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。

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。

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。

钢纤维形状和养护制度对超高性能混凝土强度及韧性的影响

热养护和掺加异形钢纤维是提高超高性能混凝土(UHPC)强度并改善韧性的有效技术手段。研究了养护制度(标准养护28 d、90℃蒸汽养护2 d、90℃热水养护2 d)和钢纤维形状(平直形、波纹形、端钩形)对UHPC立方体抗压强度、单轴抗压强度、抗折性能的影响,采用ASTM C1018、JSCE-SF4、修正的Post-Crack Energy Ratio(PCER)三种韧性表征方法对UHPC弯曲韧性进行评价,并借助三维光学扫描仪定量表征了掺加不同形状钢纤维的UHPC断裂面粗糙度。结果表明,相较于28 d标准养护,2 d热水养护和2 d蒸汽养护均能在一定程度上提高UHPC力学性能,且对UHPC抗折性能的提升较为显著。与掺平直形钢纤维的UHPC相比,掺端钩形钢纤维的UHPC的抗折强度和PCER韧性指标分别提升46.26%~58.82%和32.77%~39.81%,断裂面粗糙度提高41.67%;粗糙度参数与弯曲韧性具有良好的指数关系,可用于UHPC韧性的表征。此外,单轴抗压强度与立方体抗压强度存在线性关系,相关系数为0.83~0.93。采用ASTM C1018和PCER方法计算出的韧性结果与采用4 mm挠度处荷载-位移曲线包围的面积和抗折性能指标结果基本一致,提出的PCER方法引入初始弯曲韧度比来表征UHPC达到峰值挠度前的弯曲韧性,使得计算结果更为准确。

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。

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。

减水剂与钢纤维对超高性能混凝土流变及力学性能的影响

超高性能混凝土(UHPC)的工作性和力学强度是其推广应用的关键。因此,本文采用和易性试验、流变测试、抗压强度测试、抗折强度测试,探究不同减水剂掺量和纤维物理参数下UHPC扩展度、经时损失、屈服强度、塑性黏度以及抗压强度、抗折强度的变化规律。结果表明,UHPC的扩展度均随着减水剂掺量和纤维掺量的增加先增大后减小;UHPC的经时损失主要与静置时间相关,UHPC静置时间越长,经时损失越大;UHPC的流变曲线呈剪切增稠的趋势;随着减水剂的增加,UHPC的屈服应力和塑性黏度均呈先减小后增大的趋势,并且均在减水剂掺量为1.00%(质量分数)时获得最小值;减水剂对强度的影响并不明显,UHPC的抗压强度随着纤维掺量的增加而增加,抗折强度随着纤维掺量的增加先增大后减小,在纤维长度为13.0 mm时UHPC的抗压性能最优,在纤维长度为20.0 mm时UHPC的抗折性能最优。

粉煤灰和钢纤维对超高性能混凝土抗冲磨性能的影响

为探明粉煤灰和钢纤维对超高性能混凝土(UHPC)抗冲磨性能的影响机理,本文采用宏观力学试验、水下抗冲磨试验等测试方法,结合SEM、MIP等微观表征技术,研究了粉煤灰和钢纤维对UHPC工作性能、力学性能、微观结构和抗冲磨性能的影响。结果表明,粉煤灰取代部分水泥使UHPC水化放热峰的出现延缓了约3 h,3 d累计放热量减少了18%,同时显著提高了UHPC的工作性能。粉煤灰的掺入降低了UHPC的早期力学性能,钢纤维的掺入提高了UHPC的抗折强度和抗压强度;蒸汽养护条件下,钢纤维与粉煤灰复掺使UHPC抗折强度和抗压强度分别提高了82%和47%。此外,粉煤灰对UHPC的抗冲磨性能影响很小,而钢纤维提升了UHPC的抗冲磨性能,钢纤维与粉煤灰复掺使UHPC的抗冲磨强度提升了58%。UHPC的抗压强度与抗冲磨强度呈现明显的正相关性。粉煤灰的掺入降低了最可几孔径、孔隙率和毛细孔含量,使基体内部结构更加均匀、密实。

钢纤维掺量对超高性能混凝土轴压力学性能影响研究

为揭示钢纤维掺量对超高性能混凝土(UHPC)轴压力学性能的影响规律,以钢纤维掺量为控制变量开展UHPC轴压试验并进行本构模拟。研究表明:UHPC受压应力-应变曲线由上升段和下降段组成;掺加钢纤维后,UHPC受压应力-应变曲线的下降段变缓;随着钢纤维掺量的增加,UHPC的受压弹性模量、峰值应力、峰值应变均呈递增趋势;假定UHPC受压损伤区服从Weibull随机分布,构建损伤变量,引入损伤修正因子,建立一种新的考虑钢纤维掺量的UHPC受压损伤模型并分析损伤变量发展规律,利用UHPC轴压试验数据验证新建模型的可靠性。研究成果为不同钢纤维掺量下UHPC轴压力学性能的研究及本构模拟提供参考。

钢纤维增强超高性能混凝土抗压强度尺寸效应研究

考察了3种配合比的钢纤维增强超高性能混凝土/超高性能混凝土(UHPSFRC/UHPC)抗压强度的尺寸效应,分析了试件尺寸、试件形状、养护制度、龄期等因素对抗压强度的影响,探讨了以小尺寸试件替代标准试件测试UHPSFRC/UHPC抗压强度的可行性。研究结果表明:不同尺寸和形状试件的抗压强度存在线性相关性,且强度修正系数宜根据强度等级予以分段考虑;圆柱体试件的抗压强度普遍低于立方体试件;掺与不掺钢纤维对抗压强度尺寸效应影响较大。

回收轮胎钢纤维对超高性能混凝土性能影响的研究

为研究回收轮胎钢纤维(RTSF)对超高性能混凝土(UHPC)各项性能的影响,分别设计了RTSF体积掺量为0%、0.25%、0.5%、0.75%和1%的UHPC,对新拌混凝土的坍落扩展度和含气量,硬化混凝土的抗压强度、弹性模量、抗折强度和吸水量进行了测试。结果表明,RTSF掺量越高,新拌UHPC的坍落度扩展越低,含气量越高。随着RTSF掺量的提高,UHPC的抗压强度先提高后降低,弹性模量和抗折强度呈增高趋势。掺入RTSF能够提高UHPC的吸水量,但不同RTSF掺量对吸水量的影响规律不明确。综合来看,0.5%的RTSF掺量能够在不大幅牺牲UHPC工作性能和抗渗性的前提下,提高各项力学性能。

混杂直钢纤维组成的超高性能混凝土的抗弯性能研究

采用数字图像相关技术,对超高性能混凝土(Ultra-high performance concrete,UHPC)进行了3种单纤维组合和9种混杂纤维组合的力学性能和裂缝扩展行为分析。结果发现,与单纤维相比长纤维比短纤维的效果更明显(中长纤维(Vf=0.5%)和长纤维(Vf=1.5%)的混杂组合在开裂后强度、挠度、韧性方面比其他混杂系列产生了更好的弯曲行为。采用数字图像相关(DIC)技术记录了表面变形的演变过程。混合使用长纤维代替短纤维,长纤维代替中长纤维和短纤维,中长纤维代替短纤维在较低替代率(0.5%和1.0%)下。裂缝形状呈现线性变化,在较高替代率(1.5%和2.0%)下,裂缝形状呈现突变而没有恒定增量。

混杂直钢纤维超高性能混凝土的力学性能和裂缝扩展行为研究

为了更好的掌握混杂直钢纤维超高性能混凝土的力学性能和裂缝扩展行为,提高混凝土质量。研究了不同长度直钢纤维混杂超高性能混凝土的抗压强度、弯曲性能和韧性变化规律,并采用数字图像相关技术分析了其裂缝扩展行为。结果表明:长纤维和中纤维的组合更有利于增强UHPC的力学性能,但长纤维掺入量过大会导致试件韧性下降;短、中纤维混杂试件的应变区较为集中,宏观裂纹扩展方向也较为单一,而中、长纤维混杂易导致微裂纹出现多个分支,应变区和宏观裂纹形态也更加复杂。研究成果为超高性能混凝土质量控制提供有益借鉴。

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。

钢纤维对超高性能混凝土性能的作用探析

建筑行业对材料性能要求较高,超高性能混凝土因其出色力学性能和耐久性备受关注。钢纤维作为一种增强材料,被广泛应用于混凝土中以改善其性能。通过实验研究和理论分析,深入探讨钢纤维对超高性能混凝土性能作用。钢纤维掺入能显著提高超高性能混凝土抗压强度、抗折强度,有效改善其脆性破坏特性。为超高性能混凝土在实际工程应用提供有力支持,对未来研究方向提出展望。

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。

超高性能钢纤维增强混凝土力学性能的实验研究

制备出钢纤维体积掺量分别为0%、1%、2%、3%的超高性能钢纤维增强混凝土(UHPSFRC),通过立方体抗压实验、小梁四点弯曲实验,研究钢纤维体积掺量对UHPSFRC抗压、抗弯曲性能的影响。实验结果表明,钢纤维对UHPSFRC有明显的增强、增韧和阻裂作用。抗压强度随着钢纤维体积含量的提高而显著提高,最高可达130MPa。抗弯曲性能在钢纤维体积含量为2%时达到最佳。

镀铜钢纤维增强废弃陶瓷粉超高性能混凝土的压敏性研究

镀铜钢纤维具有良好的电学性能、力学性能和电导率,而废弃陶瓷粉具有内养护作用和低碳属性。在镀铜钢纤维分散良好的情况下,两者的协同作用易在混凝土基体中形成良好且化学稳定的增强、增韧和导电网络。采用均匀筛入法分散镀铜钢纤维,制备了镀铜钢纤维增强废弃陶瓷粉超高性能混凝土并研究了其压敏性能。研究结果表明,在不同镀铜钢纤维掺量、不同加载幅值和不同加载速率下,镀铜钢纤维均可提高废弃陶瓷粉超高性能混凝土的压敏性能,2.50%(体积分数)的镀铜钢纤维增强废弃陶瓷粉超高性能混凝土的电阻率变化率和应力/应变灵敏度相比于对照组分别提升了650.0%、614.3%和1223.0%。相比纤维掺量和加载速率,加载幅值对压敏性能的影响最大。且由力-电模型表明,废弃陶瓷粉超高性能混凝土在循环荷载的电阻率变化率和应力/应变之间均服从指数函数关系,拟合度均在0.90以上。因此,通过测试镀铜钢纤维增强废弃陶瓷粉超高性能混凝土的电阻率即可实现混凝土结构的应力/应变监测。

回收钢纤维对超高性能混凝土和易性和力学性能的影响

为了探究回收钢纤维(RSF)在超高性能混凝土(UHPC)中替代工业钢纤维(SF)的可行性,以SF作为对比,采取流动度试验、流变试验及钢纤维分散度试验,分析了RSF对新拌超高性能混凝土和易性的影响,并通过抗折抗压试验,研究了RSF对硬化超高性能混凝土力学性能的影响。结果表明:新拌回收钢纤维超高性能混凝土(RSFUHPC)与工业钢纤维超高性能混凝土(SFUHPC)流动性经过统计学分析无明显差异,由于RSF长径比不均,RSFUHPC屈服应力及塑性黏度均大于SFUHPC,但RSFUHPC剪切增稠程度明显降低,同时RSF在新拌及硬化UHPC中的分散度均明显大于SF;当钢纤维掺量一定时,统计学假设检验P值(P-value)>0.05,表明相比于SF,掺入RSF对UHPC荷载-位移曲线、抗折强度以及抗压强度没有显著影响。因此,掺入RSF可以在保证UHPC力学性能的同时,显著增强其在UHPC中的分散性,降低实际工程中人工振捣的施工难度,提高施工质量。