定向钢纤维水泥基复合材料的含砂率及定向时程影响规律

为研究钢纤维水泥基复合材料中钢纤维定向分布规律,考虑定向时程和含砂率两种因素,基于团队自主研发的钢纤维定向设备,制作32个试件。在恒定磁场下,系统地开展了梯度定向时程与含砂率钢纤维定向试验,利用COMSOL有限元模拟定向试验磁场分布情况,通过CT-X射线扫描技术获取不同试件的截面图像,计算钢纤维的方向系数,讨论钢纤维受梯度定向时程与含砂率影响下的定向规律。研究结果表明:随着定向时程的增加,在相同含砂率条件下,钢纤维的方向系数在初始阶段迅速提升,然后逐渐减缓,最终趋于稳定;在相同定向时程下,含砂率过高或过低都会对钢纤维的定向效率产生不利影响,控制含砂率在40%左右时可以获得相对理想的钢纤维定向效果。

碳纳米管/钢纤维水泥基复合材料的力学性能分析

对多壁碳纳米管(MWCNTs)进行改性处理,研究钢纤维单掺、钢纤维与MWCNTs复掺两种情况对水泥基复合材料的力学性能影响,并利用扫描电镜进行微观结构分析。研究结果表明:掺入钢纤维能够显著提高水泥净浆材料的抗折和抗压强度,且抗折强度的提高幅度高于抗压强度;复掺钢纤维和碳纳米管的水泥净浆材料相对于纯水泥净浆力学性能的提升效果,比单掺碳纳米管水泥净浆的力学性能提升效果更好。MWCNTs和钢纤维在水泥基中均起到纤维锚固作用,能够从不同尺度上抑制材料内部裂缝的产生和发展,提高材料力学性能,但是碳纳米管分散不均匀会降低复掺对水泥基材料的力学性能提高效果。

定向钢纤维水泥基复合材料研究

通过室内试验的方法对定向钢纤维水泥基复合材料的性能进行研究,主要研究内容包括定向钢纤维水泥基材料的制备和断裂试验。研究结果表明:钢纤维的添加能大幅度提高水泥基复合材料的断裂性能和抗拉强度,定向的钢纤维水泥基复合材料比乱向的钢纤维水泥基复合材料具有更好的断裂性能和更好的抗拉强度。

超高性能钢纤维水泥基复合材料-高延性水泥基材料复合梁的制备及弯曲性能

研究了无配筋条件下超高性能钢纤维水泥基复合材料(UHPFRCC)与高延性水泥基复合材料(HDCC)复合梁试件的弯曲变形性能.通过纯剪切强度测试,比较了界面处理工艺对界面粘结性能的影响.通过弯拉实验测试了复合梁试件在弯曲载荷下的变形性能,并与纯UHPFRCC梁的变形能力进行对比.结果表明,不同的界面处理工艺决定了界面粘结性能.最佳的界面处理方法能使界面粘结强度高于HDCC基体本身强度,界面过渡区基体致密,没有明显的微观缺陷.UHPFRCC-HDCC复合梁在弯拉荷载下,极限抗弯强度达到13.4 M Pa,跨中最大挠度为2.8mm.HDCC能通过自身的多缝开裂增加裂缝数目来改善变形能力.与UHPFRCC梁相比,UHPFRCC-HDCC复合梁弯曲时,塑形变形明显,并具有更大的弯曲挠度.

钢纤维水泥基复合材料增强作用的理论研究

本文全面考虑了纤维的阻裂作用和复合增强作用.并以损伤力学为基础对钢纤维混凝土材料的受力工作过程进行了研究.不仅推出了初裂强度、极限强度的计算公式,而且还给出了钢纤维混凝土的损伤本构方程。

钢纤维水泥基复合材料的初裂强度

钢纤维水泥基复合材料初裂强度的计算公式目前尚未统一，很多文献中都直接沿用了短纤维增强延性基体复合材料的计算公式，本文推导了适用于钢纤维混凝土等乱向短纤维增强脆性基体复合材料的初裂强度计算公式。

钢纤维水泥基复合材料力学性能试验

为进一步提高RPC的力学性能,满足国防工程的需要,进行了不同掺量钢纤维的情况下水泥基复合材料的力学性能试验。试验测得了不同钢纤维含量的情况下,水泥的各种强度。试验表明,在钢纤维体积率相同的情况下,抗折强度的提高率要大于劈拉强度的提高率,但钢纤维体积率超过一定比例后抗折强度与劈拉强度的提高率变小。随钢纤维体积率的增加,钢纤维水泥净浆的抗压强度也有所增大,但提高并不明显。并对以上试验结果做了分析,认为纤维间距是影响强度的重要原因。

定向钢纤维水泥基复合材料断裂理论分析及试验

基于非线性铰模型研究了定向钢纤维水泥基复合材料的裂缝断裂全过程理论分析方法,结合不同尺寸试件的三点弯曲梁断裂试验对本文方法进行了验证。进而利用该方法预测了大尺寸三点弯曲梁试件的裂缝断裂全过程,并研究了试件尺寸对名义强度的影响。通过理论分析与试验结果对比,表明本文方法可较好地预测定向钢纤维水泥基复合材料的裂缝断裂全过程;此外,定向钢纤维水泥基复合材料的名义强度存在一定的尺寸效应,但尺寸效应表现不明显。

微钢纤维水泥基复合材料强度尺寸效应及相关性能的研究

为了确定微钢纤维水泥基复合材料强度尺寸效应及其力学强度之间相互关系,采用普通硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、外加剂、以及微镀铜钢纤维进行水泥基复合材料配合比试验。设计和制作了9组试件,通过试验,获得了水泥基复合材料的不同尺寸立方体抗压强度、轴心抗压强度、抗折强度、抗拉强度,建立了微钢纤维不同尺寸间水泥基复合材料力学性能之间的相互关系,研究结果为普通水泥基复合材料的工程设计及工程应用质量评价提供理论依据。

钢纤维水泥基复合材料断裂的K-R曲线研究

基于Wallin阻力曲线模型,结合纤维增强复合材料断裂理论,提出了钢纤维水泥基复合材料的K-R曲线模型.通过定向与乱向两种纤维分布形式以及不同尺寸的预制缺口三点弯曲梁断裂试验,验证了K-R曲线模型的合理性与适用性.结果表明:K-R曲线模型能够有效描述不同钢纤维分布形式下水泥基复合材料的断裂过程,且理论预测的峰值荷载与试验结果偏差较小.该模型可为钢纤维水泥基复合材料的断裂参数尺寸效应研究提供新方法.

定向钢纤维水泥基复合材料起裂特性的细观数值模拟

基于细观数值模拟方法研究了定向钢纤维水泥基复合材料的起裂特性。应用ABAQUS软件对钢纤维水泥基复合材料进行有限元建模,利用J积分计算裂缝尖端应力强度因子,研究钢纤维分布位置、角度、长度和直径以及钢纤维掺量对水泥基复合材料应力强度因子的影响。计算结果表明:钢纤维分布位置及几何特性对裂缝尖端应力强度因子影响显著,从而改变了钢纤维水泥基复合材料的起裂荷载;钢纤维的定向使水泥基复合材料的起裂荷载有所提高;随着钢纤维掺量的提高,纤维分布密度逐渐增大,纤维间距逐渐减小,定向钢纤维水泥基复合材料的起裂特性明显增强。

钢纤维水泥基复合材料弹性模量和峰值应变的研究

通过对不同微钢纤维掺量的9种配合比的钢纤维水泥基复合材料单轴压缩试验,研究了微钢纤维掺量对水泥基复合材料弹性模量和峰值应变的影响。试件采用150 mm×150 mm×300 mm的棱柱体试块。单轴受压试验获得了棱柱体试件的轴心抗压强度、峰值应变和弹性模量,并系统分析了微钢纤维体积掺量对上述参数的影响。在试验结果基础上,分别给出了可以考虑微钢纤维掺量影响的弹性模量和峰值应变与轴心抗压强度的拟合公式。

碳纤维-钢纤维水泥基复合材料电学性能试验研究

为优化水泥基复合材料的电学性能,以碳纤维(CF)和钢纤维(SF)为导电材料,通过抗压强度试验、交流阻抗测试、扫描电镜测试和升温试验,研究了碳纤维和钢纤维的体积掺量对水泥基复合材料抗压强度和电学性能的影响。结果表明,碳纤维-钢纤维水泥基复合材料的抗压强度随碳纤维掺量增大呈先增大后减小的趋势。碳纤维、钢纤维的渗滤阈值分别为0.35%和0.6%(均为体积分数),复掺碳纤维和钢纤维使水泥基复合材料的导电性能大幅增强,产生了明显的正向混杂效应,碳纤维和钢纤维体积掺量达到渗滤阈值后,继续增大纤维掺量对导电性能的提升作用不大。用ZSimp Win软件拟合得到等效电路各电路元件数值,并结合SEM照片分析了导电机制。碳纤维-钢纤维水泥基复合材料具有良好的电热性能,当输入功率为7.9 W,通电30 min、60 min、90 min后,其平均温度可达到33℃、43℃、50℃,通过曲线拟合得到了温度随时间变化的回归方程。

钢纤维水泥基复合材料拱形试件断裂性能研究

基于电磁场方法制备了定向钢纤维增强水泥基复合材料拱形试件。通过带侧向约束的拱形三点弯曲断裂试验,研究了钢纤维增强水泥基复合材料的断裂性能。对比研究了定向及随机乱向试件的断裂参数及裂缝尖端应变演化全过程。研究结果表明,钢纤维增强水泥基复合材料拱形试件的荷载-裂缝口张开位移曲线可分为线弹性阶段、弹塑性阶段及后峰值阶段3个阶段;钢纤维增强水泥基复合材料拱形试件的起裂荷载和起裂韧度受纤维掺量的影响较小;与普通乱向钢纤维增强水泥基复合材料试件相比,定向钢纤维增强水泥基复合材料拱形试件的起裂韧度提高约40%,起裂断裂能提高超过50%。

镀铜钢纤维水泥基复合材料强度影响因素分析

通过对不同掺量的水泥、镀铜钢纤维的试样进行试验分析,在保证一定强度的条件下,得出水泥和镀铜钢纤维的最优掺入量,从而得到拥有良好力学性能和较为经济的镀铜钢纤维水泥基复合材料。

镀铜钢纤维水泥基复合材料正交试验分析

通过水泥、普通砂、镀铜钢纤维和减水剂混掺水泥基材料的正交试验,分析了相关因素对镀铜钢纤维水泥基复合材料力学性能的影响规律,为镀铜钢纤维水泥基复合材料配合比的进一步改进提供了基础数据,以促进高性能水泥基材料的研制开发与应用。

定向钢纤维增强水泥基复合材料准脆性断裂分析

基于边界效应模型基本理论,建立了钢纤维长度与特征裂缝长度之间的关系,计算了定向钢纤维增强水泥基复合材料(ASFRC)的等效断裂韧度和拉伸强度,进而得到了ASFRC材料的断裂破坏曲线.结果表明,当离散系数分别取0.4~0.7和0.2~0.4时,可得到较为合理的等效断裂韧度和拉伸强度值.对比分析ASFRC和随机乱向钢纤维增强水泥基复合材料(SFRC)的断裂破坏曲线可以发现,满足线弹性断裂力学的最小试件尺寸随着离散系数的增大而增大;ASFRC和SFRC的拉伸强度和考虑初始裂缝影响的名义应力随着离散系数的增大而减小.此外,改进的简化解析公式不仅可确定材料的等效断裂韧度和拉伸强度,还可预测试件的破坏.

数字化分布钢纤维增强水泥基复合材料方凳数值模拟研究

掺入钢纤维可以改善水泥基复合材料的抗拉性能及韧性,通过主拉应力分布设计钢纤维方向及掺量,实现钢纤维数字化分布,能充分发挥钢纤维在基体中的增强作用。本文以方凳为研究对象,通过数值模拟建立了拉应力大小、方向和钢纤维分布的关系,确定了方凳中钢纤维的数字化分布,并进行了方凳控制截面受力性能分析。在方凳面板跨中截面处,数字化分布钢纤维分布数量分别比定向、随机分布钢纤维提高了187%、514%,钢纤维合力分别提高了276%、888%;在侧板上端正截面处,数字化分布钢纤维分布数量分别比定向、随机分布钢纤维提高了113%、355%,钢纤维合力分别提高了218%、775%。结果表明,与定向、随机分布钢纤维相比,数字化分布钢纤维增强作用明显提高,方凳面板跨中截面及侧板上端正截面处的钢纤维数量更多,钢纤维合力更高。

亚麻纤维水泥基复合材料研究现状及发展展望

亚麻纤维具有断裂强度高、伸长变形小、弯曲性好、扭转刚度大等特点,因此亚麻纤维水泥基复合材料是一种应用前景广阔的土木工程材料。从亚麻纤维物理化学性质、亚麻纤维对水泥基复合材料性能的影响、亚麻纤维水泥基复合材料性能改善方法3个方面系统阐述了亚麻纤维水泥基复合材料的研究现状与存在问题。提出未来发展趋势:加强用亚麻纤维替代聚丙烯纤维制备水泥基复合材料;揭示潮湿情况下亚麻纤维水泥基复合材料性能演变规律;在三轴应力、潮湿条件耦合作用下构建亚麻纤维水泥基复合材料力学损伤模型;从增加亚麻纤维本体强度、改善亚麻纤维和水泥基材料界面黏结性角度来提高亚麻水泥基复合材料的应用性能。

有机纤维增强水泥基复合材料研究进展

目前有机纤维作为增强体被用于水泥基复合材料成为研究的热点。阐述了有机纤维对水泥基复合材料性能影响的研究进展。首先,介绍了不同种类有机纤维的性能,阐述了不同有机纤维对水泥基复合材料性能的影响,并分析了增强增韧机理。其次,分析了有机纤维性能对水泥基复合材料性能的影响。最后,对今后的进一步研究提出了建议。