聚丙烯纤维混凝土直接拉伸性能的试验研究

重点研究聚丙烯纤维增强混凝土在单轴直接拉伸荷载下的力学性能和纤维混凝土的单轴拉伸应力变形全曲线。提出单轴拉伸相对应力裂缝宽度曲线的理论方程式。由单轴拉伸全曲线得到了纤维混凝土的应力裂缝宽度曲线、断裂能及特征长度等。试验发现:当纤维体积掺量为0 14%时,纤维混凝土的轴心抗拉强度比基准混凝土提高20%,极限拉伸应变提高49%,断裂能提高68%,临界断裂时的最大裂缝宽度增加55%。聚丙烯纤维具有良好的阻裂性能,增强了硬化混凝土的能量吸收能力。     

聚丙烯纤维在高性能混凝土中的应用

在高性能混凝土中掺加聚丙烯纤维可以大幅度提高混凝土韧性,从而提高了混凝土的耐久性。文章研究了纤维对增强高性能混凝土品质的影响。试验结果表明,掺加体积率为0.9%聚丙烯纤维的C60纤维增强高性能混凝土较基准混凝土在抗折强度、疲劳特性、抗渗、抗冻等方面都有很大的提高。纤维增强高性能混凝土有很广阔的发展前景。     

聚丙烯纤维混凝土梁受弯抗裂试验研究

为了研究聚丙烯纤维混凝土梁的受弯开裂性能,确定混凝土梁抗裂的最佳聚丙烯纤维掺量,制作15根钢筋混凝土梁,并设计5种纤维掺量水平,对其进行受弯抗裂试验,分析不同掺量水平对梁试件裂缝扩展、应变和跨中荷载位移曲线等方面的影响。研究结果表明：聚丙烯纤维的桥接作用能够牵制混凝土的局部裂缝,增加试件的延性,延缓初裂缝出现的时间,并且提高试件的开裂应力和开裂能;但与纤维掺量水平并非正相关,体积掺量为0.2%时的提升效果最好,为试件受弯抗裂最佳掺量。     

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。     

UHPC单轴受压力学性能及本构关系研究

为了解纤维掺量不同的超高性能混凝土(UHPC)试件单轴受压力学性能,考虑PVA纤维、钢纤维及其混杂纤维的掺量及水胶比,制作4组普通混凝土试件和11组UHPC试件进行单轴受压试验,分析各组试件单轴受压破坏形态、韧性等受力特性,并根据试验结果研究UHPC受压本构关系。结果表明:随着纤维掺量的增加,试件的破坏形态由脆性向塑性转变,UHPC试件开裂后韧性增加,相较未掺纤维的韧性指数I_(1.5)、I_(2.0)、I_(3.0)均提高为原来的1.6倍以上;相同纤维掺量下,钢纤维对UHPC的阻裂效果优于PVA纤维。经无量纲化处理的UHPC受压应力～应变曲线具有明显的非弹性段,纤维掺量较高时部分试件的曲线会出现应力台阶;所提出的UHPC开裂变形计算方法可避免常规作图法人为因素的影响,UHPC受压本构模型考虑了纤维种类及掺量,能较好地模拟各纤维掺量下的结构受力。     

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。     

纤维品种和掺量对桥面板高性能混凝土耐久性能及微观结构的影响

为了系统研究纤维高性能混凝土的力学性能、抗冻性能、疲劳特性,将不同掺量的聚丙烯纤维、钢纤维、聚乙烯醇纤维掺入到掺加粉煤灰的C50高性能混凝土中,基于坍落度试验、抗压强度试验、抗除冰盐冻循环试验、冻融循环试验、弯曲疲劳试验,分析了纤维品种和掺量对高性能混凝土的力学性能、抗冻性和疲劳耐久性的影响,利用扫描电子显微镜从微观结构角度分析了力学性能试验的结论。结果表明,聚丙烯纤维、钢纤维和聚乙烯醇纤维掺量越高,高性能混凝土的工作性越差;掺加纤维能够改善高性能混凝土的抗压强度和弯拉强度,显著提高高性能混凝土的抗盐冻侵蚀性能、抗冻性能和抗疲劳耐久性能。聚丙烯纤维、钢纤维、聚乙烯醇纤维对高性能混凝土力学强度、抗冻性能和疲劳性能的影响存在界面增强效应、加筋阻裂效应的双重作用,从而有效延缓微裂纹的扩展和阻滞宏观裂缝的发生。适宜的聚丙烯纤维、钢纤维、聚乙烯醇纤维掺量应控制在0. 6～0. 9、1. 2～1. 5、0. 9～1. 2 kg/m3,建议工程实践中优先选择掺加聚乙烯醇纤维,研究成果为甄选纤维和确定经济合理的纤维掺量具有重要意义。     

金属短纤维和聚合物短纤维对水泥砂浆断裂性能的影响

研究了不同体积掺量、随机取向的短钢纤维和聚丙烯短纤维对水泥砂浆性能的影响。试验结果表明:加入短钢纤维的水泥砂浆在断裂发生及达到最大荷载时,J积分值随纤维掺量的增加而增加,这是由于纤维的架桥效应提升了砂浆的抗变形能力,使纤维增强砂浆比普通砂浆能够承受更大的荷载。同时,钢纤维的弹性模量远高于砂浆,能够改善纤维增强砂浆的抗压强度和弹性模量。掺入聚丙烯短纤维能够明显改善水泥砂浆的韧性和弯曲强度,但由于聚合物纤维弹性模量较低,使得砂浆的抗压强度降低。     

PVA／钢混杂纤维对水泥混凝土弯曲韧性的影响

通过设置3个不同的水胶比：0.30、0.35、0.40和3种纤维体积掺量：0、1.0％、1.5％,研究PVA/钢混杂纤维对混凝土韧性的影响。试验结果表明：结果表明：水胶比越大,混凝土脆性越大;纤维掺量是影响纤维增强水泥混凝土韧性的主要因素,纤维掺量越大,纤维混凝土变形硬化现象越明显,并且韧性指数值也越大,从荷载-挠度曲线中可以看出 PVA/钢纤维混凝土的变形硬化现象较 PVA纤维混凝土的显著。     

混杂复合纤维高性能混凝土断裂性能研究

为了研究混杂复合纤维对高性能混凝土断裂性能的影响,采用切口梁,对11种配合比的单掺及混掺纤维高性能混凝土进行断裂试验。基于断裂试验结果,采用理论分析方法,以比例极限强度、峰值强度、断裂能为评判指标,对其断裂性能、混杂效应进行了研究。结果表明:CTF纤维和PF单掺纤维混凝土断裂试验呈现出脆性破坏;试验中CTF,PF纤维断裂试验的最佳掺量分别为1.2,1.0 kg/m3;基于双掺纤维（CTF+PF）混凝土试验结果,分析得到了试验中双掺的最佳配比,同时通过计算得到对应于f_l,f_u和G_F的混杂效应系数分别为1.146,1.117,1.247,呈混杂正效应。     

冻融循环对高温后聚丙烯纤维混凝土动弹性模量的影响

为研究因高温和冻融耦合作用而引起的聚丙纤维混凝土损伤,文章通过试验,测试了不同聚丙烯纤维掺量时,混凝土试件经受不同高温和冻融循环次数后的相对动弹性模量。试验结果表明,高温和冻融耦合作用会引起混凝土性能的严重劣化,当高温和冻融耦合作用达到一定程度时,混凝土试件发生断裂破坏;当掺量小于0.10%时,随着聚丙烯纤维掺量的增多,由于高温和冻融耦合作用而引起的相对动弹性模量损失逐渐降低,而当掺量超过0.10%时,再增加聚丙烯纤维掺量,反而会加重混凝土相对动弹性模量的损失。     

聚丙烯纤维和引气剂对冻融后混凝土力学性能的影响

通过水泥混凝土试件的冻融循环试验,研究了聚丙烯纤维掺量和引气剂掺量对冻融作用后混凝土基本力学性能的影响,探讨了聚丙烯纤维和引气剂对混凝土抗冻性能的作用机理,为改善水泥混凝土路面的抗冻融耐久性能提供了资料。     

聚丙烯粗纤维混凝土桥面铺装试验研究

本文依托在建的白霍一级公路,对聚丙烯粗纤维混凝土桥面铺装性能进行试验研究,通过对不同剂量聚丙烯粗纤维混凝土室内试验研究,确定了最佳纤维掺量。     

新型纤维增强混凝土梁的抗弯冲击特性

为了研究纤维增强混凝土梁的抗弯冲击特性．利用自制的自由落锤抗弯冲击试验装置，测定了不同体积掺率下细直径的腈纶纤维、聚酯纤维、玻璃纤维，粗直径的聚丙烯纤维和哑铃形钢纤维增强混凝土梁的抗弯冲击力学性能。试验表明：纤维增强混凝土梁的冲击次数与纤维品种和体积掺率有关；当细直径纤维的体积掺率为0．07％～O．27％时，纤维增强混凝土梁的初裂、破坏冲击次数分别为素混凝土的1．1～4．5倍和1．1～4．4倍；当粗直径纤维的体积掺率为O．5％～1．4％时，纤维增强混凝土梁的初裂、破坏冲击次数分别为素混凝土梁的2．4～4．6倍和5．2～31．0倍。细纤维增强混凝土梁的初裂冲击性能优于粗纤维增强混凝土梁．粗纤维增强混凝土梁的破坏冲击性能和冲击延性明显优于细纤维增强混凝土梁。     

聚丙烯纤维对橡胶混凝土韧性特征的影响研究

在橡胶混凝土中,掺入聚丙稀纤维,以提高其韧性。结合室内试验对聚丙烯纤维增强橡胶混凝土的抗弯拉、抗压和抗冲击性能进行了测试分析,并对增韧机理进行了微观分析。结果表明:随着聚丙烯纤维的加入,弯拉强度、弯曲韧性和抗压强度均呈现先增大后减小的趋势,当纤维掺量为08 %时达到峰值,破坏模式发生变化;抗冲击性能随着纤维掺量的增大而快速提高;在水泥基体中掺入橡胶粉后相当于引入大量低弹性模量的惰性物质,导致水泥基体初裂强度和断裂韧度的降低,从而有利于纤维桥联作用的发挥和多缝开裂的实现;综合考虑聚丙烯纤维的合理掺量不宜超     

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.     

纤维对C50防水混凝土抗裂及防渗性能的影响研究

通过试验研究了单掺聚丙烯纤维、钢纤维和复合钢纤维与聚丙烯纤维对C50防水混凝土力学、防渗及抗裂性能的影响。结果表明:纤维的掺入对混凝土的抗压强度影响不大,可明显提高其劈拉强度和抗裂性能,但会降低其抗水渗透和抗氯离子渗透性能,适量的聚丙烯纤维与钢纤维复掺可改善其防渗性能;复合钢纤维-聚丙烯纤维混凝土的性能优于单掺两种纤维的混凝土;1.05%体积掺量的钢纤维和0.15%体积掺量的聚丙烯纤维复合时,混凝土性能最佳。     

桥面纤维混凝土路用性能研究

到目前为止,我国对于纤维混凝土桥面铺装路用性能的研究尚不充分。本文选择聚丙烯粗纤维和玄武岩纤维两种常用纤维,研究了纤维掺量对混凝土路用性能的影响规律,进一步探讨纤维掺量对混凝土早期开裂的影响规律。试验结果表明:聚丙烯纤维混凝土的抗折和抗压强度均呈现随着纤维掺量的增加而先增加后减少的发展趋势;掺入纤维后混凝土从7d开始干缩率得到抑制降低,并且随着纤维掺量的增加,干缩率降低的幅度也在逐步增大;纤维的加入能够明显提高混凝土韧性和早期抗裂性。     

桥面纤维混凝土路用性能研究

到目前为止,我国对于纤维混凝土桥面铺装路用性能的研究尚不充分。本文选择聚丙烯粗纤维和玄武岩纤维两种常用纤维,研究了纤维掺量对混凝土路用性能的影响规律,进一步探讨纤维掺量对混凝土早期开裂的影响规律。试验结果表明:聚丙烯纤维混凝土的抗折和抗压强度均呈现随着纤维掺量的增加而先增加后减少的发展趋势;掺入纤维后混凝土从7d开始干缩率得到抑制降低,并且随着纤维掺量的增加,干缩率降低的幅度也在逐步增大;纤维的加入能够明显提高混凝土韧性和早期抗裂性。     

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。