混杂纤维增强超高性能混凝土的高温性能试验研究

本文对混杂钢纤维(SF)-聚丙烯纤维(PPF)-硫酸钙晶须(CSW)增强超高性能混凝土(UHPC)进行高温试验(200~800℃),研究了混杂纤维增强UHPC高温前后的物理力学性能,并借助光学显微镜和扫描电子显微镜进行微观形貌观测,探讨了基体裂缝发展过程中多尺度纤维的作用机理。结果表明:随着温度升高,UHPC的质量损失率呈增大趋势,而超声波速则呈下降趋势,同时混杂SF-PPF-CSW对基体超声波速的降低有一定减缓作用;当温度小于400℃时,混杂SF-PPF-CSW增强UHPC的弯曲强度变化微弱(<5%),超过400℃后则迅速下降,在800℃下仅为初始强度的19.2%~24.7%;残余抗压强度随温度升高呈先上升后下降趋势,在400℃时达到峰值,较常温时提升了48.9%~62.0%;各温度下,掺加SF-PPF-CSW的UHPC物理力学性能均得到了有效提升,其中混杂1.7%(体积分数)SF、0.3%(体积分数)PPF、1.0%(体积分数)CSW对UHPC力学性能提升效果最佳。

海水拌和对纤维增强超高性能混凝土中钢纤维的影响

通过采用不同水泥含量制备海水拌和纤维增强超高性能混凝土(UHPFRC),研究了海水拌和对UHPFRC中钢纤维的影响机理及其对宏观性能的作用机制。参照相关测试标准对其工作性能与力学性能进行了测试,同时设计单丝拉拔测试和水泥含量等效电路试验。通过场发射扫描电子显微镜和X射线能谱仪对钢纤维表面的元素分布进行了面扫描,进而形貌分析及锈蚀情况分析。首先,海水拌和会引起UHPFRC中钢纤维轻微锈蚀,导致钢纤维与基体之间脱黏拉应力增大,会略有降低钢纤维拉拔过程中的最大拉应力、平均黏结强度和等效黏结强度;其次,海水拌和UHPFRC后期抗压强度可以达到基准组的90%以上,可以满足它的力学性能使用要求;最后,海水拌和会引起UHPFRC体积电阻的增大,而水泥含量的增加会降低它的体积电阻,使钢纤维锈蚀程度减少。

BFRP筋与超高性能纤维混凝土黏结性能试验研究

为探究玄武岩纤维增强复合材料(BFRP)筋与超高性能纤维混凝土(UHPFRC)之间的黏结性能,通过中心拉拔试验,对BFRP-UHPFRC试件破坏模式、黏结-滑移曲线进行分析,且探讨了筋材直径、单一纤维及钢-PVA混杂纤维对黏结强度的影响。结果表明,试件破坏模式包括BFRP筋拔出破坏与拉断破坏。BFRP筋直径的增大将导致黏结强度降低。随着单一纤维掺量增加,黏结强度呈先增大后减小的趋势。而相较于单一纤维,钢-PVA混杂纤维显著提高了试件的黏结强度,当掺入1%钢纤维和0.5%PVA纤维时,黏结强度最高(25.35 MPa)。此外,通过灰狼算法优化的支持向量回归模型实现对黏结强度的预测,预测值与实际值拟合较好。

混杂网格增强超高性能混凝土双向板的弯曲性能

网格增强超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,UHPC)具有轻质、高强、耐久性好等特性,已应用于薄壁结构和工程加固领域,但单一网格很难实现高效的增强增韧效应.为研究混杂网格增强UHPC双向板的抗弯性能,对3个钢丝网格与玻璃纤维网格混杂增强UHPC板、3个钢丝网格与玄武岩纤维网格混杂增强UHPC板、6个单一网格增强UHPC板和1个无网格UHPC对照板进行弯曲试验,研究网格种类、总层数及铺层方式对其破坏形态、承载能力和弯曲韧性的影响.结果表明:与单一钢丝网格板和单一玻璃纤维网格板相比,钢-玻璃纤维网格混杂板开裂后表现更显著的硬化现象,在连续网格与混杂短纤维协同效应下,板呈现多裂缝破坏模式,延性较理想.铺设2层网格时,钢-玻璃纤维网格混杂板的承载能力较单一钢丝网格板提升23.7%,且其在20 mm挠度处的残余承载力较单一玻璃纤维网格板提升28.2%;钢-玄武岩纤维网格混杂板峰前阶段的能量吸收值和20 mm挠度处的残余承载力均优于单一玄武岩纤维网格板.网格总层数为3层时,与单一玄武岩纤维网格板相比,2层钢丝网格与1层玄武岩纤维网格混杂增强板在峰前挠度为2 mm时的能量吸收值提高了21.6%,20 mm挠度处的残余承载力提高了42.6%.钢-玻璃纤维网格混杂板的网格强度利用率最理想,其承载能力、能量吸收值及弯曲韧性指标均高于钢-玄武岩纤维网格混杂板.最后,考虑网格强度有效利用率建立了混杂网格增强UHPC双向板抗弯承载力理论公式,适用性良好.

超高性能混凝土中纤维作用效应研究综述

超高性能混凝土(UHPC)是一种具有超高强度、高耐久性的新型水泥基复合材料,其应用仍受到包括造价高、韧性不足、高温抗爆裂性能差等因素的影响,相关研究表明上述因素均与内掺纤维有关。为进一步促进纤维对UHPC性能的优化,推进UHPC在工程领域中的应用,通过梳理国内外近年来相关研究成果,总结钢纤维形状和长径比、不同纤维类型、纤维混杂和纤维取向分布对UHPC相关性能的影响,结果表明:钢纤维具备优异的力学性能且来源广泛,仍为UHPC中主要使用的纤维,异形钢纤维改善UHPC抗拉、抗弯等性能效果更好,但工作性能会相应地降低,建议钢纤维掺量采用2%~3%;不同类型纤维混掺存在最优组合,非钢纤维掺量普遍不超过0.5%;纤维平行于主拉应力方向分布能够提升纤维桥接作用的有效性,随机分布的纤维有效性降到了30%,对于纤维取向控制方法尚不成熟,需要进一步完善方法实现在非实验室条件下纤维定向分布的实际尺寸。

钢纤维形状及掺量对超高性能混凝土力学性能的影响

对比研究了钢纤维形状及掺量对超高性能混凝土(UHPC)工作性能及力学性能的影响,并通过SEM分析研究其演化机理。结果表明:随钢纤维掺量的增加,UHPC的工作性能变差,且端勾型钢纤维对工作性能劣化最明显。当钢纤维掺量为1.5%~2.5%时,端勾型和长直线型钢纤维UHPC的抗压、抗折及劈裂抗拉强度较高;当钢纤维掺量超过1.0%后,UHPC的拉压比会出现大幅提高,折压比相对提高不明显;当钢纤维掺量为1.5%~2.0%时,短直线型钢纤维UHPC的力学性能和工作性能最佳。SEM分析发现,钢纤维在基体中错向连续搭接分布,形成三维网状结构,能够阻止宏观裂缝的产生和微裂纹的发展,使UHPC表现出良好的力学性能。

超高性能纤维混凝土增强RC梁抗剪性能研究

为确保梁在弯曲加载下保持良好的稳定性,文章系统探讨了超高性能纤维混凝土(UHPFRC)对常规RC梁抗剪强度的强化效果,对12根钢筋混凝土梁进行四点荷载测试,观测其破坏模式。结果显示.UHPFRC能显著提高RC梁的抗剪性能,相较于未加固梁,强化后的梁抗剪强度提升了1.54倍,其初始刚度、延性和韧性也得到了显著增强。此外,加固梁主要在最大弯矩区域展现出弯曲破坏.显示出较好的延性性能。

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。

超高性能海水海砂混凝土的组成设计与纤维增强增韧

基于单纯形重心设计法对超高性能海水海砂混凝土(ultra-high performance seawater sea-sand concrete,UHPSSC)进行了配合比设计优化,并研究了短切超高分子量聚乙烯纤维(ultra-high molecular weight polyethylene,UHMWPE)和钢纤维对UHPSSC工作性能和力学性能的影响.结果表明:在综合考虑UHPSSC的流动度、抗折强度和抗压强度的情况下,胶凝材料组成的最优配比确定为水泥、硅灰、粉煤灰的质量比为0.75∶0.15∶0.10.随着短切纤维掺量的增加,UHPSSC的流动度逐渐降低,抗折强度、抗压强度和弯曲韧性均逐渐增加.UHMWPE纤维对UHPSSC流动度的影响程度更大,而钢纤维对力学性能的提升效果更明显.随着UHMWPE纤维体积分数的增加,UHPSSC的弯曲破坏模式逐渐由脆性破坏转变为韧性破坏.当UHMWPE纤维掺量为1.0%时,二次峰值荷载会高于初裂荷载.此外,当同时混掺钢纤维和UHMWPE纤维时,UHPSSC的流动度略有下降,抗折强度、抗压强度及弯曲韧性均大幅提高.本研究成果可为UHPSSC的设计和工程应用提供一定的参考.

钢纤维取向及其对超高性能混凝土力学性能影响研究综述

超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete,UHPC)以其优异的力学性能和耐久性在工程中得到了广泛的应用。钢纤维是UHPC中重要的添加材料,确保与主拉应力方向相对应的纤维取向可以大大提高UHPC的力学性能,特别是抗弯性能和拉伸性能。本文综述了钢纤维定向方法及其对UHPC力学性能的影响。在浇注过程中,磁场诱导方式具有更好的改善效果,最大提升幅度可达80%。钢纤维进行定向处理之后,静态抗弯强度、韧性和抗拉强度分别比随机纤维取向提高10%~80%、20%~100%和30%~90%。提出了超高性能混凝土中钢纤维取向分布研究中存在的问题和研究思路,最后展望了电磁诱导钢纤维定向技术在大体积超高性能混凝土浇筑中的应用前景。

钢纤维对超高性能混凝土力学性能影响研究综述

超高性能纤维增强混凝土(UHPFRC)凭借其出色的力学性能被应用在高层建筑、大跨度桥梁、海底隧道等混凝土结构工程。其中,钢纤维类型、钢纤维添加量以及钢纤维长度等参数会改变UHPFRC的力学性能。但对于这些参数如何选取,目前还没有统一的认识,为此,对现有研究中关于钢纤维类型、纤维添加量及纤维长度对超高性能纤维增强混凝土力学性能的影响进行了总结、分析。结果表明:①波纹状及钩状钢纤维相比于直型纤维对UHPFRC的抗拉性能、抗弯性能均有较大的提升,但钢纤维形状对抗压力学性能没有明显的影响;②与钢纤维类型相似,钢纤维长度的增加有助于提升UHPFRC的抗拉性能、抗弯性能,但同样对抗压性能影响不明显;③钢纤维用量对UHPFRC的抗压性能、劈裂抗拉性能、抗弯强度学性能以及断裂性能均具有明显的提升作用。研究成果为理解钢纤维参数对UHPFRC力学性能的影响提供了帮助,同时也为UHPFRC的配置提供一定的参考。

混杂纤维增强超高性能混凝土弯曲韧性

为研究混杂纤维增强超高性能混凝土(UHPC)的增韧特性,本文通过33个四点弯曲梁试验研究了单掺钢纤维,单掺钢纤维分别与粗聚烯烃纤维、聚乙烯醇纤维、聚酯纤维、玻璃纤维和玄武岩纤维混掺对改善超高性能混凝土梁弯曲韧性的贡献。测定了荷载-挠度全曲线,分析了纤维品种、几何尺寸对梁增韧效果的影响,并对试件断面形态进行了微观电镜扫描。结果表明:与单掺钢纤维相比,混杂纤维超高性能混凝土具有良好的弯曲变形硬化特性,变形后期仍然具有较高的承载力。本文提出的硬化指数可以较好地表征混杂纤维超高性能混凝土硬化特性。本文明确了混杂纤维超高性能混凝土的增韧特性和增韧机理,提出了混杂纤维超高性能混凝土弯曲韧性的评价指标,为实际工程应用提供参考。

超高性能纤维混凝土在公路桥梁加固中的应用

结合四川省某桥梁工程施工案例,对超高性能纤维混凝土种类选择和配比计算进行分析,深入探讨超高性能纤维混凝土在桥梁加固施工中的应用,通过使用超高性能纤维混凝土材料,取得理想的加固效果,提高桥梁工程整体稳定性。

不同养护条件和钢纤维掺量对超高性能混凝土收缩性能的改善

为改善超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,简称UHPC)的收缩性能,研究了钢纤维掺量为1.5%、2.0%、2.5%的UHPC在自然养护、标准养护、热水养护3种养护条件下的收缩性能变化,通过X射线衍射(X-ray diffraction,简称XRD)和扫描电镜(scanning electron microscopy,简称SEM)分析,进一步分析了影响其收缩性能变化的微观因素。结果表明:标准养护和热水养护条件下对UHPC的收缩抑制作用比较显著,随着钢纤维掺量的提高,UHPC的收缩性能会降低,钢纤维掺量为2.5%时UHPC的收缩性能仍满足要求,且在热水养护中混凝土的收缩率最小;此外,加入矿物掺合料可以促进水泥二次水化,形成致密的微观结构,使钢纤维与基体黏结更紧密。

超高性能混凝土中纤维的界面效应及其与水泥基材的匹配性研究

为了解决超高性能混凝土脆性大和易开裂的问题,增加其抗拉强度和韧性,研究建立了室内试验模型,通过单纤维拉拔试验研究不同纤维类型和纤维埋置深度对水泥基材界面的黏结性能影响。结果表明,在相同的水泥基材料条件下,不锈钢纤维的抗拔荷载最大,束状单丝聚丙烯纤维的抗拔荷载次之,短切丝碳纤维的抗拔荷载远小于不锈钢纤维和束状单丝聚丙烯纤维,纤维类型对界面黏结强度、抗拔荷载影响规律一致;随着纤维埋置深度的增加,不锈钢纤维的和束状单丝聚丙烯纤维的最大拔出荷载均不断增加,而界面黏结强度均不断减小,短切丝碳纤维的最大拔出荷载和界面黏结强度变化不明显。

钢纤维掺量对变形钢筋与超高性能混凝土黏结性能影响

为研究钢纤维掺量对变形钢筋与超高性能混凝土(UHPC)黏结性能的影响,设计、制作了6组18个中心拔出试件,钢纤维体积掺量为0%~5%,室外养护28 d后进行中心拔出试验,观察试件的破坏形态、黏结应力-滑移曲线、最大黏结强度及其对应的滑移等。试验结果表明:随着纤维掺量的增加试件的破坏形态从脆性破坏转变为韧性破坏;纤维掺量对黏结强度影响不大,各组黏结强度均处于60 MPa左右,峰值滑移随着纤维掺量增加而增大;纤维掺量为3%时黏结强度最大,黏结应力-滑移曲线下降段最平缓,韧性最大。建立了黏结强度与抗压强度之间的关系;建议直径16 mm的HRB500型钢筋,在UHPC中最小锚固长度试验值取2.5d;最后给出了黏结应力-滑移曲线上升段计算模型。试验结果可为UHPC材料的工程应用提供参考。

超高性能海水海砂混凝土单轴受压应力-应变关系

为研究超高性能海水海砂混凝土(Ultra-High Performance Seawater Sea-sand Concrete,UHPSSC)轴压应力-应变关系,探究钢纤维体积掺量对UHPSSC轴压力学性能和轴压应力-应变全曲线的影响,使用Instron 1346万能材料试验机测得UHPSSC应力-应变全曲线,借助Pycharm曲线拟合程序与已有混凝土应力-应变全曲线模型进行拟合与修正.结果表明:钢纤维掺量越高,轴压作用下UHPSSC的破坏程度越小,抗压强度和峰值应变也随之增加;已有模型拟合的UHPSSC应力-应变全曲线上升段与试验曲线比较相近,下降段后期差距较大;通过修正下降段形状参数,得到了更适用于描述UHPSSC应力-应变全曲线的修正模型,并验证该修正模型的适用范围.

超高性能混凝土拉伸与疲劳性能研究进展

超高性能混凝土(UHPC)是一种具有超高抗拉强度、优异抗疲劳性能的材料,结合国内外相关文献,利用其突出的性能,对近几年UHPC的拉伸行为及疲劳性能的研究进展进行综述。在拉伸性能方面,总结得出试件的形状、尺寸、钢纤维以及材料配比等都不同程度地影响着UHPC的抗拉性能;合理优化钢纤维的掺量、形状、级配及排列顺序是提高抗拉性能的重要因素,对钢纤维表面进行处理同样可以提高抗拉强度;在疲劳性能方面,对UHPC抗弯疲劳性能、抗压疲劳性能、抗拉疲劳性能进行总结得出:钢纤维对疲劳性能影响最大,温度、UHPC的强度、应力水平以及加入其他纤维与配筋都不同程度地影响着钢纤维的疲劳性能。最后,从工程应用角度出发,介绍了UHPC相关规范,介绍了UHPC在抗拉、抗疲劳性能及桥梁方面的应用实例,并提出合理的建议。

含粗骨料超高性能混凝土的单轴受拉力学性能

考虑粗骨料掺量、钢纤维掺量及长径比等因素,研究了含粗骨料超高性能混凝土(UHPC-CA)的单轴受拉力学性能,揭示了纤维增强的机理和粗骨料的作用机制.结果表明:随着粗骨料掺量的增加,UHPC-CA的单轴抗拉强度与变形性能均下降;钢纤维掺量增加、长径比增大对UHPC-CA的受拉力学性能有较大的提升作用;钢纤维与基体间具有良好的握裹力,在基体内出现裂缝后,主要依靠握裹作用承受拉应力;粗骨料的掺入削弱了钢纤维空间分布的均匀性,同时引入了薄弱的粗骨料-基体界面过渡区,对UHPC-CA的受拉性能产生了不利的影响.

超高性能钢纤维增强混凝土腐蚀损伤的CT观察

【目的】为探究混凝土因钢纤维腐蚀引发的损伤行为,采用X射线计算机断层扫描技术对UHPSFRC试样的通电加速腐蚀过程进行无损测试。【方法】通过高分辨率的三维重建,对试样腐蚀损伤过程及分布特征进行可视化表征与定量分析。【结果】结果表明:钢纤维腐蚀造成UHPSFRC混凝土保护层发生由外到内的腐蚀损伤。随着通电时间的增加,钢纤维腐蚀速率加快,初始损伤区域的损伤程度加重。【结论】研究认为,X-CT可以作为研究钢纤维腐蚀及腐蚀诱导混凝土保护层损伤的有力工具,且具有较高的适用度与准确性。