高温后钢-PVA混杂纤维高性能混凝土与变形钢筋黏结性能试验

为研究高温后钢-聚乙烯醇(polyvinyl alcohols,PVA)混杂纤维高性能混凝土(hybrid fiber high performance concrete,HFHPC)与变形钢筋的黏结性能退化规律,以200、400、600、800℃为目标温度,选取钢纤维体积率、PVA纤维体积率、矿粉掺量为正交试验因素设计并制作25组HFHPC试件,完成了单调荷载下的中心拉拔试验。结果表明:高温后各组HFHPC试件黏结破坏形态均表现为钢筋拔出破坏;试验温度范围内,对HFHPC试件黏结强度的影响程度均为:钢纤维体积率最大、矿粉掺量次之、PVA纤维体积率最小;随着温度的升高,HFHPC试件黏结强度逐渐下降,且在相同温度条件下,HFHPC试件黏结强度和峰值滑移相比于未掺纤维的混凝土试件均有所提升,其中,200℃时HFHPC试件的黏结强度提升最为显著,分别提升了33.69%、35.76%、37.54%和46.03%;混杂纤维能显著提高高温后高性能混凝土与钢筋的峰值界面能,明显改善黏结延性和耗能能力;提出的考虑温度作用后的混杂纤维混凝土与钢筋黏结-滑移模型与试验实测结果吻合较好,可为火灾后混杂纤维高性能混凝土结构损伤评估及加固方案提供参考。

塑性铰区采用PVA纤维高强混凝土柱抗震性能

为了明确局部PVA纤维高强混凝土柱中轴压比、剪跨比和PVA纤维掺量对抗震性能的影响,对不同轴压比(0.2、0.3和0.4)、剪跨比(3.23、4.15和5.07)和PVA纤维体积分数(0、0.3%、0.5%和0.7%)的8根高强钢筋混凝土柱足尺试件进行了抗震性能试验,分析了PVA纤维掺量、轴压比和剪跨比等参数对于高强钢筋混凝土柱耗能能力、自复位能力、强度退化性能、刚度退化性能以及弯矩曲率关系的影响规律.以有限元模拟软件OpenSees为平台建立试件模型,对轴压比和剪跨比进行扩展分析.研究结果表明,PVA纤维混凝土柱的延性、耗能能力明显更优,抗震性能更好;同时,轴压比和剪跨比对抗震性能影响显著,PVA纤维掺量对其影响较大;建立的有限元模型具有较高的准确性.

PVA纤维水泥基复合材料抗冲蚀磨损性能试验研究

挟沙水流对桥墩的冲蚀磨损严重,继而影响桥梁的安全服役.为此,采用自主研制的冲蚀磨损试验装置,对一种桥墩抗冲蚀磨损材料——聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)纤维水泥基复合材料进行冲蚀磨损试验.以普通砂浆为参照,首先,测试了普通砂浆试块和PVA纤维水泥基复合材料试块的抗压强度;然后,测量了冲蚀引起的质量损失,并分析了两类材料在不同冲击角度下的冲蚀磨损特点;最后,采用计算流体力学程序开展数值模拟,从流场角度对冲蚀磨损机理开展了深入分析.研究结果表明:水胶比对材料抗冲蚀磨损性能影响最大,水胶比越低,材料的强度越高和抗冲蚀磨损性能越好;在不同的冲击角度下,试块表面的冲蚀坑形状不同,在90°冲击条件下,冲蚀坑呈圆环状,在30°冲击条件下,冲蚀坑呈马蹄形;普通砂浆和E3配合比试块随冲击时间增加,单位时间(5 min)的质量损失逐渐减小,但两者的冲蚀过程不同.

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。

氧化石墨烯改性纤维增强水泥基材料的拉伸性能

为了提高聚乙烯醇(PVA)纤维增强水泥基材料的力学性能,将氧化石墨烯(GO)引入PVA纤维增强水泥基材料中,探究GO掺量在0%~0.05%范围内对材料单轴拉伸性能的影响.结果表明:掺入适量的GO能够有效提高材料的单轴拉伸性能,当GO掺量为0.01%时,28 d时材料的初裂拉伸强度、极限拉伸强度和极限拉伸应变均达到最大值,与未掺GO的对照组相比分别提高了26.97%、31.28%、23.25%;适量的GO可以优化孔隙结构,减少材料内部缺陷,促进水化产物的生成,使微观结构致密化,增强纤维和基体间的界面结合力,从而改善PVA纤维增强水泥基材料的宏观性能.

PVA纤维对水工抗冲磨混凝土性能的影响

为了改善混凝土的抗裂性能和抗冲磨性能,确保泄水建筑物的安全运行,在抗冲磨混凝土中掺入具有高强度和高弹性模量的聚乙烯醇(PVA)纤维.研究了PVA纤维混凝土的力学性能、变形性能、抗裂性能和抗冲磨性能,并与聚丙烯(PP)纤维混凝土的性能进行了对比.试验结果表明:当PVA纤维掺量为0.9kg/m3时,混凝土的28,90和180d抗压强度基本不变;劈拉强度分别增加了4.4%,8.4%和5.7%;极限拉伸值分别增加了10%,11%和4%.PVA纤维对混凝土早期干缩有一定的抑制效果,但后期混凝土的干缩值略有增加;混凝土塑性阶段的抗裂性能提高;混凝土的90和180d抗冲磨强度增加.与PP纤维相比,PVA纤维对抗冲磨混凝土性能的改善效果更好.

高韧性PVA-FRCC单轴受压力学性能及本构关系

通过单轴受压强度和变形特性试验,研究了聚乙烯醇(PVA)纤维体积掺量、粉煤灰及硅灰掺量对高韧性PVA纤维增强水泥基复合材料(PVA-FRCC)受压性能的影响;依据测得的抗压强度、弹性模量、泊松比以及单轴受压应力-应变全曲线,分别建立了立方体抗压强度与轴心抗压强度以及弹性模量的关系式;利用扫描电镜技术,对高韧性PVA-FRCC的微观结构进行了初步研究;基于实测应力-应变曲线的特点,提出了单轴受压本构方程,为高韧性PVA-FRCC结构非线性有限元分析及结构设计提供了理论依据.

高韧性PVA-SHCC多缝开裂后吸水特性研究

制备了高韧性PVA-SHCC(聚乙烯醇-应变硬化水泥基复合材料)试件,通过吸水试验和中子成像试验,研究了未开裂和直拉多缝开裂情况下SHCC的吸水特性.结果表明:中子成像能够对无裂缝和多缝开裂SHCC试件的吸水过程进行可视化追踪和定量分析计算;SHCC在无裂缝时吸水很少,中子成像无肉眼可见的水分前锋;多缝开裂后,能够清晰探测到水分沿80～140μm的裂缝迅速侵入材料内部,并通过遭横向拉拔破坏的纤维与水泥基体界面而充满裂缝区;在这种情况下,应从耐久性角度限制SHCC多重裂缝宽度.

PVA-FRCC抗压强度增长规律分析与预测

通过不同PVA纤维体积率在3d、7d、14d、28d、56d、90d及120d龄期的立方体抗压强度试验,得到纤维体积率和龄期对PVA纤维增强水泥基复合材料立方体抗压强度变化规律的影响并建立了预测模型。结果表明,PVA纤维的掺入不能增加立方体的抗压强度,但可以提高抗压强度前期的增长速率,增强前期强度,弥补了粉煤灰的掺入导致PVA-FRCC立方体抗压强度前期不足的缺陷。并且,PVA纤维具有阻裂作用。龄期影响着抗压强度的增长速率在整个过程中的变化。所建立的PVA纤维增强水泥基复合材料立方体抗压强度预测模型,拟合优度较好,误差较小,并具有收敛性,符合PVA纤维增强水泥基复合材料抗压强度的发展规律。

PVA-ECC与既有混凝土黏结面抗渗及劈裂抗拉试验

采用相对渗透系数法和劈裂抗拉法,开展了聚乙烯醇纤维增强混凝土(PVA-ECC)与既有普通混凝土黏结面抗渗及劈裂抗拉试验,分析界面处理方式、界面剂种类和养护时间对黏结面抗渗性能及劈裂极限力的影响.结果表明:随着界面粗糙度的增加,黏结面渗透系数减小,劈裂极限力增大,抗渗性能和黏结性能得以提高;不同界面剂中,采用膨胀水泥浆处理的黏结面抗渗性能最好,而采用环氧树脂界面剂处理的黏结面劈裂极限力最大;养护时间从14d增加到28d时,刷毛平界面膨胀水泥浆(S-P)复合试件的渗透系数下降了75.2%,劈裂极限力增大35.0%;PVA-ECC与既有普通混凝土黏结面的渗透系数与渗水后的劈裂极限力呈线性关系,且前者随后者的增大而减小.

PVA/SiO_2-TiO_2杂化电纺纤维膜的形态与性能

以正硅酸乙酯(TEOS)、钛酸四丁酯(TBT)和聚乙烯醇(PVA)为原料,用溶胶凝胶法制备了PVA/(SiO2-TiO2)杂化纺丝液,将其电纺成纤维膜.红外光谱结果证实,PVA的羟基与TEOS和TBT水解后的羟基发生了缩合反应,杂化电纺纤维膜以网络结构形式相结合;X射线衍射分析表明,杂化电纺纤维膜的结晶度比纯PVA电纺纤维膜小;扫描电镜表明,随杂化纤维膜中无机相含量的增加,纤维的直径不断增加,纤维出现一定的弯曲和扭曲,并伴有少量带状结构的纤维;紫外-可见光谱结果表明,TiO2的引入增加了纤维膜的抗紫外性;TGA热分析结果表明,杂化纤维膜的耐热性能优于纯PVA电纺纤维膜的;耐水性和稳定性测试表明,杂化纤维膜的耐水性和稳定性优于纯PVA和PVA/SiO2电纺纤维膜的.

纳米硒和静电纺PVA/Se共混纤维的制备与表征

本文采用聚乙烯醇为模板剂,用抗坏血酸为还原剂制备纳米硒.探究了反应条件对纳米硒的形貌和分散性的影响,得出了制备红色纳米硒的最佳反应条件:反应温度为40℃、反应时间为4 h、聚乙烯醇和二氧化硒的质量比为1/7、抗坏血酸和亚硒酸的物质量之比为4∶1.采用直接分散法,将纳米硒添加到聚乙烯醇中,通过静电纺丝技术得到了聚乙烯醇/纳米硒(PVA/Se)共混纤维.通过改变纳米硒的添加量发现,当纤维中纳米硒的质量分数不大于10%时,纳米硒在共混纤维中的分散性良好.

PVA-硫酸铝改性白泥纤维及其对纸张性能的影响

采用聚乙烯醇(PVA)与硫酸铝(Al2(SO4)3)合成一种疏水性改性剂(PVA-Al)对白泥纤维进行改性,研究了改性剂的最佳制备条件以及改性白泥纤维作为填料对纸张性能的影响。结果表明,改性剂最佳制备条件为:温度80℃、时间90 min、m(PVA)∶m(Al2(SO4)3=1∶0.5;在此条件下合成的改性剂改性得到的白泥纤维抄造的纸张强度性能最佳。与加填未改性白泥纤维的纸张相比,当白泥纤维加填量为40%时,加填改性白泥纤维的纸张留着率提高了19.0%;当白泥纤维加填量为30%时,加填改性白泥纤维的纸张环压指数和抗张指数均增加了25%。

PVA和再生骨料对混凝土基本特性的影响

为研究聚乙烯醇(PVA)纤维和再生骨料对混凝土基本性能的影响规律,利用再生骨料以0%,25%,50%,75%和100%的比例替代天然骨料,并添加体积分数分别为0.25%,0.5%和1%的聚乙烯醇(PVA)纤维制备混凝土试样,然后进行物理和力学试验。结果表明:随着再生骨料掺量的增加,混凝土的密度、抗压强度和弹性模量均先增后减,而超声波速则单调减。随着聚乙烯醇(PVA)纤维含量的增加,密度和超声波速逐渐降低;抗压强度、抗拉强度和弹性模量逐渐增加;根据结果得再生骨料和聚乙烯醇(PVA)纤维的最优掺量分别为25%~50%和0.5%。相关性分析表明再生骨料混凝土的密度、抗压强、超声波速之间具有一定的线性相关性;SEM分析证明纤维在混凝土内部重叠交错分布,有利于提高混凝土的力学特性。

氯化锂对静电纺PVA纳米纤维的拉伸过程的影响

在静电纺丝过程中,如果纺丝液完全绝缘或者使用的电压不够高,静电力就不能克服表面张力,这时无法纺制纤维.在纺丝液中加入适量的盐,可以增加射流的表面电荷,射流在电场中的受力发生改变,使得纤维容易纺出.在聚乙烯醇(PVA)中添加不同质量分数的无机盐氯化锂后,对静电纺丝过程中的纤维形态产生影响.实验结果表明氯化锂显著降低了PVA溶液的表面张力,纺丝过程变得容易,纤维拉伸更显著.实验结果与理论研究的结果十分吻合.

后交联对PNIPA/PVA纤维温敏性能的影响

以过硫酸胺(APS)为引发剂,在聚乙烯醇(PVA)水溶液中原位聚合N-异丙基丙烯酰胺(NIPA)单体,将所得PNIPA/PVA混合水溶液在凝固浴硫酸铵饱和水溶液中纺丝,制备PNIPA/PVA初生纤维.为提高其热稳定性能,对该初生纤维进行热诱导交联和戊二醛交联后处理,并比较3种纤维的温度响应性能及耐热水性能.结果表明:3种纤维均有温度响应性,其中PNIPA/PVA初生纤维的温度响应性最明显,热诱导交联纤维次之,戊二醛交联纤维较差;而耐热水性能差异则正相反,戊二醛交联纤维最好,初生纤维较差.

异丙醇添加改善PVA/PEDOT∶PSS有机导电纤维表面形貌及性能研究

将浓度为10%(wt,质量分数,下同)的完全醇解的聚乙烯醇(PVA)水溶液与聚3,4-乙撑二氧噻吩∶聚对苯乙烯磺酸根阴离子(PEDOT∶PSS)分散液经高速搅拌共混制得纺丝液,采用湿法纺丝的方法制备PVA/PEDOT∶PSS复合导电纤维。通过向甲醇凝固浴中添加异丙醇改善PVA/PEDOT∶PSS复合导电纤维的表面微观形貌、导电及拉伸力学性能。混合凝固浴中异丙醇与甲醇的质量比分别为0∶1、1∶5、1∶4、1∶3、1∶2和1∶1,探究异丙醇添加量的变化对PVA/PEDOT∶PSS复合导电纤维表面微观形貌及力学、导电性能的影响。采用扫描电子显微镜、红外光谱分析仪、高阻计和电子单纤维强力仪对复合纤维进行测试表征。结果表明:异丙醇的添加改善了PVA/PEDOT∶PSS复合导电纤维的表面微观形貌、导电及拉伸力学性能。随着凝固浴中异丙醇含量的增加,PVA/PEDOT∶PSS复合导电纤维表面的沟槽逐渐减少,纤维表面逐渐变得光滑;复合纤维的电导率小幅度提升;复合纤维的拉伸强度提高,断裂伸长增加。

粉煤灰和PVA纤维复掺水泥基材料微观机理分析

目前关于粉煤灰对PVA纤维与基体间粘结界面,以及对直接拉伸和韧性的影响研究还较少,通过采用PVA纤维、粉煤灰两种材料复掺,研究制备出一类具有超高抗拉韧性和优异裂缝无害化分散能力的纤维增韧水泥基材料。采用扫描电镜从微观机理上对其增韧机理进行了深入剖析,研究结果表明,采用纤维与粉煤灰复掺的方式,既能控制好纤维与基体界面之间的特征参数即化学粘结强度和摩擦粘结强度,保证硬化水泥石具有良好的化学粘结强度,同时又利用粉煤灰的颗粒微珠效应使其不至过高,从而使滑移-硬化效应更好地得以发挥。

PVA-ECC徐变性能试验研究

基于7组聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)试件的轴心受压徐变试验,研究了不同纤维掺量和加荷龄期条件下PVA-ECC的徐变性能.结果表明:在试验掺量范围内,纤维掺量越大,PVA-ECC的徐变能力越大;PVA-ECC的徐变随加荷龄期的延长而降低,晚龄期加载试件的徐变小于早龄期加载试件.结合已有混凝土徐变计算模型和本文试验结果,提出了估算PVA-ECC徐变的2种模型,其计算值与试验值吻合较好.

PVA-FRCCs粘贴式薄板单轴直接拉伸试验研究

为了研究切口大小、水泥标号、粉煤灰掺量对聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(简称PVA-FRCCs)拉伸力学特性的影响,采用矩形薄板试件,在试件端部用环氧树脂贴一层碳纤维布或者玻璃纤维布,然后粘贴上楔形钢板进行端部加固避免应力集中破坏;采用MTS疲劳试验机控制系统,利用等速位移控制,得到了稳定的拉伸应力-应变全曲线.通过比较切口和无切口直接拉伸试件在起裂荷载、峰值荷载及其对应的应变差异发现:切口较小时,差异不大,但切口较大时,起裂荷载和峰值荷载都降低,起裂荷载对应的应变变化不大,但峰值荷载对应的拉应变和抗拉韧性值A都增加.说明两边有较小切口时反而有利于多条裂缝开展,小切口并不影响裂缝的开裂形态,起始裂缝发生的位置和无切口试件相同,一般不出现在切口处,但当切口长度较大时,裂缝开裂形态受开口影响较大,起始裂缝一般出现在切口处.