玄武岩纤维增强混凝土力学性能试验研究

玄武岩纤维是玄武岩经高温拔丝生产的新型建筑材料,将玄武岩纤维应用到公路工程中可提升结构强度。通过将3种不同长度的玄武岩纤维（12,18,24 mm）以不同掺量（0.1%,0.2%,0.3%）加入到混凝土中进行力学性能研究,结合抗压强度、劈裂强度、弯曲抗拉强度、轴心抗压强度对混凝土性能进行分析,结果表明:纤维长度为18 mm,纤维掺量为0.1%时可保持混凝土强度处于较高水平。     

纤维掺量对沥青混凝土抗压回弹模量的影响分析

为了研究纤维掺量对沥青混凝土的抗压强度和回弹模量的影响,选用5种聚酯纤维掺量沥青混凝土的圆柱体试件在M TS810材料试验机上进行单轴静压试验,试验温度为20℃。分析了沥青混凝土的抗压强度和回弹模量随纤维掺量变化的规律以及纤维的作用机理,同时对回弹模量取值的合理性进行了探讨。结果表明,沥青混凝土的力学性能对纤维的掺量反映敏感,适量地加入纤维会改善沥青混凝土的抗压强度和回弹模量。根据试验分析结果确定纤维的合理掺量范围为0.2%~0.25%,纤维掺量为0.3%的回弹模量合理取值有待深入研究。     

多尺度纤维加筋水泥土抗压性能试验研究

为研究玄武岩纤维和粗、细聚丙烯纤维加筋水泥土抗压性能,本研究通过无侧限抗压强度试验,对浸水条件下不同土质、水泥掺量、纤维种类、纤维掺量、纤维长度以及纤维组合方式试件抗压性能进行了研究。结果表明:水泥能够一定程度提高土体无侧限抗压强度,但水泥土试样应力应变曲线峰后下降较快,呈脆性破坏特征;掺入纤维能继续提高水泥土无侧限抗压强度,有效改善水泥土脆性破坏模式并提高水泥土抗开裂性能;玄武岩纤维分散性不良,而粗、细聚丙烯纤维分散性较好,适用于纤维加筋水泥土;纤维掺量和纤维长度对纤维加筋水泥土抗压性能有较大影响,随着纤维掺量的增加,无侧限抗压强度总体呈现先增大后减小规律;对于不同土质和不同纤维种类,纤维长度对纤维加筋水泥土无侧限抗压强度的影响不一。细聚丙烯纤维理想长度和掺量为12 mm和0.8%,粗聚丙烯纤维理想长度和掺量为38 mm和0.8%。相较于单种纤维加筋,粗细聚丙烯纤维混掺加筋对水泥土抗压强度的增强与脆性破坏模式的改善效果更好,粗细混掺聚丙烯纤维加筋水泥土理想组合为38 mm长粗聚丙烯纤维(掺量为0.3%)+12 mm长细聚丙烯纤维(掺量为0.3%)。     

玄武岩纤维混凝土基本力学性能研究

随着我国技术、经济的迅猛发展,基础设施建设中不断引用"新技术、新工艺、新材料、新设备"等4新技术,不断解决施工过程中存在的问题。为避免混凝土产生有害裂缝,增加混凝土的耐久性与耐候性,特在混凝土中掺拌玄武岩纤维,以此减少裂缝的产生。文中通过试验研究了纤维掺量对混凝土试件的抗压强度和抗劈拉强度的影响。结果表明,玄武岩纤维可显著提升试件的抗压强度和抗劈拉强度。随着纤维掺量的增加,抗压强度呈现出先增加后减少的趋势,纤维掺量为0.4%时,其28d抗压强度达到96.25MPa,相比素混凝土性能提升34.37%;抗劈拉强度因玄武岩纤维的桥接作用,纤维掺量为0.4%时,性能相较基准混凝土提升29.34%。该种纤维混凝土可解决需要保证路基路面不易开裂的施工问题。     

外加剂改性水泥石灰土力学及收缩特性试验研究

为提高水泥石灰土的力学性质和抗收缩性能,研究了TG土壤固化剂、聚丙烯纤维、玄武岩纤维对水泥石灰土的抗压强度、劈裂强度、抗压回弹模量及收缩性的影响。试验结果表明:在试验掺量范围内,随TG固化剂掺量的增加水泥石灰土的抗压强度增大,而单掺聚丙烯纤维或玄武岩纤维能明显增强水泥石灰土的劈裂强度。TG固化剂与纤维混合添加对水泥石灰土力学和收缩性能的提高幅度高于添加一种材料,尤其是TG固化剂与玄武岩纤维的混掺效果更佳。     

玄武岩纤维路面混凝土断裂参数实验研究

为探讨玄武岩纤维对水泥混凝土路面断裂参数的影响,以双K模型为理论依据,对4组不同配合比的水泥混凝土路面试块,在7d龄期进行了楔入劈拉实验,得到了FH~V曲线及断裂参数(起裂韧度及失稳韧度),并与相关文献进行了值域对比。结果表明:玄武岩纤维水泥混凝土路面FH~V曲线在裂纹未扩展、稳定扩展和失稳扩展三个阶段,呈现明显不同的特征。玄武岩纤维掺量从0增加到2.0kg/m~3,起裂韧度及失稳韧度分别由0.472MPa·m~(1/2),0.953 MPa·m~(1/2)提升至0.757 MPa·m~(1/2),1.453 MPa·m~(1/2)。玄武岩纤维的掺入有效提高了混凝土的断裂性能,但若增加纤维以提高断裂韧度为目的时,建议纤维的最优掺量为1.5kg/m~3。玄武岩纤维与碳纤维对断裂韧度的增益效果相当时,经济效果明显优于碳纤维。     

玄武岩纤维沥青混凝土优选及疲劳寿命预估

通过熵权法加权的灰靶理论,对6组不同长度、掺量的玄武岩纤维沥青混凝土路用性能进行综合评价分析,得到最优玄武岩纤维长度及掺量;对其最优组进行疲劳试验,以劲度模量及荷载作用次数为参数,建立BP神经网络模型。结果表明:经过玄武岩纤维改性的沥青混凝土其各项路用性能均得到提高,其中掺加0.3%的6 mm玄武岩纤维后,沥青混凝土路用性能综合评价最高;采用BP神经网络模型进行玄武岩纤维沥青混凝土疲劳寿命预测可得到较为准确的结果,最大误差小于1%,相比之下Levenberg-Marquardt训练算法收敛速度较快,泛化能力好,且误差平方和明显低于其他两种算法,最大相对误差为0.064%～0.485%。     

玄武岩纤维再生混凝土路用性能研究

为研究废旧水泥路面再生骨料对混凝土路用性能影响,基于试验探究再生骨料取代率对混凝土强度及耐磨性能影响。根据再生混凝土初步试验结果,进一步掺加玄武岩纤维,探讨玄武岩纤维掺量对再生混凝土抗压、抗折强度及抗裂性能影响。结果表明,随着再生骨料取代率的增加,再生混凝土抗压、抗折强度及耐磨性能均不断降低。在混凝土中掺加适量的玄武岩纤维有利于提高再生混凝土抗压强度、抗折强度,极大程度改善再生混凝土抗裂性能。     

Mix Proportion Optimal Design for Flexible Basalt Fiber Reinforced Cement Concrete

为研究玄武岩纤维增强水泥混凝土的路用性能,针对柔性纤维水泥混凝土配合比设计过程中的不确定性和依赖经验的现状,以水灰比作为参照因素,通过正交试验分析了玄武岩纤维体积掺量和长度对混凝土抗弯拉强度的影响程度,明确了主次影响参数及参数适宜取值范围.通过进一步分析纤维体积率对水泥混凝土28 d抗弯拉强度、干缩率和冲击韧性等指标的影响,结合柔性纤维混凝土的增强机理,确定了各参数的最佳选值.研究结果表明,水灰比、纤维体积掺量和纤维长度是影响混凝土强度的重要因素,0.2％～0.3％体积掺量的玄武岩纤维可显著提高水泥混凝土的早期强度、收缩性能和抗冲击性能,同时具有良好的工作性,玄武岩纤维对水泥混凝土后期强度的提升有一定效果.     

纤维沥青混凝土的动态参数试验研究

通过动态抗压试验和动态劈裂试验研究了不同纤维掺量沥青混凝土的动态性能参数。选用5种聚酯纤维掺量的沥青混凝土圆柱体试件和马歇尔试件,每种纤维掺量制作4个试件,在MTS810材料试验机上进行试验。通过试验确定不同纤维掺量沥青混凝土的动态抗压模量和劈裂回弹模量,对纤维沥青混凝土的动态性能机理进行了分析,并且讨论了动静态抗压模量之间的关系以及纤维掺量与动态模量之间的关系。结果分析表明,加入纤维后的沥青混凝土表现出与普通沥青混凝土相似的动态响应规律,沥青混凝土的动态模量与纤维掺量之间存在较好的相关性,适量的加入纤维会改善沥青混凝土的动态模量等主要动态参数,从而有效增强其综合路用性能。根据动、静态分析结果的基础上给出此种聚酯纤维沥青混凝土的合理纤维掺量在0.20%~0.25%之间。     

玄武岩纤维沥青混合料疲劳特性试验研究

选用3种不同纤维长度及6种不同纤维掺量进行正交组合掺配方案设计,共18组,对Sup-20沥青混合料的路用性能及疲劳性能进行试验研究,并重点研究了混合料的疲劳性能特征并建立了疲劳寿命方程。结果表明:6 mm玄武岩纤维对高温稳定性和水稳定性增强效果最优,而9 mm玄武岩纤维对低温抗裂性和疲劳寿命增强效果更优;在低应变控制水平下（450 uε）,0.4 %掺量9 mm纤维长度的沥青混合料疲劳寿命最优。     

纤维沥青混凝土劈裂性能试验研究

通过在AC-13Ⅰ基体中外掺聚酯纤维和玄武岩矿物纤维,以温度为参数,进行劈裂试验,分析温度对劈裂抗拉强度、拉伸应变和劈裂破坏劲度模量的影响机理,建立纤维沥青混凝土劈裂破坏荷载和劈裂破坏劲度模量与温度的关系;通过在AC-13Ⅰ基体中外掺不同长径比的聚酯纤维,在不同温度下进行劈裂试验,分析纤维在劈裂面上的典型分布形态和不同温度下纤维的破坏形态,研究长径比变化对沥青混凝土劈裂性能的影响机理,建立不同温度纤维沥青混凝土劈裂抗拉强度与纤维长径比的关系;通过在AC-13Ⅰ基体中外掺聚酯纤维和玄武岩矿物纤维,以纤维掺量和温度为参数,进行劈裂试验,分析纤维掺量对劈裂抗拉强度、拉伸应变和劈裂破坏劲度模量的影响机理,建立劈裂抗拉强度、拉伸应变和劈裂破坏劲度模量与纤维掺量的关系。结果表明:温度是影响沥青混凝土劈裂性能的主要外部因素;纤维长径比和掺量对劈裂性能的影响规律与温度有关。     

硫酸盐-冻融共同作用下隧道衬砌支护喷射混凝土劣化性能研究

为研究地铁隧道衬砌支护结构在恶劣环境下的劣化问题,以西部地区地铁隧道服役过程中典型的气候条件和腐蚀环境为背景,研究冻融和盐溶液侵蚀情况下隧道衬砌支护结构的耐久性能。依据兰州秋冬环境温度和地下水中硫酸盐的离子质量浓度设计室内硫酸盐-冻融侵蚀试验,研究不同掺量的粉煤灰和玄武岩纤维对衬砌支护喷射混凝土在不同冻融循环次数作用下的质量损失率、相对动弹性模量和抗压强度耐蚀系数的影响,并根据试验结果建立考虑粉煤灰掺量和玄武岩纤维掺量的抗压强度衰减模型。结果表明： 1）粉煤灰和玄武岩纤维对衬砌支护喷射混凝土性能提升的最优掺量分别为20%和0.1%。2）混凝土的质量损失率随冻融循环先增大后降低,到后期又持续增大;随着粉煤灰和玄武岩纤维掺量的增大,衬砌支护喷射混凝土的质量损失率降低,当粉煤灰和玄武岩掺量分别达到30%和0.15%时,对质量损失率的降低出现负效应。3）喷射混凝土的相对动弹性模量和抗压强度耐蚀系数随着冻融循环次数的增大在初期损失较小,之后迅速增大。     

聚酯纤维对水泥冷再生稳定碎石强度影响的试验研究

为了揭示聚酯纤维水泥冷再生稳定碎石的强度特征,通过室内试验研究了纤维含量、纤维长度和废旧路面材料掺量对水泥冷再生稳定碎石无侧限抗压强度和劈裂强度的影响规律.结果表明:聚酯纤维的掺入能够显著提高无侧限抗压强度和劈裂强度,且当聚酯纤维含量为0.7‰时,无侧限抗压强度和劈裂强度均达到最大值,分别为素水泥冷再生稳定碎石的1.18倍和1.30倍;无侧限抗压强度和劈裂强度随着废旧路面材料掺量的增加而降低,且当废旧路面材料掺量超过30％后,无侧限抗压强度迅速衰减,但掺入不低于0.5‰的聚酯纤维可有效缓解这种不利情况的发生;无侧限抗压强度和劈裂强度随纤维长度的增加而增加.以力学性能最优为原则,综合考虑经济性,建议纤维用量为0.7‰、纤维长度为7 cm、废旧路面材料掺量为30％.     

纤维增强沥青混凝土路面抗裂性能的黏弹性损伤分析

为了研究芳纶纤维增强沥青混凝土路面的抗裂性能,通过劈裂试验和细观复合材料力学对比研究,确定了芳纶纤维的合理掺量为质量含量0.2％;应用黏弹性理论确定了芳纶纤维增强沥青混凝土的松弛模量;应用有限元数值计算的方法,对已含裂缝芳纶纤维增强沥青混凝土路面进行了黏弹性与损伤的耦合分析,分析了芳纶纤维含量对平均损伤因子、损伤区半径、断裂区半径的影响.分析结果表明:质量含量为0.2％的芳纶纤维增强沥青混凝土路面的松弛损伤因子比无纤维时减少了8.38％,损伤区半径和断裂区半径分别减小了66.34％和64.16％;这3个参数都充分表明,芳纶纤维增强沥青混凝土路面的力学性能和耐久性都有明显地改善,可提高低温抗裂能力.     

基于正交试验设计的透水混凝土物理力学性能研究

通过正交试验法分析了水胶比、砂率、聚合物乳液掺量、硅灰掺量以及玄武岩纤维(BF)掺量5个因素对透水混凝土抗压强度、孔隙率以及透水系数的影响;利用多项式线性回归,研究了不同因素对透水混凝土物理力学性能之间的关系,并结合SEM扫描电镜,分析其微观机理.结果表明:水胶比和玄武岩纤维掺量为主要影响因素;当水胶比为0.30,砂率...     

玄武岩纤维对混凝土改性效果的研究

玄武岩纤维是一种新型环保型纤维,凭借其优异的力学性能和较低的生产成本,被应用到混凝土工程中.为对比分析玄武岩纤维对不同类型混凝土的改性效果,制备了混凝土强度等级为C30和C50的纤维体积掺量分别为0、0.1％、0.2％、0.3％的玄武岩纤维增强普通混凝土和玄武岩纤维增强地质聚合物混凝土,测试了标准养护28 d后的准静态...     

玄武岩纤维贫混凝土复合式沥青路面荷载应力分析

在三维等参元理论和弹性层状体系理论的基础上,运用大型通用有限元分析软件ANSYS,分析了玄武岩纤维贫混凝土基层沥青复合式路面(BFRLC+AC)荷载应力,确定了路面结构的临界荷位,及BFRLC板的合理板长,研究了不同沥青面层厚度、沥青面层模量、BFRLC板厚度、BFRLC板模量及基础模量对玄武岩纤维贫混凝土基层层底应力的影响。为BFRLC+AC复合式路面结构设计提供一定的理论基础。     

磷尾矿—EPS玄武岩纤维改良膨胀土试验研究

以安徽某公路工程膨胀土为研究对象,在保持含水率和干密度不变的情况下,依次将磷尾矿、EPS颗粒、玄武岩纤维按不同比例掺入膨胀土中,基于最佳掺量进行改良土试验,试验结果表明:适量磷尾矿改良膨胀土能有效降低膨胀土的膨胀率,提高膨胀土的抗压强度和剪切强度,掺量为7. 5%时效果最佳。同时对抗剪强度指标分析,粘聚力与掺量成线性关系,内摩擦角与掺量成二次多项式关系; EPS能抑制膨胀土的膨胀性,但会降低膨胀土的抗压强度和延性,掺量为20%最佳;玄武岩纤维对复合改性土抗压强度贡献很小,但能增强其延性;最终得到磷尾矿、EPS和玄武岩纤维最佳掺量分别为7. 5%,20%,0. 4%。     

纤维改善水泥乳化沥青混合料性能及结构层受力特性分析

基于水泥乳化沥青混合料强度和疲劳性能与其结构层受力特性不相适应的问题，提出采用纤维稳定剂改善水泥乳化沥青混合料的柔韧性；通过低温弯曲试验和弯曲疲劳试验评价玄武岩纤维对水泥乳化沥青混合料柔韧性能的影响及影响显著性，对比掺有玄武岩纤维、聚酯纤维、聚丙烯纤维的水泥乳化沥青混合料力学强度与路用性能差异；并采用Bisar3.0软件分析了铺有水泥乳化沥青混合料、纤维水泥乳化沥青混合料的路面结构力学响应。结果表明：玄武岩纤维有效改善了AC-25型水泥乳化沥青混合料的柔韧性，基于性价比较优的考虑，推荐玄武岩纤维掺量为0.2%～0.3%、纤维长度为9 mm;玄武岩纤维对水泥乳化沥青混合料柔韧性、劈裂强度的改善效果劣于聚酯纤维，但掺有玄武岩纤维的混合料具有更高的抗压强度、抗压回弹模量、抗车辙性能和抗松散性能，整体性能更好；该混合料铺筑在高等级沥青路面下面层中，可有效降低沥青混合料层的拉应变和剪应力值，分别降低约16.0%和4.8%,路面发生疲劳开裂和车辙病害的概率减小。研究成果可为水泥乳化沥青混合料在路面结构中应用及病害控制提供参考依据。