钢-PVA混杂纤维高性能混凝土抗渗性能试验研究

为探究钢纤维掺量、聚乙烯醇(PVA)纤维掺量和矿粉掺量对钢-PVA混杂纤维高性能混凝土(HFHPC)抗渗性能的影响,本文开展了钢-PVA HFHPC抗渗性能试验,并对试验结果进行了极差分析、方差分析和回归分析。结果表明:对HFHPC抗渗性能的影响程度从高到低依次为钢纤维、矿粉和PVA纤维。在试验水平范围内,得出混凝土试件抗渗性能最佳水平组合:钢纤维体积掺量1.0%、PVA纤维体积掺量0.7%、矿粉质量取代率20%。当钢纤维掺量超1.0%时,HFHPC抗渗性能略有下降,但仍高于基准素混凝土。最后采用多元回归分析,建立了HFHPC渗透系数与钢纤维、PVA纤维和矿粉的预测模型。

PVA-钢纤维自密实混凝土早期干燥收缩研究

研究了钢纤维、PVA纤维、PVA-钢混杂纤维对自密实混凝土早期干燥收缩的影响。结果表明:纤维的掺入不会改变自密实混凝土干燥收缩的发展趋势;单掺钢纤维或PVA纤维均能抑制自密实混凝土的干燥收缩,其中,PVA纤维较钢纤维对自密实混凝土干燥收缩的抑制效果更好,但纤维体积掺量过高则会导致纤维的抑制效果减弱;PVA-钢混杂纤维对自密实混凝土干燥收缩的改善效果优于单一纤维,其中,0.3%体积掺量的钢纤维与0.06%体积掺量的PVA纤维混杂对自密实混凝土干燥收缩的改善效果相对最好,表现出显著的混杂效应。

PVA水凝胶的制备及其在柔性电极中的应用

以硼酸为交联剂,采用冷冻、化学交联法两步制备了易成型的聚乙烯醇(PVA)水凝胶,并以该水凝胶为基底,加入聚苯胺PANi制备了聚乙烯醇/聚苯胺(PVA/PANi)柔性电极。傅立叶红外光谱(FT-IR),X射线衍射(XRD)、扫描电子显微镜(SEM)和力学性能测试表明,PVA水凝胶中产生了以硼酸酯键连接的化学交联点、表面产生了闭孔结构,导致其结晶度下降、粘附性消失,而热稳定性和力学性能提升(抗拉强度1.5 MPa)。此外,以化学交联PVA水凝胶为基底的PVA/PANi电极具有良好的导电性及电化学性能,面积比电容达到528.8 mF/cm^(2)。

钢-PVA纤维混凝土预制连梁抗震性能试验研究

为研究钢-聚乙烯醇混杂纤维混凝土(Steel-Polyvinyl Alcohol Hybird Fiber Concrete,简称SPHFC)预制连梁的抗震性能,对1个普通混凝土(RC)预制连梁试件和3个SPHFC预制连梁试件进行低周往复加载试验,分析预制连梁的破坏过程、破坏形态、滞回性能、刚度及耗能能力等抗震指标,研究连梁基体材料和截面宽度对其抗震性能的影响,阐明了SPHFC预制连梁的破坏机理.结果表明:RC预制连梁破坏时混凝土剥落现象严重,最终表现为剪切型破坏;SPHFC预制连梁破坏时几乎无混凝土剥落现象,充分发挥了纤维混凝土多裂缝开展的特点,最终发生弯剪型破坏;SPHFC预制连梁的承载力、延性、刚度和耗能能力均远高于RC预制连梁;分别增大SPHFC预制连梁基体强度或截面宽度,连梁承载力提高,延性和耗能能力略有降低.本文提出的新型SPHFC预制连梁各项抗震指标均显著优于普通RC预制连梁,且制作简便,轻质高强,便于预制吊装,可在装配式结构中推广应用.

钢-PVA混杂纤维高性能混凝土高温后残余力学性能试验研究

为探究3种因素钢纤维、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)纤维和矿粉对钢-PVA混杂纤维高性能混凝土(hybrid fiber high performance concrete,HFHPC)高温后残余力学性能的影响。对钢纤维、PVA纤维和矿粉3种因素各取3个水平,采用L_(9)(3^(3))方案进行正交设计,测试HFHPC遭受高温作用后的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度,并进行极差与方差分析。结果表明:钢纤维体积分数为2.0%时可以有效提高HFHPC的各项强度。PVA纤维能够抑制混凝土爆裂,与钢纤维混杂可体现优势互补。800℃时,当钢纤维体积分数为2.0%、PVA纤维体积分数为0.3%、矿粉掺量为10%时,HFHPC的抗压强度残余率与劈拉强度残余率达到最高,分别为60.23%和74.5%。当矿粉掺量大于10%时,HFHPC抗压强度可显著提高,而劈拉强度与抗折强度略有下降。最后分别建立了HFHPC立方体抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度的预测模型。

配筋PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料梁柱边节点抗震性能试验研究

改善工程材料韧性和耐久性,提高框架梁柱节点抵抗变形和破坏的能力,是提高框架结构抗震韧性的有效途径之一。采用PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料代替普通混凝土应用到梁柱边节点,考虑轴压比和加密区体积配箍率的影响,设计6个配筋PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料、1个配筋单掺PVA纤维增强水泥基复合材料和1个钢筋混凝土梁柱边节点试件进行拟静力试验,分析其破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力、钢筋应变和梁端塑性铰区转角,探讨混杂纤维的加入对梁柱边节点抗震性能的影响。结果表明:与钢筋混凝土节点和单掺PVA纤维增强水泥基复合材料节点相比,PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料节点的承载力高、变形能力大、延性好、耗能能力强,抗震性能显著提升。当试验轴压比从0.12增加到0.24,梁端塑性铰区产生一定的外移,塑性性能发挥更充分,同时试件的变形能力、延性、耗能能力增加。在加密区体积配箍率减小的情况下,试件仍表现出良好的抗震性能。

RTP-PVA混杂纤维的工程水泥基复合材料干缩性能试验研究

为研究回收轮胎聚合物(recycled tyre polymer,RTP)和聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)混杂纤维对工程水泥基复合材料(engineered cementitious composites,ECC)干缩性能的影响,对RTP-PVA混杂纤维总体积分数为2.0%的ECC进行流动性、直接拉伸和干缩试验,并分析混杂纤维作用机理和干缩计算模型.结果表明:RTP纤维替代率为12.5%~50%对ECC流动性影响不大,比单掺PVA纤维的ECC流动性降低1.09%~3.69%.ECC的抗拉强度随RTP纤维替代率的增加而降低,不同比例的混杂纤维比单掺PVA纤维的ECC抗拉强度降低了23.6%~56.6%.不同比例混杂纤维ECC干缩率曲线趋势相近,7 d时干缩率为28 d时的80.92%~82.77%.ECC的干缩率随RTP纤维替代率的增加而降低,28 d时不同RTP纤维替代率的混杂纤维比单掺PVA纤维的ECC干缩率降低了0.80%~2.09%.RTP-PVA混杂纤维可在ECC中协同发挥作用抑制基体干缩,结合试验结果得到适合RTP-PVA混杂纤维ECC的指数型干缩预测模型.

PVA-ECC材料抗压强度及收缩性的时变规律研究

PVA-ECC材料的长期力学性能对港口工程结构加固修复至关重要。通过PVA-ECC材料不同龄期试块的抗压强度试验和收缩性试验对其宏观力学特性的时变规律进行了研究。研究表明,2%PVA掺量的PVA-ECC材料的流动性差,其在港口水工结构加固工程中的适用性有待进一步研究。通过抗压强度试验可知,随着龄期的增加,1.5%PVA掺量和1.8%PVA掺量的试块抗压强度呈现抛物线上升的趋势,经180d养护后的试块抗压强度分别达到69.4 MPa和76.1 MPa,是C40混凝土试块强度的1.5倍和1.6倍,从抗压强度分析,两者均满足加固工程的强度要求。根据材料收缩性对比试验可知,随着龄期的增加,三种试块的收缩率在0~28 d期间变化剧烈,在28d后变化均趋于平缓,不同PVA掺量的试块收缩率均大于C40混凝土试块,而1.5%PVA掺量的试块与C40混凝土试块收缩率更接近。鉴于1.5%PVA掺量的PVA-ECC材料流动性更能适应沿海港工结构加固的现场施工,同时,其收缩率与混凝土收缩率接近,且抗压强度足够高,因此,在港口工程结构加固修复中,推荐采用1.5%PVA掺量的PVA-ECC材料。同时,基于试验数据拟合得到了适合不同配比、不同龄期PVA-ECC材料的立方体抗压强度计算公式,可用于PVA-ECC材料的强度预测。

玉米秸秆-PVA复合气凝胶的制备及其吸附性能研究

以玉米秸秆为原料,用溴化锂和聚乙烯醇(PVA)溶液将其溶解,制备玉米秸秆-PVA复合气凝胶。采用正交试验法对制备工艺进行优化,并通过FT-IR、吸附率等手段对气凝胶的相关性能进行表征。结果表明:复合气凝胶的优化制备工艺条件为:固液质量比(秸秆∶混合溶液)为1∶100,PVA添加量与秸秆的质量比为100∶15,PVA浓度为5%,溴化锂浓度为66%,溴化锂溶液和PVA的质量比为13.85∶1。该工艺下所制得的复合气凝胶密度低至0.0268 g/cm^(3),比表面积为175.00 m^(2)/g,对废弃机油的最大吸附倍率为35.01 g/g。制备过程中,纤维素的氢键被破坏,PVA与纤维素之间通过氢键连接。复合气凝胶的密度越小,其吸油率越大。复合气凝胶具有全范围内的孔径,且大部分孔径处于介孔范围内,因此有利于对大分子污染物的吸附。

防切割用PVA纱线及其织物的综合性能研究

针对常被用作防切割纱线原材料的超高分子量聚乙烯纤维和芳纶所存在的吸湿性差、染色困难及成本高等问题。以高强高模PVA纤维为原料制备了PVA短纤纱(31.11 tex、44.44 tex、58.89 tex)、PVA/钨丝包芯纱(29.53 tex)、PVA/玻纤包芯纱(29.53 tex),并制备了具有防切割功能的织物。通过拉伸测试和可染性试验,探究短纤纱的力学性能、温度敏感性、染色性和包芯纱的耐折性;通过防切割测试、耐撕裂测试、耐磨性能测试,探究防割用PVA织物的综合性能。研究结果表明:与PVA/玻纤包芯纱相比,PVA/钨丝包芯纱具有更好的耐折性能;PVA纱线耐温性优于超高分子量聚乙烯纱线,且具有良好的染色性;短纤纱织物防切割综合使用性能与纱线力学性能呈正相关;PVA/钨丝包芯纱织物防切割综合性能最优,可达5级防切割性能。

PVA包埋氨化细菌小球制备及氨化效果研究

针对氨化细菌活性低、易流失的问题,采用聚乙烯醇与海藻酸钠作为复合载体对自行筛选的氨化细菌AX-1进行包埋固定化处理,用于有机氮的去除,通过单因素实验确定固定化包埋小球的制备条件,并将其应用到鸡粪有机氮降解实验中。结果表明:当聚乙烯醇浓度8%,海藻酸钠浓度1.5%,CaCl_(2)浓度3%,投菌量为6%,交联时间为8 h,固定化小球对有机氮降解效率最高达到40.4%,用于实际鸡粪废液中有机氮降解效率达到41.80%。

PVA纤维、减缩剂和轻烧氧化镁对水工衬砌混凝土性能影响对比研究

依托于滇中引水工程,研究了掺入聚乙烯醇纤维(PVA纤维)、减缩剂和轻烧氧化镁对衬砌混凝土性能的影响。结果表明:掺入0.9 kg/m^(3)PVA纤维和1.5%减缩剂对混凝土坍落度影响不显著,掺入5%轻烧氧化镁后,混凝土拌和物坍落度下降了36.8%;掺入0.9 kg/m^(3)PVA纤维、1.5%减缩剂和5%轻烧氧化镁后,混凝土7 d、28 d龄期的抗压强度和劈拉强度差异不明显;掺入1.5%减缩剂和5%轻烧氧化镁对混凝土7 d、28 d龄期的极限拉伸值影响不显著,但掺入0.9 kg/m^(3)的PVA纤维后,混凝土28 d龄期的极限拉伸值提高了18×10-6;掺入0.9 kg/m^(3)的PVA纤维对混凝土120 d龄期内的干缩率影响不显著,掺入减缩剂和轻烧氧化镁后,混凝土120 d龄期的干缩率分别降低了100×10-6和33×10-6;掺入PVA纤维、减缩剂和轻烧氧化镁后,混凝土裂缝降低率分别为44.1%、31.9%和25.0%,可以有效减少裂缝的产生。

PVA-铁尾矿砂混凝土抗折性能研究

为实现固废再生利用,将铁尾矿砂部分替代细骨料并掺入PVA纤维,制备出具有良好和易性的PVA-铁尾矿砂混凝土,通过标准抗折试验研究了不同铁尾矿砂替代率与PVA纤维掺量对混凝土抗折性能的影响。研究表明,PVA纤维掺量为0%和0.1%(质量分数,下同)时试件发生贯通型开裂脆性破坏,而PVA纤维掺量为0.2%和0.3%的试件破坏时裂缝宽度明显减小且未贯通。当铁尾矿砂替代率为30%、PVA纤维掺量为0.3%时,试件跨中挠度和抗折强度均达到最大值,较普通混凝土分别提高了22.04%和6.57%。当铁尾矿砂替代率超过30%时试件抗折强度和跨中挠度会显著下降。与单掺PVA纤维相比,混掺PVA纤维与铁尾矿砂的试件变形能力增强更明显。由XRD谱可知,30%铁尾矿砂替代率下试件中C-S-H凝胶与钙矾石生成量最多,能显著提高材料强度。

单螺杆挤出金属/PVA复合物3D打印成型

聚乙烯醇(PVA)具有易溶于水、粘接强度高等特性,常被用作为粘接剂。采用铜粉(Cu)与PVA为原料制备铜/PVA复合物浆料,基于自主搭建的单螺杆挤出金属3D打印平台进行3D打印成型工艺实验研究,探究了PVA含量对成型质量的影响,并且,采用单一变量法研究铜/PVA复合物浆料的挤出速度、打印速度和打印层高成型工艺参数对成型质量的影响,最后,研究不同打印层高下,素坯的拉伸强度变化,验证其有效性。结果表明,当铜粉与PVA质量比为11:1时,素坯的成型质量较好;得到最优3D打印成型工艺参数为铜/PVA复合物浆料的挤出速度为15.63 mm/s、打印速度为15 mm/s、打印层高为0.24 mm,实验证明了采用最优3D打印工艺参数的成型质量较好。

钢筋PVA-ECC柱复合受扭性能试验研究及损伤分析

为研究复合受力状态下钢筋PVA-ECC构件的受扭性能,进行了9根PVA-ECC柱和1根普通混凝土(RC)柱的单调加载试验,考虑不同轴压比、扭弯比、剪跨比、纵筋配筋率和箍筋间距等参数,研究其破坏特征、扭矩-扭率曲线特征,并进行了损伤演变分析。结果表明,PVA-ECC试件受力过程均经历了弹性阶段、弹塑性阶段和破坏阶段;PVA-ECC试件在受扭承载能力和扭转变形方面与RC试件相比有很大提升;降低轴压比、增大扭弯比和剪跨比可有效提高试件的扭转延性,减小箍筋间距和剪跨比、增大轴压比可有效延缓试件开裂;采用PVA-ECC材料能有效抑制试件的损伤发展;剪跨比、纵筋配筋率和箍筋间距对复合受扭作用下试件的损伤有较大影响;纵筋配筋率越大和剪跨比、箍筋间距越小,试件复合受扭的损伤程度越小。

局部采用PVA-ECC的铁路重力式桥墩抗震性能研究

为探究通过在桥墩墩底局部采用聚乙烯醇纤维增强混凝土(PVA-ECC)来提高铁路重力式桥墩的抗震性能的可行性,设计并制作2个配筋率为1%的桥墩缩尺模型,其中1个桥墩模型在墩底局部采用300 mm高度的PVA-ECC材料,另外1个普通混凝土桥墩模型为对比模型。通过对桥墩模型进行低周往复荷载试验,研究桥墩的破坏形态,并分析对比桥墩模型的滞回曲线、骨架曲线、累积耗能能力、位移延性以及刚度退化规律等抗震性能指标。研究结果表明:在桥墩墩底局部采用PVA-ECC材料,桥墩模型的承载能力、累积耗能能力、刚度以及位移延性系数均得到一定程度提高。研究结果验证了墩底局部采用PVA-ECC材料能够有效提高桥墩的抗震性能。

PVA纤维混凝土弯曲梁的加载断裂损伤测试分析

采用不同切口深度的PVA纤维混凝土梁进行四点弯曲实验,结合双K断裂准则,计算不同开口深度梁起裂强度因子和失稳强度因子,通过准脆性计算公式计算得到PVA纤维混凝断裂过程区裂缝开口位移和黏聚应力。

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。

超级柔韧性和优异电磁屏蔽性能的PVA-co-PE纳米纤维覆铜膜

本工作通过紫外辐射诱导和化学还原反应相结合成功制备了具有多级结构的聚乙烯醇-聚乙烯(PVA-co-PE)纳米纤维覆铜膜,PVA-co-PE纳米纤维覆铜膜具有超级柔韧性能和电磁屏蔽性能,且具有多次循环压缩后性能不减的稳定性。首先通过紫外辐照引入一定量的活化羟基,然后通过静电配位和铜粒子的化学还原作用,在纳米纤维膜上实现无钯镀铜。采用傅里叶红外光谱仪(AIR-FTIR)、能量色散型X射线荧光分析仪(EDX-7000)、扫描电子显微镜(SEM)等对样品进行结构性能分析。结果表明,成功实现PVA-co-PE纳米纤维覆铜膜的制备,SEM图表明,铜颗粒均匀分布于纳米纤维膜表面,并且薄膜由亲水转变为不易浸润。通过四探针仪器和矢量网络分析仪表征了薄膜材料的导电性和电磁屏蔽性能。结果表明,覆铜膜达到导体水平,吸波值达到47.3 dB。经过多次循环压缩后覆铜膜材料电磁屏蔽性能几乎不减,说明制得的纳米纤维覆铜膜具有优异的柔韧性和吸波稳定性,其在柔性智能可穿戴元器件领域具有广阔的应用空间。

高抗氧化甲醛交联落叶松低聚原花青素/PVA膜的制备

以落叶松树皮低聚原花青素(OPCs)为原料,用甲醛将其与聚乙烯醇(PVA)在酸环境下反应并流延制备复合膜,测试OPCs加入量X(%)=100·m(OPCs)/m(OPCs)+m(PVA)、甲醛加入量V(mL)、反应时间t(min)和pH值等因素对膜拉伸强度、紫外吸收性、抗氧化性和水溶性等性能的影响。结果表明:拉伸强度随X增大而先增后减,在X=20时取最大值12.6 MPa;在200~400 nm内强吸收,250~350nm内全吸收;红外谱图表明含有芳基醚结构,说明OPCs与PVA发生交联;水溶性与X呈负相关。