玄武岩纤维水泥砂浆的力学性能研究

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玄武岩纤维混凝土的力学性能与应用

玄武岩纤维混凝土的力学性能与应用

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能增强效果更优良。

3.1抗压强度
2018年张向冈,秦文博等提出玄武岩纤维混凝土在纤维掺量一定范围内,各龄期的抗压强度是与掺量成正比的,因此得出玄武岩纤维可大大提高混凝土的抗压强度。

玄武岩纤维尤其对混凝土早期抗压强度提高非常显著,分析其原因由于玄武岩纤维的掺入后,和原来混凝土基体相比形成了特定的网状结构,当应力自混凝土基体传递给纤维时,纤维骨料一起协同受力,纤维因变形大大消耗能量,因此极大地提高了混凝土的抗压强度。

[5]
,2012.
大连理工大学
,2014,(01):28-30.
[4]杨桂丽.纤维混凝土应用研究现状初探[J].广东建材,2007,(08):20-21.
[5]张向冈,秦文博,田琦,汪昉,范玉辉.玄武岩纤维混凝土材料性能研究进展[J].混凝土,2018,(02):94-97.
[6]吴钊贤.玄武岩纤维混凝土基本力学性能与应用研究[D].武汉理工大学,2009.
作者简介
王瑞珍(1983—),女,内蒙古广播电视大学,讲师,毕业院校:长安大学结构工程硕士,现主要从事土木工程教学、远程教育研究。

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2021.02 |。

玄武岩纤维混凝土力学性能研究及机理分析

玄武岩纤维混凝土力学性能研究及机理分析
水泥: 哈 尔 滨 水 泥 厂 生 产 的 天 鹅牌 硅 酸 盐水 泥 P . 0 4 2 . 5级 ; 面加 以研 究 , 虽 然 取 得 了 一些 进 展 , 但 是 效 果 并 不 理 想 。基 于 此 ,
料 的选取 、 配合 比设 计 、 外加剂掺入 、 制作工艺 以及 养护方法 等方 提 出用纤维来改善混凝土 的性能 。 本文 主要采用对 比分析手法 , 对 素混凝土和玄武岩纤维混凝
细骨料 : 中砂 , 细度模数 2 . 8 ; 粗 骨料 : 连续级配碎石 , 粒径 5 m m一 3 1 m m; 水: 普通 自来水 ;
薄 膜来保持混凝 土本身 的温度 。4 ) 混凝 土测温 : 对混凝 土进行温 的裂缝开展 , 但 由于其存在的缺点 , 在实际工程应 用中 , 采用 的意 度监测和控制可以进一步掌控大体 积混凝土 的温 度变化规 律 , 能 义 , 可能会大打折扣 。
拉、 弯拉强度等力学性 能的影响进行 了研究 , 并分析了增强机理 的原 因 , 最后得到玄武岩纤维的最佳掺量。
关键词 : 玄武岩纤维 , 力学性能 , 试验研究 , 机 理分 析 中 图分 类 号 : T U 5 2 8 文 献标 识 码 : A
玄武岩纤维 ( B F , B a s a l F i b e r ) 是属于新型混凝土增强材料 , 是 土 ( B F R C, B a s a l t F i b e r R e i n f o r c e d C o n c r e t e ) 的力学性 能作 试验对
3 . 2 裂缝控 制措 施探 讨
性, 避 免阳光的照射 。控制好混凝土 的表面温差与 大气 温差 的差
参考文献 :
1 ) 可 以使用地 下水 来拌 合混 凝 土 , 并保持 施 工现 场 的遮蔽 [ 1 ] 李

聚甲醛-玄武岩混杂纤维增强砂浆力学性能

聚甲醛-玄武岩混杂纤维增强砂浆力学性能

第42卷第10期2023年10月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.42㊀No.10October,2023聚甲醛-玄武岩混杂纤维增强砂浆力学性能李㊀帅1,梅军鹏1,2,3,李海南4,戴俊杰1,谢安合1(1.武汉科技大学城市建设学院,武汉㊀430065;2.城市更新湖北省工程研究中心,武汉㊀430065;3.武汉科技大学高性能工程结构研究院,武汉㊀430065;4.武汉纺织大学工程造价系,武汉㊀430200)摘要:采用混掺聚甲醛(POM)纤维和玄武岩纤维(BF)的方法制备了一种多尺度纤维混杂体系的复合材料,研究了其抗折强度㊁抗压强度㊁弯曲韧性及直接拉伸强度等基本力学性能,并通过扫描电子显微镜和数码电子显微镜对其微观结构进行分析㊂抗折㊁抗压强度试验结果表明,混掺两种纤维试样的抗折强度和早期抗压强度均明显优于单掺POM 纤维试样,然而,28d 抗压强度有小幅下降;三点弯曲试验结果表明,单掺POM 纤维可以改善水泥基材料的韧性并提高材料的等效弯曲强度,混掺BF 后,等效弯曲强度进一步提高㊂微观分析结果表明,POM 纤维和BF 与基体结合紧密,两种纤维在宏观和微观尺度上均起到协同作用,共同发挥阻止裂纹扩展的作用,从而改善水泥基复合材料的韧性并提高强度㊂关键词:聚甲醛纤维;玄武岩纤维;力学性能;水泥砂浆;混杂纤维中图分类号:TU528㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2023)10-3454-08Mechanical Properties of Polyformaldehyde-Basalt Hybrid Fiber Reinforced MortarLI Shuai 1,MEI Junpeng 1,2,3,LI Hainan 4,DAI Junjie 1,XIE Anhe 1(1.School of Urban Construction,Wuhan University of Science and Technology,Wuhan 430065,China;2.Hubei Provincial Engineering Research Center of Urban Regeneration,Wuhan 430065,China;3.Institute of High Performance Engineering Structure,Wuhan University of Science and Technology,Wuhan 430065,China;4.Department of Construction Cost,Wuhan Textile University,Wuhan 430200,China)Abstract :A composite of multi-scale fiber hybrid system was prepared by mixing polyoxymethylene (POM)fiber and basalt fiber (BF).The basic mechanical properties,including flexural strength,compressive strength,bending toughness and direct tensile strength were investigated.Microscopic analysis was conducted using scanning electron microscopy and digital electron microscopy.The results of flexural and compressive strength tests show that the flexural strength and early compressive strength of the specimens mixed with two types of fibers are significantly better than those mixed with POM fiber alone,and there is a small decrease in the 28d compressive strength.The three-point bending test shows that POM fiber alone can improve the toughness of cement-based materials and increases the equivalent flexural strength of the material.After mixing with BF,the equivalent flexural strength is further improved.Microscopic analysis shows that POM fiber and BF are tightly combined with the matrix,and the two fibers can act synergistically at the macro and micro scales,to jointly play a crack resistance effect,improving the toughness and strength of cement-based composite materials.Key words :polyformaldehyde fiber;basalt fiber;mechanical property;cement mortar;hybrid fiber收稿日期:2023-05-26;修订日期:2023-07-29基金项目:武汉理工大学硅酸盐建筑材料国家重点实验室基金(SYSJJ2022-20);武汉科技大学 十四五 湖北省优势特色学科(群)项目(2023D0503,2023D0501)作者简介:李㊀帅(1998 ),男,硕士研究生㊂主要从事纤维增强水泥基复合材料方面的研究㊂E-mail:shuaili02@通信作者:梅军鹏,博士,副教授㊂E-mail:meijunpeng2006@ 0㊀引㊀言水泥基材料普遍存在脆性大㊁容易开裂等缺点㊂目前,在水泥基材料中掺入纤维是改善其脆性破坏的常第10期李㊀帅等:聚甲醛-玄武岩混杂纤维增强砂浆力学性能3455㊀用方法[1]㊂然而单掺一种纤维只能侧重于提高某种特定性能,Wang等[2]的拉伸试验表明,水泥基复合材料获得了高强度却损失了一部分延性,无法满足实际工程对材料性能多方面的要求㊂因此,相较于掺入单一种类纤维,在水泥基材料中掺入两种或两种以上的纤维可以取长补短,实现优势互补[3]㊂Banthia等[4]提出三种纤维混杂方式,即基于纤维尺寸的混杂㊁基于纤维本构关系的混杂和基于纤维功能的混杂㊂前期国内外研究人员在混杂纤维方面取得了一些成果㊂刘雁宁等[5]研究发现,将聚乙烯醇纤维和精细钢纤维混杂可以改善复合材料的抗压强度和抗拉强度㊂Kang等[6]的研究表明,聚乙烯纤维和钢纤维混杂可以提高超高性能混凝土的抗拉性能㊂霍彦霖等[7]通过落锤冲击试验发现,混杂钢纤维㊁聚乙烯纤维和聚乙烯醇纤维可以提高应变硬化水泥基复合材料的抗压强度和抗弯强度㊂赵焕起等[8]的研究表明,聚丙烯纤维和芳纶纤维混杂可以显著提高水泥砂浆的后期抗折强度㊂综上所述,在水泥基材料中掺入混杂纤维比掺入单一种类纤维更具优势,但是之前的相关研究大多是相同尺寸或尺寸差异不大的纤维混杂,对尺寸差异较大的纤维混杂研究较少㊂已有研究[9]表明,将不同尺寸纤维混杂可以在多层次上对水泥基材料的力学性能进行提高,大尺寸纤维可以 桥联 宏观裂缝,提高韧性,小尺寸纤维可以限制初始裂缝的形成,有利于提高复合材料的强度㊂二者共同作用可以达到双重增强效果,从而实现 正混杂效应 ㊂聚甲醛(polyformaldehyde,POM)纤维是一种新型聚合物纤维,具有良好的分散性㊁高弹性模量和优异的耐碱性[10]㊂玄武岩纤维(basalt fiber,BF)是用天然玄武岩在高温熔融状态下拉制而成,属于绿色环保型高性能纤维[11]㊂本文采用纤维直径为毫米级的POM纤维和微米级的BF进行混杂,通过前期试验发现,当单掺POM纤维体积分数为0.6%时,纤维试样的综合性能较优㊂因此,保持POM纤维掺量0.6%不变,改变BF掺量,探究BF对水泥基材料力学性能的影响,以期在改善韧性的基础上提高其强度㊂1㊀实㊀验1.1㊀原材料混杂纤维增强砂浆的主要原材料包括水泥㊁粉煤灰㊁标准砂㊁高效减水剂㊁水和纤维㊂选用水泥砂浆作为基体,水泥采用P42.5级普通硅酸盐水泥;细骨料为ISO标准砂;减水剂为中岩建材科技有限公司生产的高效减水剂;POM纤维和BF具体参数见表1,试验配合比见表2㊂研究表明[12-13],适量的粉煤灰不仅可以填充纤维-水泥基体间的空隙,提高复合材料的密实度,还能够吸附在纤维表面与纤维共同抵抗裂缝㊂因此,本文选择用10%(质量分数)粉煤灰代替水泥㊂表1㊀纤维主要性能参数Table1㊀Main performance parameters of fiberFiber type Modulus ofelasticity/GPaTensilestrength/MPaElongationat break/%Density/(g㊃cm-3)Diameter/mm Length/mmPOM fiber1080030 1.420.212 BF902630 2.99 2.4(7~15)ˑ10-312表2㊀试验配合比Table2㊀Mix proportion of testSample Volume fraction/%Mix proportion/(kg㊃m-3)POM fiber BF Cement FA Water Sand PCE C0 963107267.5535 2.03 C10.6 963107267.5535 2.03 C20.60.1963107267.5535 2.03 C30.60.2963107267.5535 2.03 C40.60.3963107267.5535 2.03 C50.60.5963107267.5535 2.03㊀㊀注:FA为粉煤灰,PCE为聚羧酸醚酯㊂3456㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷1.2㊀试样制作抗折试验采用40mm ˑ40mm ˑ160mm 长方体试件,每组配合比3个试块㊂抗压试块采用抗折试验折断后的试块,每组6个㊂三点弯曲试验和直接拉伸试验分别选用40mm ˑ40mm ˑ160mm 的长方体模具和320mm ˑ60mm ˑ13mm 的狗骨模具㊂以上试块装模成型后在标准养护箱养护24h 拆模,然后在温度(20ʃ2)ħ㊁相对湿度95%以上的条件下养护至规定龄期㊂BF 存在分散性差㊁搅拌困难[14]等缺点,为了使其更好地在基体中分散,对BF 预先进行人工分散,分散前后形态如图1所示㊂本次试验采用半干拌法[15],混杂纤维增强砂浆试样制备流程见图2㊂图1㊀玄武岩纤维宏观照片Fig.1㊀Macro pictures of basaltfiber 图2㊀混杂纤维增强砂浆试样制备流程Fig.2㊀Production process of hybrid fiber reinforced mortar specimens 1.3㊀试验方法图3㊀直接拉伸加载装置Fig.3㊀Direct tensile loading device 抗折和抗压强度试验采用YAW-200/300型全自动压力机测试7㊁28d 龄期试样㊂三点弯曲和直接拉伸试验采用济南普业机电技术有限公司生产的WD-P6305万能试验机测试28d 龄期试样,加载速率分别为0.1和0.2mm /min,三点弯曲试验跨距为120mm㊂采用德国ZEISS Gemini SEM 300型扫描电子显微镜和数码电子显微镜分别对POM 纤维和BF 进行微观观察㊂对于直接拉伸试验,为了避免夹具与万能机夹头直接接触产生应力集中现象,以及由于人工操作失误产生的对中问题,笔者自行设计了狗骨试块拉伸夹具,加载装置如图3所示㊂夹具包括上下拉环㊁夹板以及连接螺栓等㊂同时,为了使夹板与万能机接头连接稳固,对夹板表面进行水平方向粗糙化处理㊂第10期李㊀帅等:聚甲醛-玄武岩混杂纤维增强砂浆力学性能3457㊀2㊀结果与讨论2.1㊀混杂纤维增强砂浆力学性能研究2.1.1㊀混杂纤维增强砂浆试样抗折强度混杂纤维增强砂浆试样7㊁28d抗折强度随掺量变化情况如图4所示㊂由图4可见,POM-BF纤维混杂对水泥基材料的7㊁28d抗折强度有明显的增强效果,并且随BF掺量增大而增大㊂当BF掺量分别为0.1%㊁0.2%㊁0.3%㊁0.5%时,与C0组无纤维基体相比,7d抗折强度总体呈上升趋势,分别增加了12.6%㊁25.3%㊁23.1%㊁31.3%,28d抗折强度分别增加了7.5%㊁10.0%㊁11.9%㊁23.9%㊂分析认为,掺入纤维后,纤维之间互相搭接,发挥 桥联 作用,试样承受的部分荷载被纤维分担,限制了裂缝的产生和扩展[16],抗折强度提高㊂相较于单掺POM纤维的C1组,在BF为0.1%㊁0.2%㊁0.3%㊁0.5%四种掺量下,7d抗折强度最大提高了23.2%,28d抗折强度最大提高了18.6%㊂这是因为水泥基材料是由微观㊁细观㊁宏观多尺度构成[17],尺寸较小的BF可以抑制微观裂缝的产生,而尺寸较大的POM纤维可以抑制宏观裂缝的扩展,两种纤维在不同层次上作用,可以有效提高水泥基材料的抗折强度[18]㊂除此之外,还可以看到,在BF掺量为0.3%时,7d 抗折强度表现出波动㊂分析认为,BF分散性差,纤维之间互相结团,易在基体中引入气孔,产生缺陷[19],导致随着BF掺量逐渐增加水泥基材料抗折强度下降㊂当BF掺量达到0.5%时,试样中纤维含量较多,并且纤维在基体中随机分布,当纤维的 桥联 作用大于掺入纤维引入的初始缺陷时,抗折强度即表现为提高㊂图4㊀混杂纤维增强砂浆试样抗折强度Fig.4㊀Flexural strength of hybrid fiber reinforcedmortarspecimens图5㊀混杂纤维增强砂浆试样抗压强度Fig.5㊀Compressive strength of hybrid fiber reinforcedmortar specimens2.1.2㊀混杂纤维增强砂浆试样抗压强度混杂纤维增强砂浆试样7㊁28d抗压强度随掺量变化情况如图5所示㊂由图5可见,相较于未掺纤维的C0组试样,各组7d抗压强度最大提高了17.9%㊂相较于单掺POM纤维的C1组,在试样中掺入BF后,7d 抗压强度先升高后降低㊂其中,C3组提高最为明显,提高了30.3%㊂分析认为,随着BF掺量的增加,纤维在基体中随机分布,在一定程度上限制了材料的横向变形,延缓了基体的破坏进程,抗压强度提高[20]㊂但当纤维掺量过多时,基体内部引入缺陷的概率增大,试样破坏时会先从薄弱点或薄弱面处开裂,宏观表现为抗压强度降低[21]㊂值得注意的是,混杂纤维试样的28d抗压强度在BF掺量为0.1%(C2)时表现出较明显的下降,相较于C1组降低了10.1%㊂一般而言,在纤维掺量较低时,对纤维试样的强度会产生积极影响[22],此处抗压强度下降的原因和机理暂不清晰,还需进一步研究㊂由图5还可看出,随着龄期的增加,各试样抗压强度均有所提高㊂其中,单掺POM纤维的C1组28d龄期抗压强度提高最为显著,相较于7d抗压强度,提高了36.4%㊂这是因为在早期阶段,水泥基材料中的水泥水化程度弱,复合材料中的各个组分黏结作用低,当龄期增加至28d,水化过程逐渐完全,界面黏结强度增加,后期强度提高㊂掺入BF后,随着试样龄期增加,28d抗压强度增幅减小㊂分析认为,相较于POM纤维,掺入BF更容易在水泥砂浆中引入孔隙,形成缺陷㊂随着龄期增加,在孔隙周围形成应力集中,局部产生薄3458㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷弱区,最终导致抗压强度增长不明显[23]㊂2.1.3㊀混杂纤维增强砂浆试样弯曲韧性不同掺量下混杂纤维增强砂浆试样28d 三点弯曲荷载-挠度曲线如图6所示㊂由图6可见,掺入纤维后,试样的峰值荷载和挠度均表现出不同程度的提升㊂相较于C0组,C1组试样峰值荷载和挠度分别增加了4.6%和29.0%㊂分析认为,这是试样在断裂时,POM 纤维拔出㊁断裂和纤维从基体中剥离等多种因素累计消耗能量的结果,分布在断裂面上的纤维 桥联 试样,传递荷载,提高了韧性[24]㊂当BF 掺量为0.1%㊁0.2%㊁0.3%和0.5%时,相较于C0组,峰值荷载分别增加了28.0%㊁27.8%㊁31.4%和28.3%,挠度分别增加了22.9%㊁22.8%㊁31.4%和37.1%㊂分析认为,POM 纤维和BF 两种纤维在尺寸上进行互补,尺寸较大的POM 纤维主要通过拔出和拉断提高韧性,而尺寸较小的BF 则更多通过自身断裂来消耗能量[25]㊂同时,纤维在基体中的取向也可以消耗试样的断裂能[26]㊂除此之外,从图6还可看出,C0组无纤维试样表现为脆性破坏,当试样受荷加载到达峰值荷载时,断裂声清脆,曲线迅速下降,加载结束㊂而当掺入纤维后,其余各试验组均表现为延性破坏,试样到达峰值荷载后,试块断裂,产生裂缝,曲线下降到一定程度后保持不变,此时,荷载主要由纤维承担㊂这主要是因为掺入纤维后,纤维在基体内部形成网状结构,在试样断裂时被拉断或拉出,起到连接作用,减缓了应力传递[27]㊂图6㊀混杂纤维增强砂浆试样28d 荷载-挠度曲线Fig.6㊀28d load-deflection curves of hybrid fiber reinforced mortarspecimens 图7㊀28d 混杂纤维增强砂浆试样等效弯曲强度Fig.7㊀Equivalent flexural strength of 28d hybrid fiber reinforced mortar specimens㊀㊀图7为各混杂纤维试样采用JSCE-SF4标准[28]计算的28d 等效弯曲强度㊂由图7可见,相较于未掺纤维的C0组,单掺POM 纤维的C1组等效弯曲强度提高了51.1%,继续掺入BF 后,试样等效弯曲强度进一步提高,其中C5组提高最为显著,提高了100.8%㊂分析认为,当纤维试样受到荷载产生裂缝时,不仅需要克服POM 纤维自身的拉力,还需要抵抗新一轮裂缝产生的BF 牵扯作用[29]㊂POM 纤维和BF 可以在不同破坏尺度上发挥作用,提高试样的韧性,掺入BF 后,对试样中的微裂缝进一步抑制㊂可以看出,POM-BF 纤维混杂体系具有有效的阻裂增韧作用㊂BF 相较POM 纤维分散性差,并且在试样内部分布均匀程度存在随机性,因此,根据荷载-挠度曲线计算出的等效弯曲强度并没有完全严格呈上升趋势㊂2.1.4㊀混杂纤维增强砂浆试样直接拉伸强度28d 混杂纤维增强砂浆试样直接拉伸荷载-挠度曲线和极限拉伸强度分别如图8㊁图9所示㊂由图8可知,与未掺纤维的C0组相比,掺入纤维后,纤维试样的挠度增大㊂其中,单掺POM 纤维的C1组对极限荷载和挠度改善最明显,分别提高了11.5%和34.7%㊂在试验过程中观察到,C0组在加载结束后可以听到清脆断裂声,试块一分为二,断为两截㊂而掺入纤维后的各试验组在加载结束后,试块相互粘连,纤维被拉断或者拔出,这与三点弯曲试验破坏形式相似㊂由图9可见,与C0组相比,单掺POM 纤维的C1组极限抗拉强度提高最明显,提高了11.1%㊂掺入BF 后,相较于C1组,复合材料的极限抗拉强度均有所下降,但降低幅度很小,在BF 掺量为0.1%㊁0.2%㊁0.3%和0.5%下分别降低了9.2%㊁19.3%㊁9.8%和13.5%㊂值得注意的是,直接拉伸试验试样受力横截面小,对材料均匀性要求高,非常容易在薄弱点或薄弱面断裂,因此,荷载-挠度曲线表现出一定的波动㊂水泥基复合第10期李㊀帅等:聚甲醛-玄武岩混杂纤维增强砂浆力学性能3459㊀材料的韧性和拉伸强度主要由POM 纤维提供,掺入BF 没有明显改善作用㊂图8㊀28d 混杂纤维增强砂浆试样直接拉伸荷载-挠度曲线Fig.8㊀Direct tensile load-deflection curves of 28d hybrid fiber reinforced mortarspecimens 图9㊀28d 混杂纤维增强砂浆试样极限抗拉强度Fig.9㊀Ultimate tensile strength of 28d hybrid fiber reinforced mortar specimens2.2㊀混杂纤维增强砂浆试样微观分析水泥基材料是由细观㊁微观和宏观尺度构成的多相复合材料,采用不同尺寸的纤维可以在多尺度上对水泥基材料的性能进行改善㊂图10为POM-BF 混杂纤维水泥基材料试样断裂面的SEM 照片㊂从图10(a)可以看到,基体断裂面残留有孔洞及拔出的POM 纤维,对残留孔洞进一步放大后发现孔壁表面存在纤维残留物(如图10(b)所示),表明孔洞为纤维拔出后留下的痕迹,这说明当纤维试样受到荷载作用时,基体中的POM 纤维被拔出或拉断,可以有效吸收荷载,减小裂缝宽度,限制宏观裂缝形成[30]㊂从图10(b)还可以看出,POM 纤维表面存在细长絮状结构,这是纤维在受力拔出时被基体 撕扯 的痕迹,表明POM 纤维与砂浆基体结合紧密㊂分析认为,POM 纤维含有 C O 结构,可以与水泥砂浆中的水形成氢键,提高二者间的界面结合强度[31]㊂由图10(c)可以清晰地看到,BF 在基体内部空隙处组成网状结构,起到桥联作用,限制水泥砂浆基体内部的缺陷扩展㊁贯通为微观裂缝,延缓其向宏观裂缝发展,此外,BF 表面集聚有大量水化产物[32],包裹纤维,纤维之间互相搭接,共同抵抗破坏㊂图10㊀POM-BF 混杂纤维水泥基材料试样断裂面的SEM 照片Fig.10㊀SEM images of fracture surface of POM-BF hybird fiber reinforced mortar specimens 3㊀结㊀论1)水泥砂浆中混掺POM 纤维和BF 可以有效提高试样的抗折强度和早期抗压强度,对28d 抗压强度影响不大㊂在本试验的纤维体积分数范围内,综合考虑,最佳混掺掺量为POM 纤维0.6%,BF 0.3%㊂2)混掺POM 纤维和BF 可以大幅度提高水泥基材料的韧性,当POM 纤维掺量为0.6%,BF 掺量为0.5%时,韧性改善最为明显,相较于未掺纤维的空白组,试样等效弯曲强度提高了100.8%㊂直接拉伸试验表明,掺入纤维后,试样破坏时产生的位移变大,并且纤维试样均表现出延性破坏㊂3460㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷3)尺寸较小的BF可以限制微裂缝的产生和扩展,尺寸较大的POM纤维可以抑制宏观裂缝的形成㊂POM-BF混杂纤维体系可以实现对水泥基复合材料多重增效,复合材料的韧性和强度均得到改善㊂4)微观研究表明,POM纤维和BF均可以与基体结合紧密,纤维拔出和拉断是纤维增强水泥基复合材料的主要增强增韧机制㊂参考文献[1]㊀王仕富,曾晓辉,周㊀尧,等.PVA及玄武岩纤维对水泥基复合材料力学性能的影响[J].功能材料,2020,51(4):4072-4076.WANG S F,ZENG X H,ZHOU Y,et al.Effect of PVA and basalt fiber on mechanical properties of cement-based composites[J].Journal of Functional Materials,2020,51(4):4072-4076(in Chinese).[2]㊀WANG Z B,ZHANG J,WANG J H,et al.Tensile performance of polyvinyl alcohol-steel hybrid fiber reinforced cementitious composite withimpact of water to binder ratio[J].Journal of Composite Materials,2015,49(18):2169-2186.[3]㊀许子龙,谢㊀群.混杂纤维增强高韧性水泥基复合材料的拉伸性能[J].济南大学学报(自然科学版),2021,35(1)68-73XU Z L,XIE Q.Tensile properties of mixed fibers reinforced high toughness cement-based composites[J].Journal of University of Jinan (Science and Technology),2021,35(1):68-73(in Chinese).[4]㊀BANTHIA N,GUPTA R.Hybrid fiber reinforced concrete(H y FRC):fiber synergy in high strength matrices[J].Materials and Structures,2004,37(10):707-716.[5]㊀刘雁宁,张㊀涛,李㊀杉.混掺精细钢纤维/PVA纤维水泥基复合材料力学性能试验研究[J].混凝土,2022(1):112-115.LIU Y N,ZHANG T,LI S.Experimental study on mechanical behviour of polyvinyl alcohol-steel hybrid fiber reinforced cementitious composites[J].Concrete,2022(1):112-115(in Chinese).[6]㊀KANG S T,CHOI J I,KOH K T,et al.Hybrid effects of steel fiber and microfiber on the tensile behavior of ultra-high performance concrete[J].Composite Structures,2016,145:37-42.[7]㊀霍彦霖,孙华阳,刘天安,等.混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料抗弯冲击性能[J].复合材料学报,2022,39(11):5086-5097.HUO Y L,SUN H Y,LIU T A,et al.Flexural impact behavior of hybrid fiber-reinforced strain hardening cementitious composites[J].Acta Materiae Compositae Sinica,2022,39(11):5086-5097(in Chinese).[8]㊀赵焕起,李国忠.混杂纤维增强水泥基复合材料的力学性能[J].复合材料学报,2014,31(1):140-145.ZHAO H Q,LI G Z.Mechanics performance of hybrid fiber reinforced cement-based composites[J].Acta Materiae Compositae Sinica,2014,31(1):140-145(in Chinese).[9]㊀于海洋,李地红,代函函,等.混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料的弯曲性能研究[J].材料导报,2020,34(增刊1):229-233.YU H Y,LI D H,DAI H H,et al.Study on bending properties of hybrid fiber reinforced strain hardening cementitious composites[J].Materials Reports,2020,34(supplement1):229-233(in Chinese).[10]㊀WANG Z H,GUO R X,LIU G S,et al.Study on flexural fatigue properties of POM fiber airport pavement concrete[J].Polymers,2022,14(15):2979.[11]㊀贺晶晶,师俊平,张㊀勇,等.玄武岩纤维改善混凝土拉伸性能分析[J].复合材料科学与工程,2021(8):39-43.HE J J,SHI J P,ZHANG Y,et al.Analysis on tensile properties of BFRC[J].Composites Science and Engineering,2021(8):39-43(in Chinese).[12]㊀吴耀鹏,李彦豪,张㊀旭,等.水胶比和粉煤灰掺量对混凝土高温后抗压强度的影响[J].建筑结构,2019,49(22):93-96.WU Y P,LI Y H,ZHANG X,et al.Influences of water-binder ratio and fly-ash replacement level on compressive strength of concrete after high temperature[J].Building Structure,2019,49(22):93-96(in Chinese).[13]㊀姚智高,林㊀常,蔡㊀舒,等.粉煤灰对PVA纤维/水泥基体界面作用及复合材料拉伸性能的影响[J].硅酸盐通报,2022,41(7):2327-2336.YAO Z G,LIN C,CAI S,et al.Effect of fly ash on PVA fiber/cementitious matrix interfacial interactions and tensile properties of composites [J].Bulletin of the Chinese Ceramic Society,2022,41(7):2327-2336(in Chinese).[14]㊀何文敏,张学钢,王㊀闯.BFRC中玄武岩纤维的分散性与胶砂流动性[J].材料导报,2013,27(8):124-126+151.HE W M,ZHANG X G,WANG C.Fluidity of cement mortar and dispersion of basalt fiber of BFRC[J].Materials Review,2013,27(8):124-126+151(in Chinese).[15]㊀路建国,杨心莲,蒲万丽,等.寒区导电混凝土研究现状与展望[J].土木与环境工程学报,2023:1-13.LU J G,YANG X L,PU W L,et al.Current status and prospects of research on conductive concrete in cold regions[J].Journal of Civil and Environmental Engineering,2023:1-13(in Chinese).[16]㊀李福海,高㊀浩,唐慧琪,等.短切玄武岩纤维混凝土基本性能试验研究[J].铁道科学与工程学报,2022,19(2):419-427.LI F H,GAO H,TANG H Q,et al.Basic properties and shrinkage model of chopped basalt fiber concrete[J].Journal of Railway Science and Engineering,2022,19(2):419-427(in Chinese).㊀第10期李㊀帅等:聚甲醛-玄武岩混杂纤维增强砂浆力学性能3461 [17]㊀张㊀聪,曹明莉.多尺度纤维增强水泥基复合材料力学性能试验[J].复合材料学报,2014,31(3):661-668.ZHANG C,CAO M L.Mechanical property test of a multi-scale fiber reinforced cementitious composites[J].Acta Materiae Compositae Sinica, 2014,31(3):661-668(in Chinese).[18]㊀邓㊀双,袁进平,靳建洲,等.多尺度纤维增强水泥基材料的研究进展[J].硅酸盐通报,2016,35(4)1137-1143DENG S,YUAN J P,JIN J Z,et al.Multi-scale fiber reinforced cement based materials[J].Bulletin of the Chinese Ceramic Society,2016,35(4):1137-1143(in Chinese).[19]㊀吴启一,姚华彦,扈惠敏,等.玄武岩纤维对水泥稳定多孔玄武岩碎石力学性能的影响[J].硅酸盐通报,2022,41(1):192-198.WU Q Y,YAO H Y,HU H M,et al.Effect of basalt fiber on mechanical properties of cement stabilized porous basalt macadam[J].Bulletin of the Chinese Ceramic Society,2022,41(1):192-198(in Chinese).[20]㊀LIN J X,SU J Y,PAN H S,et al.Dynamic compression behavior of ultra-high performance concrete with hybrid polyoxymethylene fiber and steelfiber[J].Journal of Materials Research and Technology,2022,20:4473-4486.[21]㊀余保英,周建伟,孔亚宁,等.PVA纤维长度对超高韧性水泥基复合材料力学性能的影响[J].硅酸盐通报,2020,39(11):3425-3431.YU B Y,ZHOU J W,KONG Y N,et al.Effect of PVA fiber length on mechanical properties of ultra-high toughness cementitious composites[J].Bulletin of the Chinese Ceramic Society,2020,39(11):3425-3431(in Chinese).[22]㊀张兰芳,尹玉龙,岳㊀瑜.玄武岩纤维掺量对混凝土力学性能的影响[J].硅酸盐通报,2016,35(9)2724-2728ZHANG L F,YIN Y L,YUE Y.Effect of basalt fiber content on mechanical performance of concrete[J].Bulletin of the Chinese Ceramic Society,2016,35(9):2724-2728(in Chinese).[23]㊀张楚楚.玄武岩纤维增强水泥基材料及其复合梁高性能化研究[D].南京:东南大学,2018:18-20.ZHANG C C.Study on high performance of basalt fiber reinforced cement-based materials and their composite beams[D].Nanjing:Southeast University,2018:18-20(in Chinese).[24]㊀杨富花,石宵爽,栾晨晨,等.聚甲醛纤维增强地聚物再生混凝土的力学性能研究[J].新型建筑材料,2021,48(5)52-56+70YANG F H,SHI X S,LUAN C C,et al.Study on the mechanical properties of polyoxymethylene fiber reinforced geopolymer recycled concrete [J].New Building Materials,2021,48(5):52-56+70(in Chinese).[25]㊀张㊀勤,巩稣稣,赵永胜,等.多尺度纤维复合增强水泥基材料的力学性能[J].土木与环境工程学报(中英文),2021(2):123-129.ZHANG Q,GONG S S,ZHAO Y S,et al.Mechanical properties of multi-scale fiber compound reinforced cement-based materials[J].Journal of Civil and Environmental Engineering,2021(2):123-129(in Chinese).[26]㊀ZHAO W W,WANG Y T,WANG X D,et al.Fabrication,mechanical performance and tribological behaviors of polyacetal-fiber-reinforcedmetakaolin-based geopolymeric composites[J].Ceramics International,2016,42(5):6329-6341.[27]㊀ZHANG J C,LIU T X,DONG B,et al.Experimental investigation of mechanical characterizations of a POM fiber-reinforced mortar material[J].Frontiers in Physics,2022,10:837355.[28]㊀Japan Concrete Institute.Method of test for flexural strength and flexural toughness of steel fiber reinforced concrete:JSCE-SF4[S].Tokyo:Japan Concrete Institute,1984.[29]㊀李风雷,孙㊀敏.PVA-钢混杂纤维混凝土弯曲韧性研究[J].苏州科技学院学报(工程技术版),2017,30(1):19-25.LI F L,SUN M.Test and reseach on bending toughness of steel-PVA hybrid fibers concrete[J].Journal of Suzhou University of Science and Technology(Engineering and Technology),2017,30(1):19-25(in Chinese).[30]㊀DEY V,KACHALA R,BONAKDAR A,et al.Mechanical properties of micro and sub-micron wollastonite fibers in cementitious composites[J].Construction and Building Materials,2015,82:351-359.[31]㊀ZHANG W,XU X,WANG H L,et al.Experimental and numerical analysis of interfacial bonding strength of polyoxymethylene reinforced cementcomposites[J].Construction and Building Materials,2019,207:1-9.[32]㊀裴㊀悦.掺入玻璃纤维及玄武岩纤维增强混凝土性能的试验研究[D].太原:中北大学,2019:44-46.PEI Y.Experimental study on properties of concrete reinforced with glass fiber and basalt fiber[D].Taiyuan:North University of China,2019: 44-46(in Chinese).。

玄武岩纤维贫混凝土基本力学性能试验研究

玄武岩纤维贫混凝土基本力学性能试验研究

玄武岩纤维贫混凝土基本力学性能试验研究摘要:本文通过玄武岩纤维贫混凝土的抗压、抗折试验,研究玄武岩纤维不同掺量对贫混凝土力学性能的影响,并首次在贫混凝土基层中提出玄武岩纤维的合理掺量范围和最佳掺量:合理掺量范围是3-6kg/m3,最佳掺量是4.8 kg/m3。

abstract: through the compression and bending test of basalt fiber lean concrete, the paper studies the influence of different dosage on the lean concrete mechanical properties of basalt fiber, and puts forward the reasonable dosage range which is 3-6kg/m3 and best dosage of basalt fiber which is 4.8 kg/m3.关键词:道路工程;玄武岩纤维;抗压抗折试验;力学性能;最佳掺量key words: road engineering;basalt fiber;compressive and flexural test;mechanical properties;optimal dosage 中图分类号:tu71 文献标识码:a 文章编号:1006-4311(2013)05-0033-030 引言玄武岩纤维混凝土是国际上近些年发展很快的一种新型高性能水泥基复合材料。

玄武岩纤维的作用主要是增强混凝土材料的抗拉强度和抗裂性,减小温差变化时结构的收缩变形量。

在受应力作用初期,混凝土与玄武岩纤维共同承受应力作用,但是前者是温度应力或者荷载作用的主要受力者;当混凝土发生微裂后,横跨裂缝的纤维成为应力的主要受力者。

但是作为基层材料,目前国内外玄武岩短切纤维贫混凝土基层研究很少,将其短切后掺入贫混凝土中能否改善其性能,改善到什么程度,掺入纤维的尺寸和掺量等都是值得研究的问题。

短切玄武岩纤维混凝土基本力学性能的尺寸效应-最新年精选文档

短切玄武岩纤维混凝土基本力学性能的尺寸效应-最新年精选文档

短切玄武岩纤维混凝土基本力学性能的尺寸效应:In order to study the influence of sizeeffect onthe basic mechanical properties of choppedbasalt fiber reinforced concrete BFRC),whose length was 15 mm or25 mm,fiber volume content was 0.1% or 0.2% concret estrength grade was C30 or C40. The cubiccompressivestrength ,axial compressive strength ,splitting tensilestrength and flexural strength of 330 specimens were testedrespectively and the experimental data were processed ,thesize effect law was reflected by scale effect.The Studyresults show that concrete strength grade ,fiber lengthand fiber volume content have a littleimpact on sizeconversion coefficient of cubic compressive strength. With the increase of concrete strength grade ,fiber length and fiber volume content ,the size effect of axialcompressivestrength shows a great improvement. Concretestrengthgrade has little effect on the size effectof splittingtensile strength ,but the size effect shows an upward trendwith fiber length decreases and fiber volumecontentincreases. The size effect of flexuralstrength is littleinfluenced by concrete strength and fiberlength gradebut the size conversion coefficient decreases first and then increases with the increase of fiber volume content.i=r混凝土是土木工程的主导材料,但传统混凝土的抗拉强度较低,耐久性较差,使得很多结构物由于混凝土性能不良而过早破坏,造成严重的经济损失[1] 。

玄武岩纤维对混凝土性能的影响研究

玄武岩纤维对混凝土性能的影响研究

引言纤维混凝土是指在混凝土中掺入纤维来满足混凝土多样化性能要求[1-3]。

随着近年来建筑行业的迅速发展,对特殊性能混凝土的要求及需求不断提高,掺加纤维作为一种技术手段,逐步应用于桥梁、水利、市政等行业的工程建设中,改善或强化混凝土性能[4-5],解决工程设计与施工的难题。

现在市场上纤维的种类很多,相比于传统的钢纤维、聚丙烯粗纤维等,玄武岩纤维凭借其自身材料特性的优势,与混凝土具有良好的适应性,并且在混凝土高温稳定性、耐久性、弹性模量、抗拉性能等方面具有显著优势[6-7]。

目前,在不同的工程中,基于不同的原材料,对纤维混凝土的力学性能、耐久性能等均有较多研究,贺正波等[8]对玄武岩纤维单轴受压破坏过程进行有限元模拟,分析了纤维掺量对抗压强度的提高效果,并从裂纹扩展机理证明了纤维对混凝土韧性的改善。

但现研究中对使用同种原材料不同种纤维的混凝土性能对比研究却较少。

本文通过改变玄武岩纤维掺量,了解玄武岩纤维掺量的变化对混凝土性能的影响;在此基础上,对同一组混凝土配合比,分别掺加玄武岩纤维、钢纤维、聚丙烯纤维,对不同种纤维的使用效果进行力学性能、耐久性能对比,分析不同种类纤维对混凝土性能的影响,为不同工程中纤维的选择与使用提供技术参考。

1、材料与方法1.1 试验材料纤维混凝土的组成材料包括胶凝材料、骨料、水、外加剂和纤维。

胶凝材料使用水泥和粉煤灰,其中水泥使用河南省太阳石集团水泥有限公司生产的P·O 42.5水泥,其密度为3.11g/cm3;粉煤灰使用平顶山姚孟电力有限公司生产的F类II级粉煤灰,其密度为2.24kg/m3;骨料包含粗、细骨料,其中细骨料使用济源五星砂厂生产的人工砂和天然砂,其表观密度为2.69g/cm3,以质量比8∶2进行混合;粗骨料使用洛阳市生产的5~20mm的人工碎石,其表观密度2.69g/cm3,由粒径为5~10mm和10~20mm人工碎石以质量比5∶5混合而成;减水剂使用中国水电十一局有限公司混凝土外加剂厂生产的SN-JG缓凝型高性能减水剂;拌合用水使用自来水,其密度取1.00g/cm3。

玄武岩纤维增强碱激发水泥砂浆和混凝土

玄武岩纤维增强碱激发水泥砂浆和混凝土玄武岩纤维是以玄武岩矿石为原料,通过熔融拉丝工艺制备得到的一种新型高性能无机纤维,其基本性能取决于原材料的化学成分和生产加工工艺。

近年来,对玄武岩纤维增强硅酸盐水泥基材料的研究表明,纤维通过桥接裂缝可提高混凝土基体的延性、韧性、抗压强度和抗拉强度,使混凝土所固有的脆性问题得到改善。

不同掺量及长度的玄武岩纤维对水玻璃激发矿渣水泥砂浆性能的影响如表1所示。

当掺入长为6mm和12mm、体积掺量为0~0.5%的玄武岩纤维时,随着纤维掺量的增加,碱矿渣水泥砂浆的流动度有所下降,相比而言,掺入6mm 长的玄武岩纤维比12mm纤维下降的较为明显。

这是由于玄武岩纤维比表面积大,表面粗糙,摩擦系数大,增加了砂浆在流动过程中的摩擦力,从而降低了砂浆的流动性。

表1 玄武岩纤维对砂浆强度的影响注:激发剂是模数为1.0的水玻璃。

从强度试验结果可知,当掺入长6mm、掺量为0~0.5%的玄武岩纤维时,砂浆的3天、7天抗压强度有降低的趋势,但28天抗压强度随着纤维掺量的增加先增加后降低,当玄武岩纤维掺量为0.3%时,砂浆的28天抗压强度较基准组提高28.3%;然而,掺入长6 mm、掺量为0~0.5%的纤维后,砂浆的抗折强度呈上升的趋势,且砂浆的折压比提高,韧性有所增加,此外,砂浆的3天、7天抗压强度逐渐降低,28天抗压强度先增加后降低,当纤维掺量为0.4%时,砂浆的28天抗压强度提高了33.6%;而当掺入12mm玄武岩纤维时,砂浆各龄期的抗折强度随着掺量的增加先增大后降低。

可见,适量掺量的玄武岩纤维对砂浆的强度有益,但当纤维掺量过多时,由于纤维的增加,使拌合物的工作性变差,最终导致砂浆强度的降低。

此外,纤维对砂浆干缩的影响也表明,当掺入6mm和12mm的玄武岩纤维时,砂浆的收缩率呈降低的趋势,这是因为纤维在砂浆中可以阻塞毛细管,减少渗水通道,能更好地保证胶凝材料的水化,减少水分的丢失。

碱激发水泥基材料的基质不同、试验条件不同、纤维性能不同等都会决定影响的效果。

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玄 武 岩 纤 维 ( aa ie 简 称 B ) 一 种 新 型 B slFbr t F是 无机 纤 维材 料 , 用火 山爆 发形 成 的一 种 玻璃 态 的 是
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岩纤维对水泥浆体早期具有 显著 的增 强作 用 , 降低 了水 泥砂 浆的 2 d强度 ; 但 8 掺入玄武岩 纤维可 以增加砂 浆的 韧性 . 对砂浆的抗拉强度改善起 到 了一定作 用; 玄武岩纤维对砂浆 的抗 弯破坏强度改善不显著 , 明显增大 了相 但
同荷 载 下 试件 的 挠度
关键词 : 玄武岩纤维 ; 泥砂浆 ; 水 力学性 能 中图分类号 :U 2 .7 T 58 2 5 文献标识码 : B 文章编号 :6 2 9 8 (o 8 0 一 0 8 0 17 — 89 2 0 )5 o l— 3
mot r r e trt a o e o P c me t r ra e o t m d i o e p ci ey T e a d t n o F it e n ra e b t n t s f e n t t h p i a e h h P mo a t mu a d t n r s e t l. h d i o fB n oc me t i v i
S u yo e h n c l r p ris fCe e t o t ro s l i e s t d nM c a i a o e t m n r a f P e o M Ba at b r F
C u Mi g h n C e h n s e g , h nYi
(. 1 浙江省港航管理局 , 浙江 杭州 3 0 1 ;. 1 0 12宁波市港航管理局 , 浙江 宁波 3 5 0 ) 10 0
摘 要: 以有机 聚丙烯纤维为对 比, 行 了无机 玄武岩纤维水泥砂浆的抗压 、 进 抗折 、 抗拉伸及 抗弯 系列 力学性 能
试验研究。研 究结果表 明: 在最佳掺 量下, 玄武岩纤维水泥砂 浆的各种 力学性能优于聚丙烯纤维水泥砂浆 ; 玄武
b n igs e gho e n r r ees de n ic se . ers l h w a c a ia rp r e f e n e dn t n t f me t t r t ida ddsu sd Th eut so t t r c mo a w u s h me h nc l o et so c me t p i BF
第 5卷第 5期
20 0 8年 1 0月
现 代 交 通 技 术
Mo e T a s o tt nT c n l g d m r n p r i e h o o y ao
VO. No. 1 5 5 Oc. 0 8 t2 0
玄武岩 纤维水泥砂浆 的力学性能研 究
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