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。

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。

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。

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。

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。

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。

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。

铣削型钢纤维与超高性能混凝土的界面粘结性能研究

超高性能混凝土(UHPC)优异的性能主要取决于钢纤维与基体的协同工作,为探讨铣削型钢纤维在UHPC中的适用性,本工作通过钢纤维拉拔试验,研究了铣削型钢纤维与UHPC的界面粘结性能,分析了纤维埋深、纤维有无端勾、基体有无纤维、养护条件四个因素的影响及其机理,并与镀铜微丝钢纤维进行对比。结果表明:四种类型的钢纤维(镀铜平直型S、镀铜端钩型H、铣削平直型MS和铣削型MH)在UHPC中的粘结强度大小顺序为H型>MH型>MS型>S型;随着纤维埋深增加,S型、H型和MS型钢纤维在UHPC中的粘结强度减小,而MH型钢纤维则增大;端勾有助于提升钢纤维在UHPC中的粘结强度和拉拔能,并影响拉拔荷载-位移曲线的形状;基体掺入2%(体积分数)钢纤维亦能略微提高钢纤维在UHPC中的粘结强度和拉拔能;与蒸养条件相比,标养条件下界面粘结强度降低,但也使得铣削型钢纤维的拔出行为更明显,提高了拉拔能。铣削型钢纤维与UHPC界面粘结强度较高,但其较低的纤维抗拉强度影响了粘结性能的发挥,建议开发适用于UHPC的高强铣削型钢纤维。

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.

基于分形理论的BFRP筋混杂钢纤维超高性能混凝土短柱受压性能研究

为了研究玄武岩筋混杂钢纤维超高性能混凝土短柱偏心受压作用下的表面裂缝开展情况和分布形态,对6根不同废旧钢纤维取代工业钢纤维体积掺量的试验柱在偏心距90 mm下进行偏心受压试验,利用分形理论对试验柱表面裂缝分布特征、荷载等级、取代率与分形维数之间的关系进行分析。研究表明:试验柱分形维数D_(c)在1.004~1.066之间,废旧钢纤维取代率为0时,分形维数D_(c)最小为1.00379,废旧钢纤维取代率为100%时,分形维数D_(c)最大为1.06617,分形维数与荷载等级呈对数增长关系。由于废旧钢纤维形状的不均匀性,与工业钢纤维混杂,对裂缝开展也起到了有效的抑制作用。

钢纤维对超高性能混凝土徐变损伤与失效行为的影响

为探明钢纤维对超高性能混凝土(UHPC)在高持久应力作用下的损伤与失效的影响,采用28天龄期的UHPC与普通混凝土试件开展了徐变损伤与失效试验。测试了各个试件加载全过程的轴向与环向应力应变,分析了其破坏模式、残余应变、徐变应变与名义泊松比。结合超声波无损检测与扫描电子显微镜手段,分析了UHPC内部微裂缝扩展与钢纤维与水泥基体的黏结损伤。结果表明:高持久应力的作用会导致UHPC与普通混凝土试件内部微裂缝扩展,引发构件横向膨胀,并最终导致构件破坏。UHPC中钢纤维的桥接约束效应可以很好地控制内部微裂缝扩展,从而限制了构件的横向膨胀。在持荷加载前,UHPC与普通混凝土具有类似的泊松比(0.18~0.19);在持荷破坏时,UHPC的最大泊松比为0.28,而普通混凝土的最大泊松比达到0.6。当持久应力水平超过0.70 f_(c)时,徐变损伤开始出现,具体表现为循环加载的强度与弹性模量下降。随着持久应力水平的提升,钢纤维与水泥基体的黏结出现损伤,钢纤维无法约束试件内部微裂缝的扩展,从而进一步加剧了试件损伤,甚至导致了试件的破坏。

定向钢纤维增强超高性能混凝土的力学性能

对超高性能混凝土施加磁场,在磁场驱动力作用下钢纤维转动到与磁场相同的方向,制备出单向定向钢纤维增强超高性能混凝土。测试了定向钢纤维增强超高性能混凝土(ASF-UHPC)的抗压性能、抗折性能和抗拉性能,分析了定向钢纤维增强超高性能混凝土的韧性以及定向钢纤维对超高性能混凝土的增强机理。结果表明,定向钢纤维增强超高性能混凝土的力学性能全面高于随机分布钢纤维增强超高性能混凝土,定向钢纤维增强超高性能混凝土的韧性更大。

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.