加快,使建筑结构的使用寿命大幅度降低。加入聚乙烯醇纤维是解决这一问题的一种有效途径,并且能够显著改善水泥基材料的性能。论文介绍了聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料的国内外研究现状、动力学特性以及自愈合情况,探讨了该材料的微观设计理论,介绍了其应用,并对聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料研究进行了展望。

聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料轴压徐变性能研究

通过自制加载装置,研究了聚乙烯醇纤维(PVA)增强水泥基复合材料在轴向压应力作用下的徐变性能。研究参数包括水胶比和纤维掺量。研究结果表明:纤维掺入会降低水泥基复合材料抵抗徐变的能力,相对于未掺纤维的水泥基复合材料,纤维掺量为1%时其120 d徐变增加了19.4%;适当的水胶比有利于胶凝材料充分反应,增加对PVA水泥基复合材料对徐变的抑制作用,当水胶比超过0.3时PVA水泥基复合材料的力学性能会出现一定程度的降低,且120 d徐变会呈现快速增加。基于分数阶导数理论,采用Abel粘壶替代标准线性固体模型中的牛顿粘壶,推导出用于描述水泥基复合材料的徐变模型,并利用该徐变模型对试验数据进行分析。结果表明,含Abel粘壶的徐变模型与试验数据吻合良好且稳定性较高。

聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料力学性能试验研究

对聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料棱柱体试件进行了抗折试验,并对抗折试验后的一半试件进行了抗压试验。试验结果表明,随PVA纤维掺量的增加,试件抗折强度大幅提高,抗压强度先略有提高然后降低,纤维在水泥基体中起到了很好的增韧效果。

粉煤灰掺量对聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料抗硫酸盐侵蚀性能影响的研究

为了研究粉煤灰掺量对聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(Polyvinyl alcohol fiber reinforced cementitious composites,简写为PVA-FRCC)抗硫酸钠侵蚀的影响,在长期浸泡和干湿循环两种不同的侵蚀环境下,对若干次试验周期后的试件表观形貌变化、质量变化、体积变化、抗压强度和微观结构进行分析研究。试验结果表明,粉煤灰的掺入一定程度上密实了PVA-FRCC,在不同的侵蚀环境下均使其抗硫酸钠侵蚀性能得到改善,质量分数在50%之内时随着掺量的增加而更加明显。

单边切口薄板研究聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料断裂韧性

利用单边切口薄板对配制的聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料进行单轴直接拉伸试验研究,得到硬化的荷载-裂缝张开位移全曲线。通过试验观察到缺口尖端处出现呈发散状的多条微小裂纹,部分试件在远离切口处还有多条裂缝出现,并不像混凝土或水泥净浆这类半脆性、脆性材料只有单条裂缝并沿着单条路径开裂,因此,适用于应变软化材料的双K断裂理论以及断裂能理论不能直接用在应变已经发生假硬化的材料中。鉴于上述原因,该文提出起裂断裂韧度和耗散能两个韧性评价指标。

纳米粒子和聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料抗折性能

通过抗折试验和抗折试验后小立方体抗压强度试验,探讨了纳米粒子掺量、聚乙烯醇(PVA)纤维掺量和石英砂粒径对水泥基复合材料抗折性能的影响。结果表明,纳米粒子掺量、PVA纤维体积掺量和石英砂粒径对水泥基复合材料抗折强度和抗折试验后小立方体抗压强度有较大影响。PVA纤维水泥基复合材料的抗折强度和小立方体抗压强度随着纳米Si O_2掺量增加呈先增大后减小的趋势,当纳米Si O_2掺量达到1.5%和1.0%时,抗折强度和抗压强度分别达到最大值;随着纤维体积掺量的增大,掺纳米Si O_2水泥基复合材料抗折强度和小立方体抗压强度逐渐增大,但当PVA纤维体积掺量超过0.6%时,小立方体抗压强度有逐渐降低的趋势;随着石英砂粒径的减小,抗折强度和小立方体抗压强度逐渐降低,采用粒径a石英砂配制的水泥基复合材料具有更高的抗折强度和小立方体抗压强度。

聚乙烯醇纤维水泥基复合材料水压渗透模型与分析

水在PVA纤维水泥基复合材料中的渗透性一定程度上决定PVA纤维水泥基复合材料的劣化速度。基于达西定律,本文在试验研究基础上,推导得出水在PVA纤维水泥基复合材料中渗透系数的计算模型,分析了纤维体积率、粉煤灰、硅粉对PVA纤维水泥基复合材料抗渗性能的影响。研究结果表明,该模型能很好地评价水在PVA纤维水泥基复合材料中的渗透性。

PVA纤维长度对水泥基复合材料抗拉强度的影响

为了研究PVA纤维长度对水泥基复合材料抗拉强度的影响,采用6 mm、9 mm和18 mm的PVA纤维结合新疆本地沙漠砂与粉煤灰制备PVA-沙漠砂水泥基复合材料,于恒温条件养护28 d后测试其抗拉强度并与普通混凝土试件进行对比。由试验得出:添加PVA纤维的水泥基复合材料相比于普通混凝土试件其抗拉强度显著提高;随着纤维长度的增加,PVA-沙漠砂水泥基复合材料的流动度和抗拉强度逐渐降低。

定量分布PVA纤维增强水泥基复合材料连续梁抗弯性能数值模拟

纤维增强是有效改善水泥基复合材料抗拉性能的方法之一,掺加聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol Fiber,PVA)纤维可以提高水泥基复合材料的抗裂性能和韧性,根据构件拉应力大小配制PVA纤维体积掺量,即定量分布PVA纤维,能够充分发挥纤维的增强作用。为研究PVA纤维定量分布的增强机理,开展了定量分布PVA纤维增强水泥基复合材料(Adaptively Distributed Polyvinyl Alcohol Fiber Reinforced Cement-based Composites,AD-PFRC)连续梁的抗弯性能数值模拟研究,对比分析了不同PVA纤维分布方式连续梁的应力云图及梁底部拉应力较大区域的合力。数值模拟结果表明:平均PVA纤维体积掺量为1.3%时,AD-PFRC的拉应力值相比PFRC明显提高,且达到极限荷载时,AD-PFRC梁跨中截面底部拉应力较大区域的合力相比PFRC提高了12%,AD-PFRC的PVA纤维增强作用明显提高。

改性聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料制备及其力学性能

为提高聚乙烯醇(PVA)纤维与水泥基体间的界面强度,采用化学接枝法在PVA纤维表面接枝一层纳米二氧化硅颗粒(SiO_(2) NPs),制备改性PVA纤维增强水泥基复合材料(PVA-FRCC)。通过三点弯曲试验测试改性前后PVA-FRCC的抗弯强度,并研究纤维铺排方向和层数对水泥基复合材料抗弯性能的影响。结果表明:纤维交叉铺排时,PVA-FRCC的抗弯强度优于纵向和横向铺排,且改性PVA-FRCC的抗弯强度高于未改性PVA-FRCC的;当纤维铺排层数为3层时,改性PVA-FRCC的抗弯强度最好。对PVA-FRCC的弯曲过程进行有限元模拟分析,含有横向铺排纤维的PVA-FRCC断裂失效时,纤维的桥连作用突显。同时,交叉铺排的PVA-FRCC中除横向铺排的纤维承力外,纵向纤维也有一定的承力,且试样失效后无界面损伤。

聚乙烯醇纤维水泥基复合材料

介绍了聚乙烯醇纤维的特点和聚乙烯醇纤维水泥基复合材料的高延性、耐久性。

聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料的三轴受压性能试验研究

在6种不同围压条样下,对由不同掺量体积率的聚乙烯醇(PVA)纤维制成的标准圆柱体Φ50 mm×100 mm试样进行常规三轴压缩试验,研究了围压和纤维体积率对试样的峰值应力、峰值应变及本构方程的影响。研究结果表明:在常规三轴受压状态下,随着围压及PVA纤维体积率的增加,试样的峰值应变大于峰值应力,破坏试样所做的功也随之增大,且围压对试样峰值应变及应力的影响程度比纤维体积率大,达到试样峰值应力之后,纤维体积率的影响显著下降。侧向围压对试样的横向变形及裂缝发展有显著的约束效果,应力应变曲线符合过镇海模型。

SMA/PVA混杂纤维增强水泥基复合材料拉伸性能

为研究形状记忆合金(SMA)/聚乙烯醇(PVA)混杂纤维增强水泥基复合材料(SMA/PVA-ECC)的拉伸性能,开展单轴拉伸试验,分析了SMA/PVA-ECC试件的破坏现象、应力-应变曲线及特征参数,比较了SMA纤维掺量及其直径对试件拉伸性能的影响.结果表明:SMA/PVA-ECC试件卸载后残余裂缝宽度显著减小;SMA纤维掺量及其直径对试件拉伸性能影响显著,当SMA纤维直径为0.2 mm、掺量为0.2%时,试件综合拉伸性能最好,其初裂强度、极限拉伸应力及应变较工程水泥基复合材料(ECC)试件分别提高56.4%、23.6%及13.4%.

机制砂高延性工程水泥基复合材料(ECC)的性能研究

采用双因素方差分析法,研究了水胶比(0.30、0.35、0.40)和砂胶比(0.35、0.45、0.55)对工程水泥基复合材料(ECC)抗压和抗折强度的影响,优选出了最佳水胶比和砂胶比。在此基础上,研究了PVA纤维体积掺量(1.0%、1.5%、2.0%)和机制砂掺量(0、50%、100%)对ECC弯曲韧性的影响,并采用非线性回归法建立了预测模型。结果表明:ECC的最佳水胶比和砂胶比分别为0.30和0.55;掺入适量机制砂能在一定程度上提高ECC的峰值挠度,改善ECC的弯曲韧性;当PVA纤维体积掺量为2.0%、机制砂掺量为50%时,ECC的各项弯曲韧性指标相对最优;建立的机制砂高延性ECC峰值抗弯强度和峰值挠度预测模型的拟合精度较高,具有一定的适用性。

不同纤维增强的水泥基复合材料极限力学性能比较研究

为探究纤维增强水泥在不同类型材料配合比下的极限力学性能,分别在原始水泥基复合材料中添加掺量体积比为0.5%~2.0%的钢纤维以及PVA纤维,制备出复合材料试件。分别对试件进行抗压强度测试以及静态拉伸测试。测试结果表明,纤维掺量与抗压性能提升效果呈正相关。相较于单纤维水泥基复合材料,钢纤维掺量为1.0%时,试件拉伸效果最为明显,试件的抗压强度提升百分比为77.1%,极限应变为2.6%。PVA纤维掺量为1.5%时,试件的拉伸效果最为明显,试件的抗压强度提升百分比为52.7%,极限应变为1.4%。纤维的加入可以有效提高水泥基复合材料的极限力学性能,钢纤维以及PVA纤维的最佳掺入量分别为1.0%以及1.5%。

干湿循环作用下聚乙烯醇纤维水泥基复合材料抗硫酸盐侵蚀性能试验研究

1试验研究内容概述我国许多水利水电工程中都存在硫酸盐侵蚀问题，特别是在西北盐湖和盐渍土分布广泛的地区。在一些受硫酸盐侵蚀的结构中，位于水位变动区和浪溅区的部位，处于干湿循环作用下，其劣化机理相比长期浸泡要复杂的多。干湿循环是指材料先处于全浸泡状态然后再处于干燥状态的交替作用，一个循环包含一个干状态和一个湿状态。