玄武岩纤维增强混凝土的力学性能研究

纤维增强混凝土(Fiber-Reinforced Concrete,FRC)作为一种可靠的新型材料已经被广泛应用于建造路面、大型工业地板和机场跑道。采用玄武岩短切纤维开发了一种称为玄武岩纤维增强混凝土(Basalt Fiber-Reinforced Concrete,BFRC)的FRC材料,以寻求混凝土28 d抗压强度和断裂模量的改善,鉴于断裂模量对路面、工业地板和机场跑道建设的重要性。成型了不同纤维长度和纤维掺量的玄武岩纤维混凝土试件。过高的纤维掺量会导致纤维结团,不利于混凝土的拌和与成型,使用长纤维会使这一问题更加严重。结果表明:玄武岩纤维长度为36 mm,掺量为8 kg/m~3时,混凝土的抗压强度和断裂模量最佳。讨论了不同玄武岩纤维混凝土和普通混凝土的试验结果。     

纤维混凝土断裂性能试验研究与数值模拟

为研究纤维对水泥混凝土断裂性能的影响,选用几种不同类型、不同规格的纤维,在各种纤维的常规掺量下,对带切口的单掺或混掺纤维混凝土试件进行了三点弯曲试验,并与素混凝土试件进行了对比。试验得到素混凝土、单掺PVA纤维混凝土、单掺普通钢纤维混凝土、单掺超细钢纤维混凝土及三元混杂纤维混凝土共5组试件的荷载-张口位移曲线,理论计算得到各组试件的断裂能、断裂韧度及临界张口位移等断裂特征参数。利用Abaqus软件基于扩展有限单元法模拟了各组试件三点弯曲加载时的开裂行为,追踪了裂纹的扩展情况。试验及数值模拟结果表明:在常规纤维掺量下,不同类型的纤维混凝土表现出的断裂韧性差异显著;相对于素混凝土和PVA纤维混凝土,钢纤维和三元混杂纤维混凝土的荷载-变形曲线更加饱满,部分试件的曲线在达到峰值荷载进入下降段后甚至会再次上升并出现二次峰值现象,表现出良好的断裂韧性;扩展有限元法也能较好地模拟纤维混凝土的开裂行为,且由数值模拟得到的各组混凝土试件的加载曲线、破坏形态及断裂参数与试验情况都能吻合较好;扩展有限元法可以时刻追踪裂纹扩展情况,从而确定裂纹长度随加载时间和加载点位移的变化关系,合理地预测裂纹潜在的扩展途径。     

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。     

路面PE纤维混凝土韧性和耐磨耗性试验研究

从提高混凝土路面韧性和耐磨耗性出发,分析了不同体积掺量(0,0.5%,1%)聚乙烯纤维和不同取代量(0,30%,50%)粉煤灰对混凝土弯拉强度、弯韧度指数、裂后强度以及耐磨耗性的影响。结果表明:聚乙烯纤维对弯拉强度和韧度的贡献较大;试件FFFO弯韧度指数比FFFZ高1.8倍;高掺粉煤灰(50%)和聚乙烯纤维(体积分数为1%)组合的28 d强度满足公路设计要求;聚丙烯纤维与粉煤灰(30%)的组合对耐磨耗性贡献最大;耐磨耗性随纤维掺量的增多而增强,与纤维掺量有二次函数的关系;纤维掺量对弯韧度指数和裂后强度的影响有相同的倾向。     

水泥路面混凝土配合比设计与耐久性研究

针对水泥混凝土路面耐久性问题,首先给出了脆性系数、断裂韧性与弯拉弹性模量三个评价指标,然后设计并进行了四因素(水灰比、砂率、水泥用量、水泥细度)五水平二次回归正交试验。通过实验数据分析得出结论:水泥混凝土在抵抗裂纹扩展方面最优设计配合比为水灰比:0.41;砂率:37.5%;水泥用量:406 kg/m~3;水泥细度:375 m~2/kg;水泥混凝土在刚度方面最优配合比考虑为水灰比:0.41;砂率:32%;水泥细度:300 m~2/kg;综合四因素考虑最终给出了路面水泥混凝土耐久性配合比建议范围:水灰比:0.38~0.41;砂率:35.2%~37.5%;水泥用量:390~406 kg/m~3;水泥细度:375~420 m~2/kg。     

聚丙烯粗纤维超高性能混凝土的断裂性能

采用三点弯曲断裂试验研究了聚丙烯粗纤维体积分数为0～2.0%的超高性能混凝土的断裂性能。试验结果显示,与不掺纤维的素超高性能混凝土相比,聚丙烯粗纤维的掺入可有效地改善断裂试件的韧性,掺聚丙烯粗纤维的超高性能混凝土断裂试件发生延性破坏,且荷载～位移曲线及荷载～CMOD曲线均有缓和而饱满的下降段,出现了明显的"二次强化"现象;聚丙烯粗纤维被拔出或拉断的过程中吸收大量的能量,使超高性能混凝土的韧性得到显著改善,断裂能、断裂韧度、裂缝尖端亚临界扩展量等断裂参数随纤维体积分数的增加大大提高。     

聚丙烯纤维碾压混凝土的性能实验分析及其在路面大修施工中的应用

针对不同聚丙烯纤维掺入量下的混凝土拉伸、弯曲等力学性能进行了试验研究,并从路面工程实际出发,针对聚丙烯纤维碾压混凝土在现场搅拌中的质量控制进行了分析。研究结果表明:随着聚丙烯纤维掺量的增加,混凝土的抗压强度提高并不明显,初裂挠度和抗弯强度提升显著,掺入了聚丙烯纤维的混凝土有效的提高了混凝土的抗拉强度与峰值应变,有效的抑制微裂缝的扩展,保证试件在裂缝失稳前可以有较大的变形量提高了素混凝土的初裂性能和结构的抗拉强度。工程应用中,为保证聚丙烯纤维的掺入均匀性,可采用间歇式的搅拌方式,控制混合料的拌合时间在120～150 s范围内,保证混凝土拌合站掺量大于50 m3/h,水泥罐内温度小于50℃,以便获得符合质量标准的聚丙烯纤维碾压混凝土。     

混杂纤维增强内养生水泥混凝土力学、收缩及断裂性能研究

为明确玄武岩-聚丙烯混杂纤维与超吸水性聚合物(super-absorbent polymer,SAP)内养生剂对水泥混凝土性能的协同增强效果,借助抗压强度试验、弯曲试验、干燥收缩试验及平板塑性开裂试验,研究了混杂纤维掺量对SAP内养生水泥混凝土力学性能、断裂性能及收缩、抗裂性能的影响规律.基于扫描电镜试验,揭示了混杂纤...     

隧道钢纤维混凝土衬砌支护实验与应用研究

进行了钢纤维喷射混凝土材料力学性能实验,得到不同钢纤维掺量下的试验梁力学性能。实验得出钢纤维掺量从40 kg/m~3增加到50 kg/m~3过程中,试件初裂强度提高10.1%,最大荷载提高18.3%,整体抗压性能显著提高;试件综合弯曲韧度指数先增大后降低,钢纤维掺量为45 kg/m~3时刻试件综合弯曲韧度指数达到最大。依托摩天岭隧道工程进行了湿喷15 cm厚钢纤维混凝土单层衬砌支护结构三维数值模拟,结果表明围岩塑性区主要影响范围显著减小,钢纤维喷射混凝土具备薄壁壳体特性,提高了单层衬砌支护结构稳定性;计算得到钢纤维混凝土衬砌支护结构最大支护轴力为7 640 kN,产生在洞口边墙顶端,最大弯矩为111.95 kN·m,产生在边墙角部,二者均满足15 cm厚钢纤维混凝土设计荷载要求。     

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.     

路面纤维混凝土韧性试验研究

为获取纤维混凝土的荷载-挠度曲线,研究纤维对纤维混凝土韧度的影响,配制8组混杂纤维混凝土试件进行韧度试验,利用独立于试验机的数据采集装置获取试件的荷载-挠度曲线,分析不同纤维种类和掺量对纤维混凝土韧度指数的影响,并研究了韧度指数同弯拉强度的关系。结果表明：钢纤维对弯拉强度的贡献较大;铣削型钢纤维与仿钢丝聚丙烯纤维的组合对韧度的贡献最大,针状钢纤维混凝土的韧度随着纤维掺量的增加而增大;韧度指数随着纤维体积率和纤维根数的增加而增加;韧度指数高的试件弯拉强度不一定大,弯拉强度为6.7MPa对应着韧度指数的最低值。     

重冰冻区低温-荷载耦合作用下玄武岩纤维沥青路面的抗裂性能

针对内蒙古重冰冻区沥青路面所处的严寒工作环境及路面病害,提出基于抗裂性能的路面结构控制指标。利用Ansys有限元软件建立新建玄武岩纤维沥青路面结构的计算模型和出现裂缝后的路面计算模型,通过室内试验确定玄武岩纤维沥青路面力学参数、热物性参数与其他参数,分别对其低温-荷载耦合作用下的抗裂性能指标进行计算分析,并对玄武岩纤维沥青混合料疲劳寿命进行测试,验证有限元模拟结果的正确性。研究表明:低温-荷载耦合作用下,易裂点位处新建玄武岩纤维沥青路面各项抗裂指标均有所提升;不同荷载位置对含裂缝玄武岩纤维沥青路面不同裂缝扩展时期的影响具有差异化;含裂缝玄武岩纤维沥青路面在低温-正载K_Ⅰ、低温-偏载K_Ⅰ和低温-偏载K_Ⅱ作用下易裂系数指标K_R都较小;在不同温度和应力水平下,玄武岩纤维沥青混合料疲劳寿命始终显著高于普通沥青混合料。     

碳纤维增强混凝土的单轴拉伸特性

试验研究了碳纤维增强混凝土在单轴拉伸荷载下的力学性能.试验发现:当纤维体积掺量为0.1%时,纤维混凝土的抗拉强度比基准混凝土提高11%,极限拉伸应变提高24%,断裂能提高47.8%.纤维混凝土特征长度增加,即纤维混凝土脆性降低.试验证明:碳纤维具有良好的阻裂性能,增强了硬化混凝土的抗裂性能.     

早强复掺水泥混凝土配合比设计及应用

针对普通水泥混凝土存在早期强度低、养护时间长、影响道路正常通行的问题,通过研究胶凝材料、水胶比、砂率、外加剂及粉煤灰和聚丙烯纤维对复掺水泥混凝土工作性能和力学强度的影响,提出了合适配合比设计参数,并应用到实际工程中。结果表明,该复掺水泥混凝土性能良好,1d抗折强度超过3.75 MPa,能够满足路面快速开放交通的要求。     

碳纤维对水泥混凝土路用性能的影响分析

为了给水泥混凝土路面推荐纤维材料,本文以渗水高度、抗压强度和抗弯拉强度为评价指标。对比研究了3种碳纤维材料,对水泥混凝土的改性效果。结果表明:A类(4mm)碳纤维在掺量为0.8%时,抗弯拉强度为6.92MPa,其抗弯拉性能最好。B类(8mm)碳纤维在掺量为0.6%时,渗水高度为5.3cm,其抗渗性能最好;在掺量为0.8%时,抗压强度为48.4MPa,其抗压性能最好。建议在交通繁重地区,采用A类碳纤维,且掺量为0.8%。C类(12mm)碳纤维其抗弯拉性能和抗渗性能次于A类和B类,本文不建议采用C类碳纤维。     

纤维沥青混凝土抗裂性能的研究

目前采用纤维沥青混凝土来提高路面的抗裂能力越来越受重视。首先通过小梁弯曲试验,得到材料的弯拉强度、破坏应变等基本的力学参数指标。然后利用断裂力学知识,通过带切口小梁弯曲试验,引入J积分概念,得到材料的延性断裂韧度JIC,以此评价材料的抗裂性能。     

聚丙烯腈纤维在水泥混凝土路面中的应用研究

聚丙烯腈纤维掺加到水泥混凝土路面中,可显著地提高混凝土的抗裂性、抗渗性、抗冲击性能、弯曲韧性、抗冻性等性能,有效地解决路面因早期裂缝带来的一系列病害问题,是一种新型混凝土抗裂增强纤维。     

水泥稳定碎石断裂性能研究

通过42个尺寸为100 mm×100 mm×515 mm的水泥稳定碎石三点弯曲试件断裂试验,探讨了试件养护龄期和水泥掺量对水泥稳定碎石断裂韧度(KIC)和断裂能(GF)的影响,并推荐出评价水泥稳定碎石断裂韧性合适的指标是断裂能.试验结果表明:随着养护龄期的增长,断裂韧度与强度有一致的变化规律,断裂韧度和断裂能均呈增大趋势,水泥稳定碎石抵抗裂缝扩展的能力逐渐增强;随着水泥掺量的增加,试件极限荷载和断裂韧度不断增加,但断裂能却逐渐减小,而且试件最大跨中挠度亦逐渐减小,断裂韧性逐渐减小.     

耐碱玻璃纤维混凝土的抗弯冲击性能研究

耐碱玻璃纤维在混凝土中分散性良好,显著改善了混凝土的抗弯冲击性能。由梁弯曲冲击试验发现:当玻璃纤维掺量为1.6~2.7 kg/m3时,纤维掺量2.7 kg/m3(G 3)的初裂冲击次数比掺量2.0 kg/m3(G 2)和1.6 kg/m3(G 1)时分别提高1.97倍和2.81倍,比素混凝土提高10.97倍;G 2的初裂冲击次数比G 1提高28%,比素混凝土提高3.03倍。G 3的破坏冲击次数比G 2提高1.95倍,比G 1提高2.78倍,比素混凝土提高11.01倍;G 2的破坏冲击次数比G 1提高28%,比素混凝土提高3.08倍;G 1的破坏冲击次数比素混凝土提高2.18倍。纤维质量掺量由2.0 kg/m3提高到2.7 kg/m3时,对改善混凝土抗弯冲击性能效果十分显著。玻璃纤维显著改善了混凝土的抗弯冲击性能,可以用于机场道面、桥面等工程。     

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。