金属网和钢纤维增强喷射混凝土的性能试验

巷道喷射混凝土和岩石之间的相互作用是复杂的,室内实验不能精确模拟。然而对连续喷射混凝土试验块采取下述处理则可代表实际情况:在连续喷射的混凝土板中央划定一米见方的区域,在其四个角用螺栓固定,使试验板承受均匀载荷或点载荷。为进行这项试验设计了一固定框架。用上升高度可达520mm的液压增压枕对试验板施加均匀载荷。通过调节增压枕的压力可限制加载系统的能量,从而可保证超过峰值载荷时仍能以可控方式记录试验板的挠度。

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。

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。

UHPC中钢纤维的增强机理:一种新的断裂相场模型

超高性能混凝土(UHPC)是一种具有巨大潜力的复合材料。为了降低UHPC的成本并获得更好的性能,有必要研究钢纤维在UHPC中的增强机理,实践中也需要一个有效的数值模型来促进UHPC的应用。钢纤维从UHPC中拔出时会产生新的裂纹面,进而需要消耗更多的能量。基于此,推导了新裂纹及其裂纹表面能的公式,提出了一种考虑钢纤维与UHPC基体之间界面断裂能的断裂相场模型。利用该模型,对含钢纤维的三维UHPC试样进行了单轴拉伸数值模拟;开展对比实验验证了所提模型的正确性。结果表明,模拟结果与实验结果吻合较好。通过分析不同试样的新裂纹面与拉伸强度间的关系,发现UHPC的抗拉强度和残余强度随钢纤维体积含量的增加而增加,随钢纤维直径的增加而降低。进一步分析发现,UHPC的抗拉强度与钢纤维的侧表面积成正比。理论分析、数值模拟和实验表明,钢纤维在UHPC中的增强机理为:钢纤维的加入使UHPC基体与钢纤维在断裂过程中产生了一些新的裂纹,这些新裂纹消耗了更多的能量。本文研究工作可为UHPC的性能设计和开发有效的UHPC数值模型提供理论依据。

钢纤维增强混凝土细观压缩断裂模拟与性能分析

韧性城市构筑需要更多高强、高韧的混凝土基础设施,现有钢纤维增强混凝土(SFRC)细观力学模型与断裂性能模拟研究仍存在挑战。本文借助Python软件对Abaqus前处理二次开发,建立了SFRC三维细观模型,全局插入内聚力单元模拟骨料与混凝土基体之间的界面,研究钢纤维体积率V_(SF)、混凝土基体强度、骨料粒径对SFRC单轴压缩断裂性能的影响。结果表明:V_(SF)在0%~2.0%时,V_(SF)越大,SFRC抗裂性能越好,且残余应力更大;V_(SF)为2.0%时,SFRC应力较未加入钢纤维混凝土提高了60.64%;当基体强度增加时,SFRC的韧性也随之提高,C60、C80混凝土所对应的最大应力值与C40混凝土相比分别提高了66.48%、91.39%,SFRC的应力-步长曲线在弹性阶段变得更陡峭;骨料粒径在5~7 mm时,随着骨料粒径的增加,SFRC的抗裂性能显著增强。显然将分散、不定向的韧性钢纤维加入脆性混凝土基体中可有效增强混凝土设施的抗震韧性和抗裂性能。

废旧钢纤维增强橡胶混凝土力学性能试验研究

为了改善由橡胶颗粒加入混凝土中引起的强度损失,在三种强度的橡胶混凝土(RC)中加入体积掺量为0.5%~2.0%的废旧钢纤维增强RC的力学性能,分别测试了各废旧钢纤维增强橡胶混凝土(SSFRC)在28 d的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度、四点抗折强度与轴心抗压强度。引入拉压比、折压比与韧性指数对SSFRC的韧性进行评价,结合宏观试验数据和SEM分析废旧钢纤维对RC力学性能的增强增韧机理。结果表明:橡胶的加入会降低不同基体强度混凝土的各力学性能;不同基体强度的SSFRC的各力学强度随着钢纤维掺量的增加呈先增加后下降的趋势,抗压强度在钢纤维掺量为1.0%时达到峰值,抗拉和抗折强度在钢纤维体积掺量为1.5%时达到峰值;钢纤维可在一定掺量下与橡胶颗粒协同作用进一步增加RC的韧性;废旧钢纤维-基体界面过渡区的微观形貌表明废旧钢纤维局部也发生了水化反应。综上,在橡胶体积掺量为10%、废旧钢纤维体积掺量为1.5%时,SSFRC的各力学强度增强效果最好,且韧性最佳。

钢纤维增强混凝土在建筑工程中的应用研究

本文介绍了典型的钢纤维材料,以及钢纤维增强作用机理。分析了钢纤维增强混凝土对比普通混凝土的性能优势,并概括了钢纤维增强混凝土的常规力学性能。对钢纤维在建筑中已有应用进行了分类概括,并展望了钢纤维材料在建筑工程领域的应用前景。

超高性能纤维增强混凝土中钢纤维拔出行为研究

自行研发的纤维定位装置可较为精准地控制钢纤维的空间位置,基于此,研究了钢纤维埋置深度、直径和埋置角度对超高性能纤维增强混凝土(UHPFRC)中钢纤维拔出行为的影响。结果表明:随着钢纤维埋置深度增加,钢纤维最大拔出力、拔出功、最大拔出应力及钢纤维强度利用率均呈不断提高的趋势,而最大平均黏结强度却呈减小的趋势;随着钢纤维直径增加,钢纤维最大拔出力、拔出功和最大平均黏结强度相应增加,而钢纤维强度利用率和最大拔出应力均减小;随着钢纤维埋置角度增大,钢纤维最大拔出力和拔出功呈先上升后下降的趋势,分别在埋置角度为45°和30°时达到最大,而埋置角度为75°时,试件破坏模式表现为钢纤维拉断失效。

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。

钢纤维增强混凝土动态力学性能试验研究方法和进展

混凝土的动态力学参数与静态、准静态试验的参数差异较大。通过对钢纤维混凝土在落锤、摆锤、SHPB冲击压缩、高速弹射侵彻和抗爆冲击等方式下动态力学性能的试验研究方法和研究进展进行综述分析,得出结论:(1)不同的试件尺寸、冲击锤质量、冲击高程对试验结果的影响不一,不能很好地对比分析混凝土材料的增强效果。(2)钢纤维混凝土抗冲击强度离散性较大,除了采用Weibull分布函数,还应采用其它数学方法分析钢纤维混凝土变量间的关系;(3)高应变率的试验条件较为苛刻,接近实际情况的代表尺度及相关冲击参数还需深入探讨。

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。

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.

钢纤维喷射混凝土支护抗常规爆炸震塌能力研究

采用一维震塌模型,运用拉应力累积损伤破坏准则,分析常规爆炸作用下坑道震塌剥落条件,针对钢纤维喷射混凝土支护,结合现行有关规范,推导出震塌剥落层速度的实用计算方法,并运用数值模拟手段对计算结果进行验证,通过钢纤维喷射混凝土支护坑道的震塌剥落层速度与其他支护类型及毛洞的震塌剥落层速度对比,量化说明钢纤维喷射混凝土支护抗爆炸震塌的能力。

喷射混凝土钢纤维分布特性分析

通过钢纤维在喷射混凝土中的受力特性分析 ,说明在以单位球为研究对象时 ,钢纤维在混凝土中服从球面上的Fisher分布 ,其长轴指向与受喷射面基本平行 ,这样的分布特性 。

聚合物钢纤维混凝土的增强机理分析

为探求聚合物乳胶在钢纤维混凝土中的作用机理 ,通过力学试验及用 Oxford L ink30 0能谱分析仪 (ES-CA)和 HITACHI S35 0 0 N系列电子扫描设备 (SEM) ,进行了一些初步的研究。研究表明 :聚合物对钢纤维混凝土的改性 ,存在着一个最佳掺量的问题 ,当聚合物掺量达到最佳值时 ,聚合物在钢纤维混凝土中扮演着“桥”的角色 ,通过这座“桥”把两个相互间只有物理吸附的相更强地连接起来 ,形成以化学吸附为主、物理吸附为辅的有机体 。