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。

PVA纤维长度对水泥基复合材料抗拉强度的影响

为了研究PVA纤维长度对水泥基复合材料抗拉强度的影响,采用6 mm、9 mm和18 mm的PVA纤维结合新疆本地沙漠砂与粉煤灰制备PVA-沙漠砂水泥基复合材料,于恒温条件养护28 d后测试其抗拉强度并与普通混凝土试件进行对比。由试验得出:添加PVA纤维的水泥基复合材料相比于普通混凝土试件其抗拉强度显著提高;随着纤维长度的增加,PVA-沙漠砂水泥基复合材料的流动度和抗拉强度逐渐降低。

SMA/PVA混杂纤维增强水泥基复合材料拉伸性能

为研究形状记忆合金(SMA)/聚乙烯醇(PVA)混杂纤维增强水泥基复合材料(SMA/PVA-ECC)的拉伸性能,开展单轴拉伸试验,分析了SMA/PVA-ECC试件的破坏现象、应力-应变曲线及特征参数,比较了SMA纤维掺量及其直径对试件拉伸性能的影响.结果表明:SMA/PVA-ECC试件卸载后残余裂缝宽度显著减小;SMA纤维掺量及其直径对试件拉伸性能影响显著,当SMA纤维直径为0.2 mm、掺量为0.2%时,试件综合拉伸性能最好,其初裂强度、极限拉伸应力及应变较工程水泥基复合材料(ECC)试件分别提高56.4%、23.6%及13.4%.

聚乙烯醇(PVA)纤维增强水泥基复合材料单纤维拔出细观机理研究

目的 探索聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)高韧性、应变硬化宏观力学行为的细观机理,为其材料特性设计奠定理论基础。方法 基于黏聚力单元和非线性弹簧连接器,建立单PVA纤维/水泥基体的ABAQUS有限元模型,对单PVA纤维拔出水泥基体的全过程进行数值模拟分析。结果 PVA-ECC单纤维拉拔力-拉拔位移曲线可细分为线弹性阶段、连续脱黏阶段、整体滑移阶段、机械咬合硬化阶段和纤维磨损断裂阶段;纤维与水泥基体之间的传力机制包括剪滞切应力和机械咬合力;随着拉拔力的增加,机械咬合力逐渐成为主要传力机制。结论 水泥基体与纤维之间的机械咬合作用以及纤维表面的磨损是导致纤维断裂的根本原因,通过对纤维表面进行适当处理,可以降低水泥基体在机械咬合硬化阶段对纤维表面的磨损,使纤维断裂模式转变为纤维拔出模式,以更好地控制水泥基体的微裂纹失稳扩展,从而进一步提高PVA-ECC的韧性。

高温作用对高延性水泥基复合材料力学性能的影响分析

通过对高延性水泥基复合材料(HDCC)进行高温后抗压强度试验及四点弯曲试验,研究了不同温度及不同纤维掺量因素下HDCC的力学性能。结果表明:HDCC的抗压强度在100℃后达到最大值,PVA纤维体积掺量为1%时性能最优,比常温时提高13.23%,200℃与300℃作用后各组试件的抗压强度逐渐降低且弯曲极限荷载随温度的升高而不断下降,其中体积掺量为1%钢纤维和0.5%PVA纤维混掺组总体下降趋势平缓,体现了高温作用下混杂纤维的正协同效应。

PVA纤维和纳米SiO_(2)对水泥基复合材料性能影响研究

通过复掺PVA纤维和纳米SiO_(2)到水泥基复合材料中,研究不同PVA纤维掺量(1.0%、1.5%、2.0%)和纳米SiO_(2)掺量(1.0%、1.5%、2.0%)下水泥基复合材料的抗折性能、抗压性能和抗硫酸盐侵蚀性能,并利用SEM扫描电镜分析了水泥基复合材料的微观形貌,探讨了PVA纤维和纳米SiO_(2)对各方面性能的作用机理。结果表明:水泥基复合材料的28 d抗折强度和抗压强度均随着PVA纤维体积掺量和纳米SiO_(2)掺量的增加逐渐增大,当二者掺量均为2.0%时,抗折强度最高为11.34 MPa,抗压强度最高为70.2 MPa。随着PVA纤维体积掺量和纳米SiO_(2)掺量的增加,水泥基复合材料干湿循环后的质量损失率逐渐减小,抗压强度耐蚀系数逐渐增大,当PVA纤维体积掺量和纳米SiO_(2)掺量均为2.0%时,质量损失率最低为0.827%,抗压强度耐蚀系数最高为0.995。

不同PVA纤维增强水泥基复合材料性能试验研究

对比研究了日本PVA纤维(J-PVA纤维)和国产PVA纤维(C-PVA、S-PVA纤维)对工程水泥基复合材料(ECC)性能影响的差异。结果表明:在纤维体积掺量为2.0%的条件下,掺J-PVA纤维的ECC能够完全实现多点开裂,应变硬化特征显著,28 d极限拉应变在3.7%以上;掺C-PVA纤维ECC的28 d极限拉应变在2.1%以上,增韧效果良好,且具有明显的价格优势,在实际工程应用中具有较强的竞争力;S-PVA纤维对ECC性能的改善效果不如J-PVA纤维和C-PVA纤维,工程应用中应注意优选甄别。

机制砂高延性工程水泥基复合材料(ECC)的性能研究

采用双因素方差分析法,研究了水胶比(0.30、0.35、0.40)和砂胶比(0.35、0.45、0.55)对工程水泥基复合材料(ECC)抗压和抗折强度的影响,优选出了最佳水胶比和砂胶比。在此基础上,研究了PVA纤维体积掺量(1.0%、1.5%、2.0%)和机制砂掺量(0、50%、100%)对ECC弯曲韧性的影响,并采用非线性回归法建立了预测模型。结果表明:ECC的最佳水胶比和砂胶比分别为0.30和0.55;掺入适量机制砂能在一定程度上提高ECC的峰值挠度,改善ECC的弯曲韧性;当PVA纤维体积掺量为2.0%、机制砂掺量为50%时,ECC的各项弯曲韧性指标相对最优;建立的机制砂高延性ECC峰值抗弯强度和峰值挠度预测模型的拟合精度较高,具有一定的适用性。

紫外辐照官能化HDPE及复合材料力学性能

研究了不同紫外光强下辐照的HDPE结构和性能变化。在相同的辐照环境温度和辐照时间下,引入HDPE分子链的C—O、C O和C(O)O等含氧基团数量随紫外光强提高而增加,提高紫外光强加快了HDPE的官能化,但辐照HDPE中的凝胶含量也有所增加。紫外辐照不影响HDPE的晶型和晶胞参数,但会引起它的熔融温度下降、结晶度提高以及亲水性的改善,其变化幅度随紫外光强提高而加大。辐照HDPE作为增容剂加到HDPE/PVA中,提高了复合材料的力学性能。较高紫外光强下辐照的HDPE表现出更好的增容作用。

PVA自修复纤维增强水泥基复合材料实验研究

文章首先研究测试掺和硅灰和过量PVA等添加剂的FRCC的自修复能力。借助两项实验研究评估不同裂纹条件下FRCC自修复能力。试验I对试样进行冻融循环,以引入微裂纹,试验II通过拉伸载荷试验产生了宽度高达500μm的可见裂纹,将受损FRCC试样暴露在多种条件下,以诱导自修复固化。试验I由于微观结构致密化和裂纹填充,所有裂纹和RDYM都能够恢复;试验II中FRCC自修复固化后证实水密性系数恢复,这与浸入水中期间比例一致。研究结果表明,PVA混合物能够提高裂纹FRCC自修复能力,不会对FRCC性能造成任何负面影响。

高性价比混杂纤维工程水泥基复合材料的力学性能研究

为提高工程水泥基复合材料(ECC)的经济适用性,并保证其较好的拉伸延性,研究了PVA-ECC的制备方法,配制出性价比较高的PVA-ECC,为实际工程提供更多的材料选择。首先基于ECC的微观力学模型和多尺度结构特征,确定ECC配合比的优化方向。然后通过设计12组不同配合比的ECC试件单轴压缩试验和单轴拉伸试验,研究硅灰、水泥/粉煤灰比、水胶比、PVA纤维种类和CaCO_(3)晶须对ECC力学性能的影响,确定了混杂纤维水泥基复合材料的较优配合比。最后通过价值工程法对比分析本文制备的混杂纤维水泥基复合材料的经济价值,并根据其成本和性能,提出了三种具有代表性的配合比:低成本、拉伸延展性相对较低、单掺国产PVA纤维的H12;中等成本、拉伸延展性相对较高、复掺两种PVA纤维的H11;高成本、高拉伸延展性、复掺日产PVA纤维和CaCO_(3)晶须的H8。本研究可为实现力学性能优化和经济性提高的双重目标提供数据参考。

纳米CaCO_3增强增韧HDPE复合材料的研究

较深入地开展了纳米CaCO3对HDPE的增强增韧研究。结果表明 :(1)纳米Ca CO3在未经表面处理的情况下 ,与HDPE仍具有一定的粘接作用力 ,对HDPE有增强增韧作用。 (2 )现有表面处理剂对纳米CaCO3与HDPE相界面粘接作用的改变不大 ,但能够促进CaCO3粒子在基体中的均匀分散 ,大大地减少了CaCO3增强增韧HDPE的用量。表面处理后的CaCO3在含量仅为 4%～ 6 %时 ,复合材料冲击强度即可提高 1倍 ,同时其屈服强度、模量均有所提高。

PVA纤维对超高韧性纤维增强水泥基复合材料力学性能的影响

通过对超高韧性纤维增强水泥基复合材料制作的立方体试件、棱柱体试件,进行了抗压、抗折和I型断裂试验,研究了不同配合比下各组试块的抗压强度等力学指标与纤维掺量及基体材料强度的关系,研究了荷载与变形的关系、及不同切口高度试件的抗裂性能等。试验结果表明:合理的配合比及最佳PVA掺量能提高纤维增强水泥基复合材料的抗压强度、抗折强度以及抗裂韧度;研究了国产PVA纤维与进口PVA纤维的合理掺量,在相同力学指标的前提下,利用国内PVA纤维造价低的优势,可实现部分代替超高性能水泥基复合材料中的进口PVA纤维,从而达到这种复合材料国产化、本地化的目的。

PVA纤维增强水泥基复合材料:性能与设计

PVA纤维成为制备高延性纤维增强水泥基复合材料的首选而被广泛应用。综述了PVA纤维以及PVA纤维增强水泥基复合材料的基本性能,指出PVA-ECC性能设计应借助微观力学模型,从纤维的几何特性、纤维基体界面特性以及基体自身特性三方面进行研究分析,在此基础上,提出需要进一步研究的问题。

水镁石短纤维增强HDPE/EPDM无卤阻燃复合材料的研究

本文着重研究了水镁石短纤维增强ＨＤＰＥ／ＥＰＤＭ复合材料的力学性能、介电性能以及水镁石短纤维的阻燃效果，对水镁石短纤维和粒状无卤阻燃剂填充ＨＤＰＥ／ＥＰＤＭ复合体系的拉伸性能、介电性能和阻燃效果进行了对比研究。并采用动态力学谱、ＳＥＭ等方法对该体系的微观结构进行了分析，结果表明，水镁石短纤维对复合体系除具阻燃作用外，还具有显箸的增强作用。

Ag/PVA纳米聚合物基复合材料的制备及其电性能研究

通过溶胶-凝胶法制备Ag/PVA纳米聚合物基复合材料,对复合材料的微观结构进行了表征,并对这种复合材料的电学性能进行了研究。结果表明,纳米银可以通过溶胶-凝胶法均匀分散在水溶性的PVA聚合物中,并且这种复合材料具有独特的电学性能,即在合适的纳米银含量时这种复合材料表现出高于其基体的电阻率和击穿场强,并且低温下这种现象更加显著,利用纳米金属粒子在绝缘体中的库仑阻塞效应对这些结果进行了解释。

PVA纤维增强水泥基复合材料拉伸特性试验研究

初步配制了PVA纤维水泥基复合材料,对使用原材料的性能、投料顺序和搅拌工艺进行了详细的描述;测定了各个配比的坍落扩展度,揭示掺加纤维后流动性减小的原因是由于PVA纤维有亲水性,纤维表面吸附了大量的自由水分子;利用外夹式单轴直接拉伸试验得到了硬化的应力-应变全曲线,观察到多条裂缝的出现,极限拉应变达到0.7%,大约是混凝土的70倍;根据试验数据得出基体和纤维掺量对极限拉应变、峰值应力和断裂能都产生影响,最后对假硬化的应力-应变全曲线进行了分析.所得结论为高韧性、高耗能材料的配制提供了大量的试验和理论依据.

PVA纤维水泥基复合材料与钢筋粘结性能研究

PVA纤维水泥基复合材料与钢筋之间的粘结性能,是二者安全、稳定、耐久工作的前提和保证。通过中心拉拔实验,探讨了PVA纤维水泥基复合材料和钢筋粘结滑移研究中影响因素及本构关系问题,测试得到了粘结滑移曲线,通过对加载到破坏全过程的受力分析及基材中纤维的特性分析,在已有模型的基础上,根据振动阻尼的理论提出一种新的粘结-滑移本构关系模型。并与实验结果和已有模型比较。新构建的粘结-滑移本构关系能较好地反映PVA纤维水泥基复合材料和钢筋的受力全过程,与实验结果比较吻合。可为PVA纤维水泥基复合材料与钢筋性能的非线性有限元法分析提供参考和依据;为有关规程的修订提供了依据。

HDPE/稻糠复合材料性能研究

研究了稻糠表面处理方法、稻糠含量、HDPE回收料用量等对HDPE/稻糠复合材料物理性能的影响规律。结果表明,采用常规偶联剂处理稻糠时,对HDPE/稻糠复合材料的改性效果较差;在制备HDPE木塑复合材料时,稻糠与松木粉的应用效果相近;同时,应根据材料的使用性能要求,严格控制稻糠用量和HDPE回收料的用量。

改性纳米CaCO_3/HDPE复合材料性能的研究

在 HDPE中加入高分子偶联剂改性的纳米 Ca CO3 ,测试了复合材料的力学性能和流变性能。发现高分子偶联剂的加入改善了无机粒子和聚合物间的结合 ,促进了无机粒子在体系中的均匀分散 ,使体系的力学性能上升 ,高分子偶联剂的最佳使用量 (质量分数 )是 1% ;纳米 Ca CO3 的加入减小了体系的弹性 ,增加了刚性 ,改善了材料的挤出特性 ,对体系的流变性能没有产生大的影响。