碳纳米管—塑料的高性能增强材料

碳纳米管于1991年由S，Iijima发现，其直径比碳纤维小数千倍，其性能远优于现今普遍使用的玻璃纤维和碳纤维，在短短十年中，碳纳米管已从科学家们的襁褓婴儿变成市场上第一批应用制品，其主要用途之一是作为聚合物复合材料的增强材料。

高性能纤维增强树脂基复合材料湿热老化研究进展

高性能纤维增强树脂基复合材料具有卓越的结构整体性及抗分层等特性,在诸多工业领域中具有广泛适用性。在其储藏及使用时,制件强度会不可避免地因湿热老化造成降解和退化。探讨和揭示高性能纤维增强树脂基复合材料在不同湿热老化环境下的力学响应,对其结构件的耐久性、安全服役性能和寿命预估具有至关重要的意义。综述了国内外高性能纤维增强树脂基复合材料湿热老化方面的研究进展,介绍了其吸湿机理以及在湿热环境下的老化机理。梳理了湿热老化环境对于高性能纤维增强树脂基复合材料力学性能的影响,寿命预测模型等。最后指出了高性能纤维增强树脂基复合材料老化研究存在的问题、面临的挑战,对未来研究发展方向提出了展望。

混杂钢纤维增强超高性能水泥基材料力学性能分析

采用平直型超细钢纤维与压痕型中长钢纤维混杂,系统研究了混杂比例对超高性能水泥基复合材料(UHPCC)流动性能、力学行为的影响,以及纤维外形对界面粘结力的影响.研究表明,随压痕型钢纤维掺入量增加,新拌浆体的流动度下降;在纤维体积率一定时,2种纤维等比例混杂,材料的抗压、拉伸、弯曲强度与弯曲韧性等力学性能为最佳;当水胶比固定时,压痕钢纤维与基体界面粘结力大于平直型超细钢纤维.试验还表明,2种纤维混杂在不同结构、不同尺度和不同时间层次对抑制裂缝的生成和扩展分别发挥作用,两者协同作用使材料总体力学性能显著提升.

超高性能钢纤维增强水泥基复合材料的力学性能及微结构分析

系统研究了偏高岭土对超高性能钢纤维增强水泥基复合材料力学性能的影响规律,并采用XRD、纳米压痕、SEM等现代分析测试手段揭示该材料具有超高性能的微观机理.结果表明,掺加偏高岭土比不掺的试件在相同养护龄期、相同纤维掺量等条件下显示出更加优异的力学性能;超高性能钢纤维增强水泥基复合材料由于具有极低的低水胶比,其90 d水泥水化程度仅有65%左右,硬化水泥浆体中存在大量未水化的水泥颗粒,且绝大部分水化产物为UHD C-S-H凝胶;偏高岭土中存在大量的活性SiO2和Al2O3,可以促进水泥的水化,进一步填充了复合材料内部的空隙,使得材料整体的密实度得以提高,界面得以强化,从而使复合材料呈现出优异的力学性能.

高性能PVA纤维增强水泥基复合材料的弯曲行为

高韧性的PVA-HPFRCC具有很高的能量吸收能力,但强度通常较低。本文采用工业废料(粉煤灰、硅灰等)替代部分水泥来制备高强度的PVA-HPFRCC,并研究粉煤灰、硅灰掺量以及PVA纤维体积掺量对高强度HPFRCC的弯曲行为的影响。研究结果表明:大掺量粉煤灰替代水泥可有效改善HPFRCC的应变-硬化特性,当粉煤灰掺量达到胶凝材料重量的60%时,其应变-硬化特性发挥的最为明显;增加PVA纤维体积掺量可提高HPFRCC的抗弯承载力和达到极限荷载时的变形能力,硅灰则降低了HPFRCC的韧性。

高性能纤维增强水泥基复合材料(HPFRCC)的制备及其力学性能研究

采用常规的材料及通用的工艺力法,通过加入不同纤维、降低水胶比、去除粗骨料等方法配制抗压强度接近100 MPa的高性能纤维增强水泥基复合材料,并进行抗压强度、抗折强度、抗拉强度、静力弹性模量等力学性能试验,结果表明:高性能纤维增强水泥基复合材料不但具有较高抗压强度,其韧性及变形能力良好,适应现代工程结构的发展需要。

绿色高性能纤维增强水泥基复合材料梁柱节点抗震性能研究

绿色高性能纤维增强水泥基复合材料(green high-performance fiber-reinforced cementitious composites,GHPFRCC)是具有高韧性、卓越的裂缝控制能力、高耗能特点的新型绿色建筑材料,具有较好的抗震应用前景。首先进行了混凝土梁柱节点和GHPFRCC梁柱节点的低周往复荷载试验,在验证模型有效性的基础上,利用OpenSees对GHPFRCC梁柱节点的抗震性能进行轴压比、GHPFRCC浇筑范围的参数化分析。结果表明:OpenSees数值模拟的混凝土梁柱节点和GHPFRCC梁柱节点滞回曲线与试验值吻合较好;提高轴压比可以增强节点的抗剪承载力,但会降低节点延性,建议轴压比取值0.3~0.5;GHPFRCC可以增强梁柱节点的抗震性能,节点核心区及600~900mm梁端范围浇筑GHPFRCC可以有效改善节点的抗震性能。

基于OpenSees绿色高性能纤维增强水泥基复合材料柱抗震性能研究

利用Open Sees对绿色高性能纤维增强水泥基复合材料(Green High Performance Fiber Reinforced Cementitious Composites,GHPFRCC)柱在低周反复荷载作用下的抗震性能进行数值模拟,得到了C30柱、GHPFRCC柱、火损GHPFRCC柱和加固火损GHPFRCC柱的滞回曲线和骨架曲线,并与试验结果进行对比分析。模拟不同加固厚度、不同压应变值和不同的积分点数量GHPFRCC柱的性能变化,得出结论。Open Sees软件能很好地模拟GHPFRCC结构,加固厚度越大,极限承载力越大;极限压缩应变选值在-0.002^-0.006之间最为合适,在模拟过程中,选择积分点为5模拟的更精准。

纤维混杂对超高性能纤维增强水泥基复合材料力学性能的影响

采用最紧密堆积理论对UHPFRC进行配合比设计,并通过应用Excel Solver Tool进行编程求解,实现了UHPFRCC符合体系的理论设计,利用石灰石粉改善流动性的作用得到最终配合比。基于基准配合比,研究了钢纤维与合成纤维混杂对UHPFRCC的力学性能的影响。试验结果表明:基于Dinger-Funk模型可实现自密实UHPFRCC的配合比设计;混杂纤维可增强UHPFRCC的抗压强度,但抗折强度有所降低;相比于单掺2%钢纤维的UHPFRCC,合成纤维的取代掺入均降低了UHPFRCC的抗压强度和抗折强度。

绿色高性能纤维增强水泥基复合材料梁柱节点抗火性能研究

绿色高性能纤维增强水泥基复合材料(Green High Performance Fiber Reinforced Cementitious Composites,简称GHPFRCC)主要是以工业废料粉煤灰代替水泥,加入聚乙烯醇纤维等材料制备而成,具有低碳高效、力学性能优异的特点。通过3组GHPFRCC梁柱节点构件试验,从轴压比和受火方式两方面研究了GHPFRCC梁柱节点的耐火性能,并通过有限元分析与试验结果进行了对照,论证了ABAQUS模型的有效性。结果表明:有限元模拟分析与试验结果吻合良好;轴压比的大小与试件耐火极限成反比关系,为保证试件耐火性能,应合理控制其轴压比;轴压比过大时,箍筋配置密集度影响构件火灾后的破坏程度;三面受火试件梁端挠度变形在相同温度荷载条件下大于四面受火试件。

高性能纤维增强材料应用于钢结构构件加固性能研究

将高性能纤维增强材料应用于钢结构构件以此改善钢结构性能,阐述钢结构加固的基本概念并列举相关的加固方法,分析了结合胶胶结的机理。运用ABAQUS软件对高性能纤维增强材料加固轴心受力构件和加固梁进行了数值建模分析。

高性能纤维增强水泥基复合材料及其墙材制品性能试验研究

制备了一种以高性能纤维增强水泥基复合材料为壳体、泡沫混凝土为芯体的新型复合墙板,并对其力学性能、热工性能进行了研究。结果表明:随着纤维掺量的增加,复合墙板的3 d、7 d和28 d抗折强度明显增加,7 d和28 d抗折强度均能达到20 MPa以上,极限抗弯荷载系数为9.0;空心墙板的力学性能与复合墙板基本一致;空心墙板的传热系数较高,为3.20 W/(m^(2)·K),复合墙板的传热系数最低,为0.82 W/(m^(2)·K)。

超高性能纤维增强水泥基复合材料单根钢纤维拔出行为研究

基于Funk-Dinger模型求解计算,实现超高性能纤维增强水泥基复合材料(UHPFRCC)基体配合比的确定,并在此基础上分别研究了纤维埋入深度、基体中纤维掺量以及纤维埋入角度对单根钢纤维在UHPFRCC中拔出行为的影响。试验结果表明,纤维埋入深度、基体性能和纤维埋入角度均对UHPFRCC中单根钢纤维拔出行为影响显著,粘结强度和拔出功均随着埋入深度和基体强度的增加而大幅度提高。

绿色高性能水泥基复合材料加固火损RC柱抗震性能研究

绿色高性能纤维增强水泥基复合材料是一种用大掺量粉煤灰替代水泥的改性工程水泥基复合材料,具有优异的延性与抗震耗能能力。为解决火灾后RC柱抗震等问题,提出采用GHPFRCC材料加固方法。对采用GHPFRCC材料加固RC柱进行拟静力试验,并采用OpenSees有限元软件进行数值模拟,通过对比模拟结果与试验结果,验证有限元分析的可靠性。结果表明:滞回曲线、骨架曲线的试验值和模拟值整体吻合,极限承载力的偏差不大;与未加固RC柱相比,经过加固后的RC柱变形能力明显增加,加固后极限承载力提高26.63%,极限位移提高12.5%,后期水平荷载退化速率降低,滞回曲线更加饱满,抗震性能更加优秀。同时使用OpenSees进行参数分析可知,为了保证RC加固柱的延性与承载力,必须控制轴压比,建议GHPFRCC置换高度大于1/3柱高。

纤维网片复合方式对纤维增强水泥基材料性能的影响

在分析渍浆纤维混凝土 (SIFCON)和渍浆网片混凝土 (SIMCON)各自优缺点的基础上 ,研究了不同性质乱向短纤维和定向纤维网片复合及不同性质网片组合方式对纤维增强混凝土性能的影响 .实验结果表明 :各种纤维体积分数下定向网片与乱向短纤维复合增强混凝土各项性能明显优于单用乱向短钢纤维增强混凝土 ;当纤维总体积分数为 8%时 ,由 2层细孔编织钢丝网和 3层细孔玻纤网组合网片型式B(网片体积分数为 0 7%)与乱向短纤维 (体积分数为 7 3%)复合增强混凝土 ,其抗弯强度、抗剪强度、弯曲韧性 (I5)比短切钢纤维增强混凝土 (SIFCON)分别提高了 45 %,2 5 %和46%,从而揭示了高弹模与低弹模纤维复合、乱向纤维与定向纤维网复合 ,优化纤维分布和取向 ,使其在材料层次和结构层次协同作用的优势得以发挥 。

复合筋增强ECC混凝土组合柱抗震性能研究

ECC是一种具有假应变硬化特性和多裂缝开展机制的高性能纤维增强水泥基复合材料,将ECC替代混凝土用于建筑结构能有效避免因混凝土脆性导致的开裂和耐久性问题。提出了新型FRP筋-钢筋复合增强ECC-混凝土组合柱构件,将FRP筋配制在柱构件边角处,而ECC仅用于柱构件薄弱的柱底。为进一步研究ECC与混凝土对柱构件抗震性能的影响,通过对比5根柱构件的滞回曲线、骨架曲线进行分析。结果表明,将ECC替代混凝土用于FRP筋-钢筋复合增强柱构件能够避免因混凝土脆性性质导致的诸多缺陷,有效的给FRP筋提供一个有效的保护,构件的延性和变形能力得到提高。在0.1~0.42轴压比情况下,随着轴压比的增大,承载力增大,而变形能力变差。

高性能PVA纤维增强水泥基复合材料单轴受拉特性

高韧性PVA纤维增强水泥基复合材料具有很高的能量吸收能力,但强度通常较低,采用我国地方材料资源和工业废料,可制备出高强度同时极限变形量满足实际工程要求的高性能PVA纤维增强水泥基复合材料(HPFRCC),以应用于高层抗震建筑结构的关键部位。通过单轴受拉强度和变形特性试验,研究PVA纤维体积率、粉煤灰掺量、硅灰掺量、水胶比及砂胶比对HPFRCC抗拉性能的影响,研究结果表明:随着PVA纤维体积掺量的增加,HPFRCC的抗拉强度与极限拉应变增大;大掺量粉煤灰替代水泥及增大水胶比可降低HPFRCC的抗拉强度,但明显改善其受拉应变硬化特性;HPFRCC中掺入适量硅灰及细砂可提高其抗拉强度,但极限拉应变降低,尤其当砂胶比较大时,HPFRCC的受拉应变硬化现象不明显;基于细观力学模型,分析了各因素对HPFRCC拉伸应变硬化特性影响的原因,研究结果可为今后HPFRCC的实际工程应用提供基础依据。

高性能PVA纤维增强水泥基复合材料常规三轴受压本构模型

对PVA纤维体积率从0%～2%的高性能水泥基复合材料(HPFRCC)圆柱体试件进行了6种不同围压下的常规三轴受压试验,研究其三轴受压性能,测得了极限抗压强度、峰值应变、极限应变以及应力-应变曲线。根据试验结果得出HPFRCC的极限抗压强度、峰值应变以及极限应变与侧向围压之间的关系。基于实测圆柱体应力-应变曲线的特点,提出了HPFRCC材料常规三轴受压本构模型。计算结果与试验数据的对比表明,根据该文模型所得的计算曲线与试验曲线吻合较好,研究成果可为HPFRCC结构非线性有限元分析提供依据。

型钢高性能纤维增强水泥基复合材料剪力墙非线性有限元分析

以型钢高性能混凝土剪力墙试验研究为基础,利用有限元软件ABAQUS,考虑材料非线性,对型钢HPFRCC剪力墙构件的加载全过程进行数值模拟,其结果与试验结果吻合较好。根据该有限元模型,分析型钢混凝土剪力墙中采用高强度高延性的高性能纤维增强水泥基复合材料(HPFRCC)替代混凝土后的性能特点。结果表明:在抗剪钢筋和约束钢筋相同的情况下,型钢HPFRCC剪力墙可明显提高剪力墙的抗震能力及耐损伤能力,减小震后修复费用;对于塑性铰区采用HPFRCC的型钢HPFRCC-混凝土组合剪力墙,塑性铰高度较大时,型钢HPFRCC-混凝土剪力墙的变形能力较好,但其范围有临界值,超过临界值,再增大HPFRCC的范围,剪力墙的变形能力不再增大。

PVA纤维掺量对钢筋HPFRCC/混凝土复合梁受弯性能的影响

为改善普通钢筋混凝土梁易开裂的缺点,可将受拉区部分混凝土采用同体积的HPFRCC替代形成HPFRCC/混凝土复合梁。基于复合梁的正截面弯曲性能试验,主要研究PVA纤维体积掺量对复合梁受弯性能的影响,研究结果表明,受拉区HPFRCC层的存在,可有效分散裂缝且抑制裂缝的扩展,复合梁的裂缝呈"根系状"分布形态,且随着HPFRCC层内纤维掺量的增加,裂缝变得更加细密;开裂后,PVA纤维的桥接承拉作用使复合梁中受拉钢筋与压区混凝土的应变增长较为迟缓;与普通混凝土梁相比,复合梁的初裂荷载、屈服荷载与极限荷载均有不同程度的提高且开裂荷载的提高幅度最为明显。