玄武岩纤维水泥胶砂力学性能试验研究

为了研究长度为12 mm的玄武岩纤维对改善水泥胶砂力学性能效果,通过室内试验和微观结构扫描相结合的方法开展不同期龄玄武岩纤维水泥胶砂试件的抗折强度、抗压强度以及微观结构测试研究,结果表明:当玄武岩纤维掺量低于2%时,拌和物的和易性和泌水性较好,试件收面容易;当玄武岩纤维掺量为0.31%时,试件密度平均值最大,此时砂浆和纤维连接最为紧密;掺少量(0.31%)的玄武岩纤维在一定程度上有助于提高水泥胶砂试件的早期抗折强度,掺量过多会使试件整体结构松散,导致抗折强度和抗压强度有所降低。

粉煤灰对玻璃纤维水泥砂浆的力学性能及耐久性的影响

玻璃纤维增强水泥砂浆(GFRC)是常见的纤维水泥砂浆。然而水泥水化过程中产生的碱性环境对玻璃纤维具有腐蚀作用,导致GFRC的耐久性较差。通过使用粉煤灰(FA)替代部分水泥,掺入GFRC中以提高其耐久性。试验考察了FA掺量对GFRC力学性能和干燥收缩率的影响,并通过加速老化和抗硫酸盐侵蚀试验来探讨FA掺量对GFRC耐久性的影响。结果表明,添加FA可以提高GFRC的后期强度并显著改善其耐久性。这是由于FA具有火山灰效应和填充效应,在降低了GFRC液相碱度及氢氧化钙含量方面发挥作用,从而减少了玻璃纤维的腐蚀;随着FA掺量增加,可有效降低GFRC干燥收缩率,但由于FA早期活性较低,使得含有FA的GFRC在早期强度方面略有下降。

不同配合比下玄武岩纤维水泥砂浆的流动度及力学性能

为研究玄武岩纤维增强水泥砂浆(BasaltFiber Reinforced Cement Mortar,BFRCM)在不同配合比下的流动度和力学性能,通过改变水灰比、长短纤维混掺比例及添加减水剂来改变配合比,设计了2种纤维长径比、7种玄武岩纤维体积分数、3种水灰比、3种减水剂质量分数共制备了14组BFRCM试样。研究了不同配合比下BFRCM的流动度、抗压强度及抗折强度,通过峰值荷载后BFRCM的荷载-位移曲线的归一化处理量化分析了试样断裂后BFRCM的断裂韧性。结果表明,BFRCM的流动度随着玄武岩纤维体积分数的增加、水灰比的降低、减水剂的减少以及短纤维占比的增加而降低。水灰比的增加对BFRCM的抗压强度影响较小,且会降低其抗折强度。减水剂的应用对BFRCM的抗压、抗折强度存在一定的负面影响。长短玄武岩纤维的混掺能够通过其协同效应有效提升BFRCM的抗压和抗折强度,然而过多的短纤维占比会减弱玄武岩纤维对BFRCM的增强效果。增加玄武岩纤维体积分数、提高水灰比均能在一定范围内提升BFRCM峰值荷载后的断裂韧性。然而,长短纤维混掺中短纤维占比的增加和减水剂的应用则对BFRCM峰值荷载后的断裂韧性产生负面影响。

ECC–XPS夹心复合墙板界面黏结性能试验

因建筑外围护结构面层开裂脱落导致保温隔热性能下降,从而引起建筑能耗大等问题已经受到了广泛关注,并且现存的外墙保温方法难以保证墙体具有与建筑同样的寿命。基于此,本文提出了一种以工程水泥基复合材料(ECC)作为饰面层和结构层、挤塑聚苯乙烯(XPS)保温板作为保温层的夹心复合墙板,并对其进行了双面剪切试验。在此基础上,分析各类试件的破坏模式,研究制作方式、保温层厚度、连接件及玄武岩纤维增强聚合物(BFRP)连接件角度对ECC–XPS夹心复合墙板界面黏结性能的影响。结果表明:预制试件的黏结性能最差,约为现浇试件的1/3;随着保温层厚度的增加,试件的抗剪承载力和延性降低,并且试件的厚度越大,其抗剪承载力和延性降低的幅度越大;连接件的存在能够有效提高试件的抗剪承载力和延性,还会改变试件的破坏模式;减小连接件的嵌入角度有助于增大试件的抗剪承载力,但会降低试件的延性,还会导致破坏模式发生改变。为了评估ECC–XPS夹心保温墙板达到峰值荷载后的耗能能力,对各类试件进行了韧性分析,发现在墙板中设置一定的连接件能够有效提高试件的耗能能力,并且设置90°连接件对耗能能力的提升最明显,同时预制试件的耗能能力最差。根据试验结果对抗剪承载力计算公式进行修正。研究为ECC–XPS夹心复合墙板在实际工程中的应用奠定了基础。

膨润土和玄武岩纤维改性水泥砂浆的防渗抗裂性能

为解决当前水泥砂浆防渗抗裂能力较差的问题,本文研制了一种新型水泥砂浆材料。通过制备不同掺量下的膨润土和玄武岩纤维改性水泥砂浆,测试其抗渗性能和抗裂性能,并对水泥砂浆的微观机理进行分析。结果表明,在水泥砂浆中加入膨润土、玄武岩纤维后,可增强其抗渗性能和抗裂性能。当混掺4%(质量分数)膨润土和0.4%(质量分数)玄武岩纤维时,水泥砂浆抗渗压力值最大,较未掺膨润土和玄武岩纤维时可提高61.11%,抗渗等级为P8级;同时,掺入膨润土和玄武岩纤维后的水泥砂浆裂缝降低系数可以达80%以上,抗裂等级属于Ⅰ级,裂缝的特征表现为“少、细、短”。混掺膨润土和玄武岩纤维使水泥砂浆的密实度增加,裂缝和孔洞减少。膨润土和玄武岩纤维的掺入未改变水泥砂浆的水化产物种类,但使氢氧化钙的结晶度降低,促使水化硅酸钙凝胶生成。

聚甲醛-玄武岩混杂纤维增强砂浆力学性能

采用混掺聚甲醛(POM)纤维和玄武岩纤维(BF)的方法制备了一种多尺度纤维混杂体系的复合材料,研究了其抗折强度、抗压强度、弯曲韧性及直接拉伸强度等基本力学性能,并通过扫描电子显微镜和数码电子显微镜对其微观结构进行分析。抗折、抗压强度试验结果表明,混掺两种纤维试样的抗折强度和早期抗压强度均明显优于单掺POM纤维试样,然而,28 d抗压强度有小幅下降;三点弯曲试验结果表明,单掺POM纤维可以改善水泥基材料的韧性并提高材料的等效弯曲强度,混掺BF后,等效弯曲强度进一步提高。微观分析结果表明,POM纤维和BF与基体结合紧密,两种纤维在宏观和微观尺度上均起到协同作用,共同发挥阻止裂纹扩展的作用,从而改善水泥基复合材料的韧性并提高强度。

玄武岩纤维支护砂浆动态力学性能

为研究玄武岩纤维(basalt fiber,BF)砂浆在复杂地下环境中应用于支护的可行性,做了4种不同掺量(0、0.2%、0.4%、0.6%)的BF砂浆,采用Φ74 mm的变截面霍普金森压杆(split Hopkinson pressure bar,SHPB)装置测试动态抗压强度,万能试验机测试静态单轴抗压强度。对比分析动态抗压强度、极限韧性、峰值应变、动态增长因子,研究BF砂浆的动态力学性能。结果表明,水泥砂浆掺加BF具有较好的抗冲击性能,随着BF掺量的增加,砂浆的峰值应力,极限韧性,峰值应变,动态增长因子均有所提升。BF掺量在0.6%时,相同应变率下的峰值应力最大,80 s^(-1)应变率下的峰值应变提升19.26%,在65 s^(-1)之后极限韧性提升最大,动态增长因子增加最快。BF掺量越多,砂浆冲击后形成的碎块粒度越大,扫描电镜分析与破坏形态均能说明BF可以在砂浆内部形成良好的约束作用。

碳纤维编织网增强磷酸镁水泥砂浆界面黏结性能研究

为研究碳纤维编织网增强磷酸镁水泥砂浆加固法(TRMM)中2个界面(砂浆-混凝土、碳纤维编织网-砂浆)的黏结性能,对21个黏结试件进行了弯折试验。研究变量包括界面处理方式(打磨、刻槽、凿毛)、磷酸镁水泥砂浆(MPCM)类型(MPCM、聚乙烯醇纤维(PVA)改性MPCM)、碳纤维编织网处理方式(表面涂层、表面涂层+粘砂、浸渍+粘砂),分析了试件破坏模式和在不同变量下黏结性能变化规律。结果表明,砂浆-混凝土界面黏结性能随着界面粗糙度的提高而增强,当粗糙度由0.77 mm提高至1.97 mm,试件由脆性破坏变为延性破坏;PVA可通过桥联作用改善碳纤维编织网-砂浆界面黏结性能;浸渍和粘砂后碳纤维编织网-砂浆界面黏结性能显著增强,界面黏结强度提高68%。

纤维对装配式建筑砂浆强韧化作用及机制研究

水泥基复合材料是装配式建筑结构最重要的材料之一,为探究玄武岩纤维对其强韧化效果及作用机制,研究玄武岩纤维掺量、形态等特征参数对高性能砂浆的抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度和弯曲韧性的影响规律,并结合扫描电镜(SEM)、X射线衍射(XRD)、接触角(OCA)和压汞(MIP)等测试方法分析玄武岩纤维对高性能砂浆作用机制。结果表明:玄武岩纤维可有效提升高性能砂浆抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度和弯曲韧性,随着纤维掺量的增加,提升效果先增大后降低,适宜掺量为1%,相同条件下树脂铰联化玄武岩纤维(BF-Ⅱ)增强效果优于短切玄武岩纤维(BF-Ⅰ)。BF-Ⅱ表面粗糙与砂浆机械互锁作用更强,BF-Ⅰ表面光滑但与砂浆分子间作用力更强。纤维表面附着大量水泥水化产物,随着龄期的延长增强效果更加显著。添加纤维后,砂浆的最可几孔径变小、孔隙率及多害孔比例均得到降低,有效提高砂浆的性能。

玄武岩纤维膨润土水泥膏浆的注浆加固工程应用研究

岩溶塌陷是盾构法隧道工程穿越岩溶地层面临的关键问题之一,其不仅会对油气管道造成破坏,还会导致油气泄漏、破坏生态环境、威胁沿线居民生命财产安全等问题。针对湖南永州某地盾构法隧道穿越的岩溶地层溶洞发育特点,优选兼具良好流变性能和力学性能的玄武岩纤维膨润土水泥膏浆配方,开展玄武岩纤维膨润土水泥膏浆原位注浆充填加固实验,并通过钻孔取心和室内实验的方法检验了该注浆材料的加固效果,实验结果表明:钻孔取心获得的地层岩心密实,胶结强度较强,岩心采取率满足施工要求的80%;受地下水的影响,钻孔深度为6~7 m的注浆固结体28 d的无侧限抗压强度较小,平均为0.32 MPa,但试样较为完整;钻孔深度为7~8 m的注浆固结体28 d的无侧限抗压强度较6~7 m的注浆固结体增加了约5.36倍。采用玄武岩纤维膨润土水泥膏浆进行原位注浆充填加固的注浆固结体强度大于施工要求的强度指标,有效保障了岩溶地区盾构穿越工程的安全性。

玄武岩纤维及其增强水泥基材料的研究进展

玄武岩纤维是一种极具应用前景的新型高性能无机纤维。概述了玄武岩纤维的物理力学性能、环境因素作用下玄武岩纤维及其复合材料的耐久性和表面修饰对纤维性能的影响。重点介绍了玄武岩纤维在水泥基材料中的应用研究进展,其中包括玄武岩纤维混凝土准静态力学性能和韧性的理论与试验研究以及玄武岩纤维布在混凝土结构加固方面的应用。并提出了当前玄武岩纤维增强水泥基材料研究中存在的问题和今后研究的方向。

矿物掺和料对玄武岩纤维水泥砂浆强度发展的影响

研究了粉煤灰和硅灰对玄武岩纤维增强水泥基材料强度发展规律的影响,分析了粉煤灰和硅灰复掺对水泥砂浆中玄武岩纤维耐腐蚀性的影响.结果表明:玄武岩纤维对水泥基材料的早期抗折强度具有增强作用,后期增强效果下降,甚至会降低基体强度;粉煤灰和硅灰可显著延长玄武岩纤维对水泥砂浆抗折强度增强效果的时效.XRD图谱和显微结构分析表明,粉煤灰和硅灰复掺后降低了水泥基体中Ca(OH)2晶体的含量和玄武岩纤维的腐蚀程度,改善了玄武岩纤维和水泥基体之间的界面性质.

纤维表面处理对FRP-水泥砂浆抗弯性能的影响

分别对碳纤维和芳纶纤维进行表面处理,并利用三点弯曲梁试验来研究水泥砂浆外贴该两种纤维片材后的抗弯性能.结果表明:粘贴碳纤维和芳纶纤维片材能极大提高水泥砂浆的抗弯强度和韧性指数,其最大断裂荷载增幅超过150%,破坏模式从脆性的突发性破坏转变为具有一定延性的积累性破坏;经等离子体表面处理后的碳纤维和芳纶纤维,可使CFRP-水泥砂浆和AFRP-水泥砂浆的最大断裂荷载和韧性指数都显著提高,而且构件在受弯过程中是被拉断的,充分发挥了纤维高强的特点.

聚丙烯纤维参数对水泥砂浆抗干缩开裂性的影响

利用圆环法测试研究了聚丙烯纤维掺量、长度、几何形状等参数对水泥砂浆在硬化阶段抗干缩开裂性能的影响.实验结果表明:三叶形聚丙烯单丝纤维的掺加能明显改善水泥砂浆在硬化阶段的抗干缩开裂性能,且其掺加的量越多,水泥砂浆的抗干缩开裂性越好;聚丙烯纤维横截面形状不同,其对水泥砂浆抗干缩开裂性的作用效果也不同,其中横截面为三叶形的聚丙烯单丝纤维对水泥砂浆抗干缩开裂性的作用效果较好;掺入的三叶形聚丙烯单丝纤维长度越长,水泥砂浆的抗干缩开裂性越好;三叶形聚丙烯单丝纤维经表面处理后,其对水泥砂浆抗干缩开裂性的影响有所增大.

玄武岩纤维特性及其应用前景

玄武岩纤维不仅具有高强、高模量的特点,而且耐高温、耐腐蚀。叙述了玄武岩纤维材料的优越的性能,以及玄武岩纤维及其制品在不同工业领域的应用,对其在水泥基复合材料中的应用前景作了探讨。

玄武岩纤维增强水泥砂浆的拉破坏试验研究

为了研究玄武岩纤维(BF)增强水泥砂浆在拉应力作用下的变形破坏过程,利用巴西劈裂试验和数字散斑相关方法,研究了BF增强水泥砂浆在拉破坏过程中变形场的演化。结果表明:(1)BF含量相同时,试件的抗拉强度随养护时间的增加先增加后减小;(2)养护时间相同时,抗拉强度随玄武岩含量的增加先增加后减小;(3)当拉应力较小时,试件内部存在局部小变形区;拉应力增加,局部小变形区面积增加,相邻的局部变形区相互合并,形成更大的局部变形区;局部大变形区相互合并形成应变局部化带;最终应变局部化带发展成宏观裂纹;(4)相同养护时间,BF含量小于0.1%时,BF含量增加,应变局部化带的形成位置逐渐向峰值载荷移动;(5)BF提高了水泥砂浆颗粒间的连接强度,使抗拉强度提高;试件破坏时,硅酸盐化合物先破坏,BF后破坏。

熔纺聚乙烯醇纤维对水泥砂浆的增强增韧作用

采用实验室自制的熔纺聚乙烯醇(PVA)纤维、进口凝胶纺PVA纤维和国产湿法纺PVA纤维增强增韧水泥砂浆,研究了纤维纤度和掺量对其分散性及对水泥基复合材料结构与性能的影响。结果表明,与进口凝胶纺纤维和国产湿法纺纤维相比,纤度较大的熔纺纤维在水泥砂浆中分散均匀,与水泥砂浆粘接较好,增强增韧效果好,且其纺丝工艺简便、高效、环保,是增强增韧水泥基复合材料的新型纤维。

玄武岩纤维水泥土抗拉性能试验研究

为提高水泥土的抗拉性能,利用纤维的加筋增强效果,探讨在水泥土中掺入玄武岩纤维来改善其抗拉性能的方法.对不同配比的玄武岩纤维水泥土进行劈拉试验,得到相应的抗拉强度及不同的破坏形态.研究结果表明,玄武岩纤维的掺入能明显提高不同龄期水泥土试件的抗拉强度,但随着纤维掺量的增加,增强效果逐渐减弱,即过多的纤维掺量无法带来更明显的强度增长;玄武岩纤维的掺入使水泥土的塑性增强,试件破坏时表现出一定的塑性,有利于提高工程稳定性.根据实验结果建立了不同配比的玄武岩纤维水泥土抗拉强度与抗压强度的关系式,可为实际工程提供参考.

BFRC中玄武岩纤维的分散性与胶砂流动性

通过机械力及材料间的摩擦并不能使玄武岩纤维有效分散于水泥砂浆基体中。选用羧甲基纤维素(CMC)作为分散剂,采用超声波振荡,当胶砂流动度大于170mm时,实现了玄武岩纤维在水泥基体中的均匀分散。CMC分散剂有助于纤维分散,其水溶液质量分数宜保持在1.56%～1.77%间,温度宜控制在40～44℃。随着纤维含量的增加,玄武岩纤维增强水泥基复合材料(BFRC)的胶砂流动性逐渐降低,粉煤灰掺量达20%以上时,BFRC的胶砂流动性显著提高,掺量不超过25%时,BFRC的28d抗折、抗压强度均有所提高。

裂缝综合修补技术试验研究

混凝土裂缝几乎是不可避免的,但大部分裂缝均可通过修补使混凝土结构恢复原有功能。本研究分别采用玄武岩纤维水泥砂浆结合灌浆法对受弯混凝土梁进行了综合修补裂缝试验研究对比,结果发现,这种新的修补方法可使新补混凝土层中的收缩裂缝与受力裂缝得到明显控制,使修补结构获得良好的整体性,明显提高粘结界面的抗疲劳性能,使修补结构的耐久性得到有效提高。