硫酸盐-干湿循环下高延性纤维增强水泥基材料的自愈合

采用1.0%,1.5%和2.0%预加拉伸应变,使养护7,28d龄期的高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC)试件产生裂缝,研究其在经历10,20和30次硫酸盐-干湿循环后的裂缝特性、自愈合后的拉伸性能及自愈合产物.结果表明:带裂缝试件在经历不同循环次数后均表现出了良好的自愈合效果,残余裂缝的最大宽度和数量明显减少;养护7d试件经历10次循环后的残余裂缝最大宽度由愈合前的80μm降至25μm,养护28d试件经历30次循环后的残余裂缝最大宽度由愈合前的100μm降至50μm;67%以上带裂缝试件自愈合后的单轴拉伸应变能力接近甚至超过同样经历的对比用无裂缝空白试件;养护7d试件自愈合后的最终应力可分别恢复至75%以上,养护28d试件可恢复至131%以上;层状结构的CaCO_3晶体是ECC试件的主要自愈合产物.

不同尺度纤维复合增强水泥基材料的抗氯离子渗透性能

为研究不同尺度纤维复合增强水泥基材料的抗氯离子渗透性能,对单掺和复掺碳酸钙晶须、聚乙烯醇(PVA)纤维的水泥基材料分别进行电通量试验、电镜扫描观测及基本力学性能试验,分析不同纤维尺度、掺量及复合比例对水泥基材料抗氯离子渗透性能和基本力学性能的影响规律,并基于试验结果给出了多纤维复合增强水泥基材料的氯离子侵蚀深度计算模型。结果表明,不同尺度纤维可在不同结构层次上发挥对水泥基材料的增强作用,使得多纤维复合增强水泥基材料的抗氯离子渗透性能明显优于单一纤维增强水泥基材料;多纤维复合材料的抗压强度与氯离子侵蚀深度及电通量大致呈反比例关系;当复合材料的抗压强度提高13.6%时,其氯离子侵蚀深度和总电通量则分别降低39.1%和44.7%;建立的氯离子侵蚀深度计算模型,可用于多纤维复合增强水泥基材料的抗氯离子渗透和侵蚀性能评估。

掺废弃陶瓷纤维增强水泥基复合材料抗冻性能

采用陶瓷粉替代一部分水泥,陶瓷砂替代普通河砂,在水泥基材料中掺入不同体积掺量的聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol,PVA)纤维,制成掺入PVA纤维和陶瓷粉的水泥基复合材料砂浆试件。通过冻融循环试验分析质量损失率、相对动弹性模量的变化,并通过电化学阻抗测试和扫描电子显微镜观察研究砂浆试件的冻融损伤规律。结果表明:陶瓷粉中SiO_(2)和Al_(2)O_(3)含量远大于水泥中相应含量,且粒径小于20μm的颗粒占82.3%,火山灰效应和微集料效应可改善试件的密实度,提升复合材料的抗冻性能;PVA纤维掺量为2.2%,陶瓷粉掺量为30%,冻融循环100次时砂浆试件质量损失率最小,相对动弹性模量最大,连续导电路径电阻最大,冻融损伤程度最小;纤维和基体的接触面是该复合材料抗冻薄弱部位。

超高延性水泥基复合材料耐久性研究进展

普通混凝土在特殊环境下容易出现性能劣化、耐久性不足的问题。超高延性水泥基复合材料(ECC)是一种纤维增强水泥复合材料,在拉伸载荷作用下产生微裂纹后具有应变硬化和自愈合能力,使ECC在各种环境条件下比普通混凝土有更佳的耐久性。综述了近年来国内外关于ECC耐久性的研究进展,总结了ECC在抗渗性、抗冻性、耐化学侵蚀性能、耐高温性、耐磨性相关方面的特点,并与普通混凝土进行了对比。研究发现:目前关于多因素耦合条件下ECC的耐久性研究、耐久性微观层面解释以及设计耐高温、耐磨性好的ECC等方面研究还不充分,基于此提出了几个未来研究方向。

钢-PVA混杂纤维增强水泥基复合材料永久模板叠合RC单向板短期刚度计算方法

钢-PVA混杂纤维增强水泥基复合材料(HFRCC)具有良好的受拉韧性和耐久性能,是永久模板的理想材料。首先探究了PVA纤维掺量对HFRCC工作性能和抗折强度的影响,随着PVA纤维掺量增加,HFRCC的工作性能显著减弱,抗折强度先增大再减小,最终选用含有1.5%钢纤维和0.25%PVA纤维的HFRCC来制作永久模板。随后对六个HFRCC永久模板叠合RC单向板和一个RC单向板进行了四点受弯试验,探究了HFRCC-RC界面处理方式和配筋率对叠合板受弯性能的影响。试验结果表明:抹平、等距凹槽和钢钉拉毛三种界面处理方式对叠合板受弯性能的影响可以忽略;HFRCC模板能够有效限制裂缝发展,减小裂缝宽度和间距,叠合板的开裂弯矩相比于普通混凝土板提高了20.1%~31.7%。分别采用刚度解析法和有效惯性矩法建立了HFRCC-RC叠合板短期刚度计算方法,两种方法均有较高的计算精度且离散性较小。

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.

PVA/钢混杂纤维增强水泥基材料(HFRCC)配合比优化及评价方法

将钢纤维、国产PVA纤维和日本PVA纤维按照适宜比例进行配制,不同纤维材料性能相互补充、取长补短,可以更好发挥出混杂纤维增强水泥基材料(HFRCC)的力学性能,有利于其成本控制,具有广泛应用前景。通过正交试验极差结果择优和信噪比S/N稳定性择优两种方法分析粉煤灰掺量、水胶比、砂胶比、钢纤维掺量、国产PVA掺量和日产PVA掺量对混杂纤维增强水泥基材料(HFRCC)抗拉强度和抗弯强度的影响规律,对比两种方法的结果,并建立各因素和响应量之间的回归关系,与和易性工程性能相结合,给出HFRCC的最优配合比。结果表明:信噪比S/N稳定性择优方案更加准确和全面。粉煤灰掺量、钢纤维掺量、国产PVA掺量和日产PVA掺量对HFRCC的响应量影响较大,水胶比和砂胶比影响较小;建立数学模型预测和优选配合比,HFRCC抗拉强度最大可以达到6.36 MPa,抗弯强度最大可以达到13.90 MPa,预测值和试验值之间的相对误差绝对值均接近3%,且和易性能较好。研究结果可以为混杂纤维增强水泥基材料(HFRCC)的制备提供依据。

定量分布PVA纤维增强水泥基复合材料连续梁抗弯性能数值模拟

纤维增强是有效改善水泥基复合材料抗拉性能的方法之一,掺加聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol Fiber,PVA)纤维可以提高水泥基复合材料的抗裂性能和韧性,根据构件拉应力大小配制PVA纤维体积掺量,即定量分布PVA纤维,能够充分发挥纤维的增强作用。为研究PVA纤维定量分布的增强机理,开展了定量分布PVA纤维增强水泥基复合材料(Adaptively Distributed Polyvinyl Alcohol Fiber Reinforced Cement-based Composites,AD-PFRC)连续梁的抗弯性能数值模拟研究,对比分析了不同PVA纤维分布方式连续梁的应力云图及梁底部拉应力较大区域的合力。数值模拟结果表明:平均PVA纤维体积掺量为1.3%时,AD-PFRC的拉应力值相比PFRC明显提高,且达到极限荷载时,AD-PFRC梁跨中截面底部拉应力较大区域的合力相比PFRC提高了12%,AD-PFRC的PVA纤维增强作用明显提高。

TiO_(2)光催化高延性水泥基材料拉伸性能和光催化性能研究

随着大气污染给建筑物及居住环境带来的恶劣影响日益严重,TiO_(2)光催化水泥基材料广受关注。利用光催化剂纳米TiO_(2)颗粒制备光催化高延性水泥基材料(PC-ECC),研究其单轴拉伸应力作用下力学性能和光催化性能;结合微观力学模型及孔结构分析纳米TiO_(2)颗粒对PC-ECC延性的作用机理。结果表明:掺0~15%纳米TiO_(2)颗粒的PC-ECC在龄期28 d时均具有显著的应变硬化特征和优异的多缝开裂能力,拉伸应变在掺1%纳米TiO_(2)颗粒时出现最低值3.48%,之后升至4.55%;宏观拉伸应变随纳米TiO_(2)颗粒掺量变化趋势与应变硬化指标J_(b)’/J_(tip)一致,且后者与孔结构等微观结构紧密相关;掺5%纳米TiO_(2)颗粒的PC-ECC经72 h紫外光照后光降解亚甲基蓝效率达95%,符合一级反应动力学模型。

聚丙烯纤维增强水泥基复合材料的基本力学性能研究

文中通过对聚丙烯纤维(PP)增强水泥基复合材料的抗压、抗折试验发现,PP纤维的加入可以改变复合材料破坏模式,提升复合材料的抗压、抗折性能,使水泥基体由原来的脆性破坏转变为延性破坏。当PP纤维掺量为2%时,FRCC-2.0具有抗压、抗折强度最优值,分别为81.67 MPa和11.47 MPa。

高延性水泥基材料(ECC)开裂后渗透性研究综述

高延性水泥基材料(ECC)是突破了传统混凝土脆性及应变软化属性的变革性的工程结构材料,该材料的拉伸延性与裂纹控制功能决定其适用于构件拉应力区带裂纹服役。开裂ECC的裂纹宽度对于工程耐久性至关重要,如何在保留材料延性的同时更有效地降低裂纹宽度是进一步提升ECC耐久性的关键。文章总结了该材料自研发以来取得的多种裂纹调控方法,指出其裂宽自控能力与延性的不匹配问题,分析了裂纹宽度、纤维掺量、纤维混杂等因素对开裂水泥基材料渗透性的影响,综述了ECC材料独特的开裂渗透规律及其理论预测模型,进一步提出混杂高模量纤维协同聚乙烯醇纤维调控微裂纹的方法,以期为ECC开裂抗渗性与延性的匹配设计、ECC结构的耐久性提升提供借鉴。

高延性水泥基复合材料粉煤灰掺量优化试验

为了使工程用水泥基复合材料(ECC)更好地应用于实际工程中,进行了ECC粉煤灰掺量优化研究。通过立方体抗压试验、四点弯曲正交试验分析了水胶比、砂胶比、粉煤灰取代率和矿粉取代率对ECC抗压性能和抗弯性能的影响,最终通过抗压强度和弯曲韧性指数综合性能设计了以优化粉煤灰为基础的较优的配合比。结果表明,粉煤灰掺量对材料抗压强度影响较小,对材料抗弯韧性指数影响较大;ECC在受弯载荷作用下不同组别的应变硬化能力差异显著,组别5和组别7裂缝数量较多,分别为25条和27条,其弯曲韧性指数也较高,分别为9.46和10.00;结合抗压强度、延性和耗能能力等因素确定ECC最佳配合比为水胶比0.30,胶砂比0.36,水泥∶粉煤灰∶矿粉=0.30∶0.55∶0.15,纤维体积率为2%,减水剂掺量为胶凝材料质量的0.2%。

SMAF在高延性水泥基复合材料中的黏结性能试验研究

文章介绍了在高延性水泥基材料中,通过多组实验,将具有各种直径和端部形态的超弹性记忆合金纤维按照不同深度嵌入拉伸应变可达3%的水泥基材料内,通过位移控制的荷载进行拉拔试验,得到了拉伸应力-应变曲线,并对影响形状记忆合金纤维与高延性水泥基复合材料的黏结性能因素进行了分析。

型钢–高延性水泥基复合材料(ECC)界面粘结性能综述

利用高延性水泥基复合材料(ECC)良好的变形和控裂能力将其与型钢组合形成型钢–ECC组合结构,可以提高结构的延性和抗震性能。型钢–ECC界面粘结是保证两种材料协同工作、共同承载的基础。本文综述了国内外关于型钢–ECC界面粘结滑移性能的研究现状和进展,介绍了型钢–ECC及构件基本性能、型钢–ECC界面粘结性能、型钢–ECC界面粘结强度、型钢–ECC粘结应力–滑移本构关系,分析了目前存在的问题,并对型钢–ECC的未来发展前景进行展望,以期为今后ECC材料在型钢–ECC组合结构中的应用提供参考。

纤维增强水泥基材料的制备及其性能分析

文章采用理论结合实践的方法,立足纤维增强水泥基材料的特性和优点,通过试验研究,重点探讨了纤维增强水泥基材料的制备和性能,分析了优化纤维增强水泥基材料微观结构的方法,并介绍了此种材料在不同领域中的实际应用。分析结果表明,纤维增强水泥基材料是一种通过在水泥基材料中添加纤维提高其力学性能的复合材料,其制备涉及多种纤维的选择和掺量的调整及对水泥基材料微观结构的优化设计,未来仍需不断探索并发展完善。

高延性水泥基复合材料用短切PVA纤维的长度优选研究

为优选高延性水泥基复合材料(HDCC)用短切聚乙烯醇(PVA)纤维的长度,采用6 mm、9 mm、12 mm、18 mm和24 mm五种长度的PVA纤维,在体积掺量为1.0%的情况下制备HDCC,研究PVA纤维长度对HDCC工作性能、力学性能和纤维桥联能力的影响。结果表明:随着纤维长度的增加,HDCC新拌浆体流动性逐渐降低,当纤维长度从6 mm增加到9 mm时浆体流动性显著下降39%;纤维的掺入提升了HDCC的抗压、抗折强度,但其增幅与纤维长度相关性不大;掺入18 mm纤维制备的HDCC展现出最高的弯曲强度,而掺入9 mm纤维制备的HDCC展现出最高的跨中挠度和弯曲耗能;随着纤维长度的增加,纤维桥联应力和桥联余能均增大,但由于纤维断裂效应越显著,纤维桥联应力和桥联余能增幅逐渐变缓。基于HDCC工作性能、力学性能以及纤维桥联能力的试验与计算结果,9 mm长度的PVA纤维是较为合适的选择。

混杂纤维高延性水泥基复合材料高温后的压缩性能

对单掺聚乙烯醇(PVA)纤维高延性水泥基复合材料(PVA-ECC)、钢纤维/PVA纤维混杂ECC(HyFRECC)以及钢纤维/PVA纤维/碳酸钙晶须多尺度混杂ECC(MsFRECC)在常温(20℃),200,400,600和800℃高温作用后的压缩性能进行了研究和对比。结果表明,常温下不论掺入钢纤维还是同时掺入钢纤维和碳酸钙晶须均能够提升试件的抗压强度、压缩韧性和弹性模量;在200℃作用下由于水泥基复合材料内部进一步水化,材料的抗压强度会显著提高,而压缩韧性的提升不明显;当温度超过200℃后,高温对材料的压缩性能劣化明显,其抗压强度和压缩韧性持续衰减,但钢纤维和碳酸钙晶须对峰后抗压强度和韧性的提高发挥了积极作用。各组中MsFRECC组的压缩性能最好,说明钢纤维和碳酸钙晶须的混杂掺入可以显著改善水泥基复合材料在高温作用后的压缩性能;800℃作用后各组的压缩性能具有一定离散性,残余强度以及韧性基本不足45%。

形状记忆合金纤维与高延性水泥基复合材料基体的界面粘结性能的影响

针对形状记忆合金(SMA)纤维端部形式、直径、深径比(粘结长度/纤维直径)3个因素设计制作了5组试件,通过位移控制加载进行拉拔试验,分析了破坏形态、拉拔应力-应变曲线、平均粘结强度以及纤维利用率等性能,并比较了各因素对其与高延性水泥基复合材料(ECC)粘结力学性能的影响。基于试验结果,对SMA纤维在ECC中的破坏模式和粘结-滑移机理进行分析。结果表明,SMA纤维拉拔应力-位移曲线分为弹性阶段、脱粘阶段、马氏体相变阶段以及马氏体硬化阶段,直型端部SMA纤维直径和深径比的增大均会降低界面间粘结力,而N型端部SMA纤维端部锚固力能够有效改善界面间粘结性能和提高纤维利用率。

轻质玄武岩纤维高延性水泥基复合材料研制及导热性能研究

高延性纤维增强水泥基防火材料(FR-ECC)具有遇火不燃性、高温不分解有毒气体、耐久性良好、延性高、抗裂性能好等优点,近年来得到了广泛关注和研究。常规FR-ECC的制备采用有机纤维为增韧组分,而有机纤维在高温条件下纤维分解气化易导致防火材料延性下降,造成开裂失效,制约了FR-ECC的应用。本工作以耐高温性能优异的铝酸盐水泥和玄武岩纤维(BF)作为原材料,设计研发轻质玄武岩纤维水泥基复合材料(LWBF-ECC),并研究该材料高温后力学性能及热学性能的演化规律。试验分析了LWBF-ECC在常温和高温后的干密度变化、物相变化、单轴抗拉强度和抗压强度变化规律,并研究了其在不同过火温度下延性及导热系数的变化规律。研究表明:在常温环境下,LWBF-ECC延性可达0.82%,是常规钢结构表面喷射防火材料的80倍;由于BF耐高温性能优异,高温下仍能充分发挥桥接作用,在过火温度低于400℃时,LWBF-ECC材料拉伸均表现为应变硬化,高温下仍保持一定延性,100、200和400℃时极限应变分别为0.78%、0.32%和0.18%;随着温度升高,LWBF-ECC干密度降低,孔隙率升高,同时导热系数下降,高温下胶凝材料水化物转变和结晶水损失导致水泥含量越多,质量损失越大,干密度降低越明显。

高延性纤维增强水泥基复合材料的直接拉伸性能

利用国产基体原材料制备了具有较高极限拉伸性能的高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC),研究了粉煤灰和胶粉对ECC直接拉伸性能的影响。试验结果表明:采用合理的配合比及测试方法,制备的ECC试件具有应变硬化及多缝开裂特征;粉煤灰掺量为80%时,7d、28d极限拉应变分别达到3.77%和2.86%,28d抗压强度为25.4MPa;掺入10%胶粉,7d、28d极限拉应变分别达到3.91%和2.37%。在满足强度要求的前提下,适当增大粉煤灰和胶粉掺量有利于提高ECC的延性。