玄武岩纤维改性透水水泥稳定碎石试验研究

研究目的:透水水泥稳定碎石为透水路面的良好基层材料,在海绵城市透水路面应用前景广泛,但其强度和抗裂性能仍有待提高。本文通过室内材料试验,研究玄武岩纤维对透水水泥稳定碎石力学、透水性能影响规律,为透水水泥稳定碎石基层的改性提供参考依据。研究结论:(1)玄武岩纤维可有效提高透水水泥稳定碎石的后期抗压强度、劈裂强度;(2)不同纤维长度和纤维掺量改善效果不同,试验中12 mm玄武岩纤维掺量为0.7‰时改善效果最显著;(3)玄武岩纤维对透水水泥稳定碎石的空隙率影响不大,掺加纤维后,试件空隙率略有减小,但降低幅度不大;(4)本研究成果主要应用在道路工程领域,具体是海绵城市建设透水路基领域,可为今后的透水水泥稳定碎石基层的设计和施工提供参考。     

纤维泡沫混凝土导热特性试验研究

为增强泡沫混凝土的保温性能,以性能最优的粉煤灰泡沫混凝土为基础,通过室内试验研究所掺加的不同种类纤维的含量、长度对干密度恒为1 200 kg/m~3的泡沫混凝土导热特性的影响,得出不同种类纤维的最佳含量及长度。结果表明:基于优选的40%含量粉煤灰-水泥基泡沫混凝土,其导热系数随着养护龄期的增长呈对数下降趋势;养护龄期28 d时,含量0.15%、长度9 mm的聚丙烯纤维使泡沫混凝土导热系数达到最小值0.217 4 W/(m·K),含量0.10%、长度12 mm的玻璃纤维使泡沫混凝土导热系数达到最小值0.228 5 W/(m·K),含量0.05%、长度9 mm的玄武岩纤维使泡沫混凝土导热系数达到最小值0.239 3 W/(m·K);聚丙烯纤维对泡沫混凝土热工性的改善效果最好,玻璃纤维次之,玄武岩纤维最差。     

纤维长度对高性能砂浆力学性能的影响研究

为研究纤维长度(长径比)对高性能砂浆力学性能的影响,在保持纤维总掺量(质量掺量5%)不变的情况下采用不同长度的短切耐碱玻纤分别对高性能砂浆进行增强,并对增强后的砂浆基体分别进行抗压、抗折和劈拉性能对比试验。结果表明,砂浆基体采用短切纤维增强后的延性明显提高,受压、劈拉破坏时试件呈现裂而不碎的破坏形态,其抗压、抗折和劈拉强度比未掺纤维时总体提高40%左右;纤维长度对砂浆力学性能的增强效果影响明显,砂浆的抗压、抗折和劈拉强度提高幅度随纤维长度的增加而增加,掺入12 mm耐碱玻纤砂浆基体的抗压、抗折及劈拉强度提高幅度比掺入6 mm耐碱玻纤时分别提高约18%、5%和19%;不同长度的纤维混杂后对砂浆力学性能的改善呈一定的正相关性。     

复合纤维混凝土的力学性能试验研究

研究在相同水灰比条件下,采用不同品种、不同形状的纤维对混凝土的力学性能及破坏形态的影响.结果表明,掺入一定的钢纤维,提高了混凝土力学性能,但力学性能随钢纤维形状的不同而异,随掺量的增加而增大;加入不同品种的聚丙烯纤维,对混凝土的力学性能有一定的影响,力学性能随纤维体积掺量表现出先增加后降低最后又增加的规律;选用钢纤维及聚丙烯进行混合形成复合纤维,得到在钢一聚丙烯复合条件下的最优体积率为1％,在最优体积率下复合纤维混凝土性能随聚丙烯的相对掺量增大而提高.     

玄武岩纤维改性碾压混凝土抗裂性能研究

研究目的:碾压混凝土性能优越,但作为路面材料缺乏深入研究,并且我国碾压混凝土基层的工程应用少,缺少明确的施工规范。本文以道路沥青路面玄武岩纤维改性碾压混凝土基层为研究对象,采用正交试验,确定最优的碾压混凝土级配方案,最后基于最优级配研究玄武岩纤维的不同掺量、不同长度对碾压混凝土抗裂性能影响特性。研究结论:(1)碾压混凝土设计级配建议选取为水泥用量240 kg/m3、用水量110～120 kg/m3、级配1、减水剂0. 2%,此级配强度和压实度高、改进的VC值低;(2)适宜长度和掺量的玄武岩纤维可利于抗压强度、抗折强度、劈裂强度、拉压比的增长,弹性模量和弹强比的降低,使得抗裂性能提高,考虑到经济因素,建议选取26 mm玄武岩纤维、掺量为0. 1%的改性碾压混凝土开展设计和施工推广;(3)本研究成果主要应用在道路路面基层工程领域,对今后碾压混凝土基层的设计和施工具有借鉴意义。     

海底隧道纤维混凝土力学性能发展研究

研究目的:海底大直径隧道管片结构对混凝土的抗裂性提出了较高的要求,采用纤维混凝土能够有效解决这一问题。本文对纤维混凝土在不同养护龄期下的抗压强度以及弹性模量进行试验研究,分析不同聚丙烯纤维及钢纤维掺量对混凝土抗压强度以及弹性模量随龄期发展的影响规律,研究纤维掺量对混凝土力学性能的影响,并利用扫描电镜对聚丙烯纤维混凝土进行观测,从微观角度分析纤维与混凝土的作用机理。研究结论:(1)钢纤维对混凝土强度有提高作用,2%钢纤维掺量的混凝土试件抗压强度要明显高于其他组的试验结果,纤维混凝土的强度离散性高于普通混凝土;(2)纤维可明显提高混凝土的弹性模量,2%钢纤维掺量的混凝土试件弹性模量最高,2 kg聚丙烯纤维掺量的混凝土28 d弹性模量较3 d提升幅度最大;(3)微观试验表明,聚丙烯纤维表面较为光滑,与混凝土基体结合性能较差,是聚丙烯纤维混凝土强度较低的原因之一;(4)本研究成果可为海底隧道混凝土管片设计提供指导。     

聚丙烯纤维增强泡沫轻质混凝土力学性能试验研究

针对浇筑密度700 kg/m3的泡沫轻质混凝土掺加6种长度(3,6,9,12,15,19 mm)、不同掺量的聚丙烯纤维,开展抗压强度试验、劈裂抗拉强度试验和抗折强度试验,研究聚丙烯纤维对泡沫轻质混凝土力学性能的影响。结果表明:当纤维长度为3,6,9,12 mm时,泡沫轻质混凝土的抗压强度、弹性模量、劈裂抗拉强度、抗折强度均随着纤维掺量的增加先增大后减小;当纤维长度为15,19 mm,掺量≤0.2%时,其抗压强度、弹性模量、劈裂抗拉强度、抗折强度与基准值相比稍微增加,掺量0.2%时,各参数随着纤维掺量的增加而减小;纤维长度6 mm、掺量为0.6%时泡沫轻质混凝土的无侧限抗压强度、劈裂抗拉强度与抗折强度达到最大值。     

混杂纤维混凝土耐高温性能试验研究

采用液化石油气燃烧模拟火灾,对混杂纤维(聚丙烯纤维和钢纤维)混凝土高温力学性能及抗爆裂性能进行了研究.试验结果表明,混杂纤维的掺入对改善混凝土的耐火性能起着显著的功效,提高了混凝土火损试验后的抗压强度和劈裂抗拉强度.在高温下,混杂纤维能有效地阻止混凝土产生爆裂,并能较好地保持混凝土的完整性.     

玄武岩纤维、聚丙烯腈纤维和聚乙烯醇纤维对混凝土性能影响的对比研究

为了推进玄武岩纤维在铁路工程中的应用,采用与不同种类有机纤维对比分析的试验研究方法,从混凝土拌和物性能、力学性能、抗裂性能和耐久性能方面进行了研究。结果表明:在一定的掺量下,3种纤维的加入对混凝土拌和物性能影响均不大;玄武岩纤维对混凝土抗压强度和抗折强度影响不大,聚丙烯腈纤维和聚乙烯醇纤维对混凝土抗压强度影响不大,但会降低混凝土28 d龄期的抗折强度;3种纤维均有效抑制混凝土的早期开裂,玄武岩纤维和聚丙烯腈纤维的效果优于聚乙烯醇纤维;玄武岩纤维对混凝土电通量没有明显影响,聚丙烯腈纤维或聚乙烯醇纤维略增大混凝土电通量。3种纤维均可有效提高混凝土抗冻性,玄武岩纤维和聚丙烯腈纤维的效果优于聚乙烯醇纤维。     

高温后混杂纤维混凝土力学性能试验研究

为研究高温后玄武岩-纤维素混杂纤维混凝土的力学性能,对不同温度条件下掺入不同玄武岩纤维长度的混杂纤维混凝土进行抗压及抗折强度试验。基于试验数据进行统计分析,建立不同玄武岩纤维长度下混杂纤维混凝土相对抗压强度和相对抗折强度随温度变化的关系式。运用BP神经网络得出混杂纤维混凝土中玄武岩纤维的最佳长度范围。研究结果表明:素混凝土的抗压强度在200℃时达到峰值,而混杂纤维混凝土的抗压强度则是在400℃达到最高;素混凝土及混杂纤维混凝土的抗折强度均随着温度的升高呈下降趋势,800℃后,素混凝土与混杂纤维混凝土的抗折强度残余率分别仅为22.3%及26.9%。     

不同纤维掺量BFRP筋玄武岩纤维再生混凝土梁抗剪性能试验研究

通过6根玄武岩纤维(BFRP)筋玄武岩纤维再生混凝土梁的受剪试验,研究短切纤维掺量对BFRP筋纤维再生混凝土梁的裂缝开展、跨中挠度、开裂荷载和极限荷载的影响。研究结果表明:试验梁跨中挠度随玄武岩纤维体积掺量的提高先增大后减小;开裂荷载随玄武岩纤维体积掺量的提高略微增加;极限荷载随玄武岩纤维体积掺量的提高先增大后减小;玄武岩纤维体积掺量在0.2%时,极限荷载为峰值增强效果最明显。依据试验结果并参照《混凝土结构设计规范》(GB 50010—2015)对BFRP筋纤维再生混凝土梁极限承载力进行计算,结果表明计算值和试验值吻合较好。     

速凝剂主要组成对水泥水化影响机理研究

研究目的:速凝剂是喷射混凝土施工中重要的材料,偏铝酸钠(NA)和硫酸铝(AS)作为有碱和无碱速凝剂的主要组分,对喷射混凝土性能影响显著。为系统研究速凝剂主要组成对水泥水化影响机理,本文通过凝结时间、等温量热仪、XRD-Rietveld全谱拟合及扫描电子显微镜研究偏铝酸钠(NA)和硫酸铝(AS)对水泥水化历程、特征水化产物及水泥石微结构的影响。研究结论:(1) NA和AS提高了水泥早期水化放热速率及放热量,大幅度加速了水泥的凝结;(2)掺入NA和AS显著加速了C_3A的水化速率并分别生成以六角板状AFm及棱柱状AFt为主的特征水化产物;(3) NA和AS加速了C_3S早期水化,但是早期特征水化产物AFm和AFt抑制了C_3S后期进一步水化,使得1 d和3 d后C_3S水化速率相对于空白组明显放缓;(4)掺入NA和AS明显提高了水泥早期水化速率,但降低了后期水化速率,使得C-S-H凝胶生长不充分,EDS显示养护28 d后水泥石中C-S-H凝胶Ca/Si均高于空白组,这是由于掺入NA和AS早期生成的致密水化产物层包裹了水泥矿物,从而延缓了后期水化进程;(5)本研究成果可为喷射混凝土早期水化特征及强度发展规律研究提供理论依据。     

玄武岩纤维提升水泥土抗压性能试验研究

水泥土搅拌桩常用于处治山区软弱土路基,但其抗压强度和变形性能较弱,易发生脆性破坏。为此,提出采用玄武岩纤维提升水泥土搅拌桩抗压性能的方法,并通过单轴抗压试验分析纤维掺量和长度对玄武岩纤维水泥土抗压性能的影响规律,最后通过电镜扫描试验（SEM）揭示玄武岩纤维对水泥土的抗压性能提升机理。结果表明：玄武岩纤维水泥土的应力-应变曲线先后经历孔隙压密、弹性变形、弹塑性变形及破坏4个典型阶段;玄武岩纤维的掺入有效提高了水泥土的抗压性能,抗压强度、峰值应变随着纤维掺量的增加先增大后减小,弹性模量随之先减小后小幅上下波动;抗压强度随着纤维长度的增加而减小,峰值应变随之先增大后减小,而弹性模量则先减小后增大,在纤维掺量为0.6%、长度为6 mm时抗压强度最大;玄武岩纤维通过与水泥土颗粒之间的摩擦力和机械锚固力对土体进行摩擦加筋,锚固水泥土内部的裂纹增强颗粒之间的连接作用力,但当纤维过多或者较长时,会出现“堆聚”和“交叉搭接”现象,减少有效加筋纤维数量,从而降低试样的抗压性能,因此在水泥土中掺入玄武岩纤维时,纤维掺量和长度要适宜。     

弹性材料改性高强混凝土轴心抗压强度的试验研究

高强混凝土由于其高工作性能被广泛地应用于工程建筑中,但高脆性限制其进一步发展;掺入适量的聚丙烯纤维、钢纤维或者混杂纤维可明显改善高强混凝土的力学性能;在高强混凝土中掺入一定量的橡胶粉,可改善混凝土的脆性,提高延性.通过将一定量的橡胶粉、聚丙烯纤维和钢纤维掺入高强混凝土中,研究各种混凝土的破坏形式,以及轴心抗压强度的变化,探讨三种弹性材料对高强混凝土性能的影响.     

聚丙烯纤维水泥稳定碎石干缩性能试验研究

聚丙烯纤维的掺入可显著地减小水泥稳定碎石的平均干缩系数;随着水泥掺量的增加,聚丙烯纤 维水泥稳定碎石干缩系数逐渐增加;高龄期的平均干缩系数比低龄期的小;在纤维体积掺量<1‰的范围内,随着纤维体积掺量的增加,水泥稳定碎石平均干缩系数均逐渐减小.     

聚丙烯纤维红黏土无侧限抗压强度试验研究

通过无侧限抗压强度试验,研究聚丙烯纤维对红黏土无侧限抗压强度的影响规律。试验结果表明,在红黏土中掺入一定量的聚丙烯纤维,可以明显地提高其无侧限抗压强度,聚丙烯纤维土的无侧限抗压强度是素土的1.18~2.54倍;聚丙烯纤维土的无侧限抗压强度随着纤维含量和纤维长度的增加而增大。纤维能提高红黏土的残余强度,增强了土体的破坏韧性,使破坏模式由脆性破坏向塑性破坏转变;纤维在土体中形成了空间网状结构,约束了土体的变形,提高了土体的整体性。本文的研究成果对聚丙烯纤维红黏土作为路基填土材料的工程应用提供了试验数据和理论依据。     

聚丙烯纤维网湿喷混凝土隧道衬砌的应用研究

针对传统喷射混凝土用于隧道衬砌存在的质量离散性大、抗拉强度低、密实性和耐久性差等问题,研究采用在混凝土中掺入聚丙烯纤维网的解决方案。通过对不同掺量的聚丙烯纤维网混凝土试件进行实验分析,结果表明,在混凝土中掺入体积掺量为0.1%~0.2%的聚丙烯纤维网,可使抗拉强度提高50%以上,抗渗性能提高55.6%以上。在宝兰铁路东巨寺沟隧道直接喷射聚丙烯纤维网混凝土,并对喷层厚度测量和外观质量观察表明,喷层厚度均匀,表面平整;3个分段试件的强度值离散性小,平均抗压强度分别为43.2,44.3,44.2MPa,平均抗折强度分别为5.7,5.9,5.9 MPa。聚丙烯纤维网混凝土既可用于隧道开挖后的支护,又能用于隧道的永久衬砌。     

基于综合性能的纤维水泥基原材料优化选择

研究目的:基于现阶段纤维超韧性水泥基工程材料的原材料选择随意、优化繁琐等问题,本文通过对8组复合材料进行力学、工作等性能测试,并结合经济性能,构建综合型多指标灰色关联决策模型,优化出最佳材料组合,最后通过单轴拉伸试验验证分析最佳组的优良韧性及应变硬化特性,为其工程推广应用提供一定的理论参考。研究结论:(1)养护龄期对各组复合材料的力学性能有显著影响,其中28 d龄期的性能更优越;(2)由12 mm聚乙烯醇纤维(简称PVA)、40～70目石英砂组成的复合材料抗压、抗折强度均为最佳,抗裂性能较好;(3)由6 mm PVA纤维、20～40目石英砂组成的复合材料抗拉强度最高,拉伸性能最显著;(4)由6 mm PP纤维、40～70目石英砂组成的复合材料工作性能最佳,方便于施工与科研试验的搅拌等工作;(5)由12 mm PP纤维、40～70目石英砂组成的复合材料的灰色关联决策综合性能最好,其极限拉应变大约是普通混凝土的300～400倍,有显著的拉伸韧性,推荐其作为提高结构使用寿命的工程韧性材料。     

混杂纤维增强钢筋混凝土梁抗弯性能试验研究

进行了普通混凝土和单掺钢纤维、聚丙烯纤维以及掺合钢/聚丙烯混杂纤维的钢筋混凝土梁抗弯性能试验.试验研究表明,混杂纤维的掺入可以显著提高梁的抗开裂性能,并且在一定程度上提高梁的正截面极限承载力.试验还表明混杂纤维能有效地抑制裂缝的出现和发展,降低了脆性破坏的发生,提高了梁的刚度和延性.     

玄武岩纤维加筋粉质黏土的静动力学特性试验研究

玄武岩纤维作为一种新型环保高性能土体加筋材料,在土体中所表现出的静、动力学特性不同于一般的土工合成材料。为深入研究玄武岩纤维加筋粉质黏土的静、动力学特性,进行三轴压缩试验和动三轴试验,分析玄武岩纤维掺入量以及土体含水率等因素对粉质黏土抗剪强度、剪切模量以及阻尼比的影响。研究结果表明:纤维的加入能显著提高土体的抗剪强度,而纤维对粉质黏土抗剪强度参数的影响主要体现在黏聚力的提高上,对内摩擦角的影响比较小;含水率在最优含水率18.5%时,土体的抗剪切强度达到最大值。在应变一定时,土体的动剪切模量随着纤维掺入量以及含水率的增大先增大后减小;阻尼比随着纤维掺入量的增大先减小后增大,而含水率对阻尼比的影响较小。总体而言,在最优含水率18.5%,最佳纤维掺入量0.2%情况下能显著改善粉质黏土的静、动力特性。本文的研究成果将为玄武岩纤维加筋土路基的设计提供依据。