混杂纤维水泥基复合材料及其应用

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水泥基复合材料的制备及应用研究

水泥基复合材料的制备及应用研究水泥基复合材料是一种由水泥、细骨料和一种或多种纤维增强材料组成的复合材料。

它具有较高的强度、耐久性和抗裂性能，被广泛用于建筑、道路、桥梁等工程结构中。

本文将探讨水泥基复合材料的制备方法及其在各个领域中的应用。

首先，水泥基复合材料的制备需要选择合适的原料。

水泥是主要成分，常见的有普通硅酸盐水泥和高性能水泥，细骨料可以使用砂石、河砂等，而纤维增强材料可以选择钢纤维、玻璃纤维、碳纤维等。

这些原料需要经过混合、搅拌、均匀分散等步骤，制备成均匀的复合材料糊状物。

其次，水泥基复合材料可以通过不同的加工方法得到不同形式的制品。

最常见的是浇注成型，即将复合材料糊状物倒入模具中，经过充实和振实等处理后，使其固化成所需形状。

还可以采用挤出法、喷涂法等技术制备出管材、板材等特殊形状的制品。

水泥基复合材料在建筑领域中有着广泛的应用。

首先，在高层建筑中可以使用水泥基复合材料制作轻质隔墙板，提高结构的抗震性能。

其次，它也可以用来制作防水层、隔热层等功能性材料，提高建筑的使用寿命。

此外，水泥基复合材料还可以用于修补和增强老化、破损的混凝土结构，延长其使用寿命。

在道路和桥梁领域中，水泥基复合材料也有着广泛应用。

它可以用于制作高性能混凝土路面，提高道路的耐久性和承载能力。

同时，它还可以用于制作桥梁的预应力构件、减振设备等，增强桥梁的结构强度和抗震性能。

总之，水泥基复合材料具有广泛的应用前景。

通过选择不同的原料和加工方法，可以制备出形状各异的复合材料制品。

在建筑、道路、桥梁等领域中，它能够提高结构的强度和耐久性，延长使用寿命。

随着技术的不断发展，水泥基复合材料的制备方法和应用领域也将进一步推广和完善。

水泥基复合材料的应用研究

水泥基复合材料的应用研究近年来，随着经济的发展和城市化进程的加快，建筑行业的快速发展使得建筑材料的需求以及技术不断提高。

水泥基复合材料作为一种新型建筑材料，具有高强度、高韧性、高耐久性等优点，受到了广泛的关注和应用。

本文将从水泥基复合材料的概念、制备、性能以及应用等方面进行深入探讨。

一、概念水泥基复合材料是一种由水泥、各种纤维等为基材，掺入适量的化学添加剂以及填料制成的复合材料。

它是一种具有协同作用的复合材料，可以将材料的各种性能有效地综合起来，从而获得优越的综合性能。

二、制备水泥基复合材料的制备过程相对繁琐，需要掌握一定的生产技术和加工工艺。

一般来说，制备过程可分为材料选择、材料处理、加工成型等三个部分。

1.材料选择材料的选择是制备水泥基复合材料的首要程序。

一般情况下，普通水泥作为基材，掺入适量的复合纤维、微珠或其它特殊填料，以及适量的化学添加剂即可制备成复合材料。

2.材料处理制备过程中的材料处理也是十分关键的，它主要包括混合、加水配比、混合时间等几个方面。

混合：水泥及其它实体材料需在混合设备中均匀混合，以便混合后的材料能够达到较为均匀的结构和性能。

加水配比：根据不同的要求进行水泥与水的配比，以便制成不同性质的复合材料。

混合时间：水泥基复合材料的混合时间对其性能有着相当大的影响，需要严格掌握。

3.加工成型水泥基复合材料成型时，需使用模具。

成型后还需进行加压、振动等程序，以提高材料的密实度。

最终通过烘干、固化等程序而成。

三、性能水泥基复合材料具有以下优异性能：1.高强度纤维的添加使水泥基复合材料具有较高的抗拉和抗压强度。

2.高韧性不同于传统混凝土，水泥基复合材料具有良好的韧性，可以有效避免出现龟裂和断裂等问题。

3.高耐久性水泥基复合材料具有较高的耐久性，即使在复杂环境下使用，也能稳定保持其良好的性能。

四、应用水泥基复合材料已经广泛应用于道路、桥梁、隧道、地铁、机场、港口、飞机跑道、大型工业厂房及机器房、电力线路、污水处理站等多种建筑和工业领域。

水泥基复合材料的应用与研究

水泥基复合材料的应用与研究一、引言水泥基复合材料是一种新型的建筑材料，具有优良的力学性能、耐久性和耐化学腐蚀性能，因此在建筑、道路、桥梁等领域得到了广泛的应用。

本文将从材料特性、应用场景、研究进展等方面综述水泥基复合材料的应用与研究。

二、材料特性1.力学性能水泥基复合材料具有较高的抗拉、抗压、抗弯强度，可用于制作大型的预制构件，如梁、板等。

同时，该材料的抗裂性能、韧性等也得到了提升，可用于加固和修复混凝土结构。

2.耐久性水泥基复合材料具有较好的耐久性，能够抵御氯离子、硫酸盐等化学腐蚀，同时其抗渗性能也较好，可用于制作防水材料。

3.可塑性水泥基复合材料的可塑性较好，可根据需要进行加工成型，如喷涂、浇铸等，同时也能够与其他材料进行复合使用。

三、应用场景1.建筑领域水泥基复合材料能够制作各种形状的构件，如梁、板、柱等，可用于建筑的主体结构。

同时，由于该材料的耐久性较好，可用于制作防水材料、加固材料等。

2.道路领域水泥基复合材料可用于道路的路面、边坡等部位的加固和修复，能够提高道路的承载能力和使用寿命。

3.桥梁领域水泥基复合材料的力学性能和耐久性能都较好，可以用于桥梁的建造和修复，提高桥梁的承载能力和使用寿命。

四、研究进展1.配合比设计水泥基复合材料的配合比对其力学性能和耐久性能具有重要影响，因此研究者们通过实验和理论计算，探索出了一些优化的配合比设计方法。

2.增强材料的选择水泥基复合材料的增强材料一般选择纤维材料、微粒材料、网格材料等，不同的增强材料对材料的力学性能和耐久性能有不同的影响，因此研究者们对不同增强材料进行了深入研究。

3.加工工艺水泥基复合材料的加工工艺对其性能和应用有重要影响，研究者们探索出了一些优化的加工工艺和施工方法，如喷涂、浇铸等。

五、结论水泥基复合材料具有优良的力学性能、耐久性和耐化学腐蚀性能，广泛应用于建筑、道路、桥梁等领域。

未来研究应继续深入探索其配合比设计、增强材料选择和加工工艺等方面，以提高其性能和应用效果。

钢-PVA混杂纤维水泥基复合材料抗压力学性能及经济性研究

第42卷第11期2023年11月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.42㊀No.11November,2023钢-PVA 混杂纤维水泥基复合材料抗压力学性能及经济性研究张品乐,曾靖渊,胡㊀静,朱昊天,陶㊀忠(昆明理工大学建筑工程学院,昆明㊀650500)摘要:纤维增强延性水泥基材料(ECC)造价昂贵,在实际工程应用中尚未被推广㊂在传统ECC 体系中加入钢纤维,并按照不同体积分数(0%㊁25%㊁50%㊁75%㊁100%)将国产PVA 纤维替代日产PVA 纤维,制备极具性价比的钢-PVA 混杂纤维增强延性水泥基材料,通过立方体轴心抗压试验研究混杂纤维延性水泥基材料的单轴受压力学性能㊂结果表明:随着国产PVA 纤维的增加,钢-PVA 混杂纤维水泥基复合材料的抗压强度先减小后增加,抗压韧性指数先增强后减弱,而峰值应变提升效果较为显著;相较于普通水泥基材料,钢-PVA 混杂纤维水泥基复合材料具有更好的完整性和延性;综合材料抗压性能与材料造价,国产PVA 纤维替代日产PVA 纤维配制钢-PVA 混杂纤维水泥基复合材料可以实现功能价值和经济价值的协同最大化㊂关键词:钢-PVA 混杂纤维;增强延性水泥基材料;抗压强度;抗压韧性;经济价值分析中图分类号:TU502+.6㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2023)11-3827-09Compressive Mechanical Properties and Economic Performance of Steel-PVA Hybrid Fiber Cement-Based CompositesZHANG Pinle ,ZENG Jingyuan ,HU Jing ,ZHU Haotian ,TAO Zhong(School of Architectural Engineering,Kunming University of Science and Technology,Kunming 650500,China)Abstract :Due to the high cost of fiber reinforced ductile cement-based composites (ECC),it has not been promoted in practical engineering applications.Steel fiber was added to the traditional ECC system,and Nissan PVA fiber was replaced by domestic PVA fiber according to different volume fraction (0%,25%,50%,75%,100%)to prepare cost-effective steel-PVA hybrid fiber reinforced ductile cement-based composites.The uniaxial compressive mechanical properties of hybrid fiber reinforced ductile cement-based composites were studied by cube axial compressive test.The results show that with the increase of domestic PVA fiber,the compressive strength of steel-PVA hybrid fiber cement-based composites decreases first and then increases,and the compressive toughness index increases first and then decreases,while the peak strain increases pared with ordinary cement-based materials,steel-PVA hybrid fiber cement-based composites have better integrity and ductility.Based on the compressive properties and material cost of the composites,the domestic PVA fiber can replace the Nissan PVA fiber to configure the steel-PVA hybrid fiber cement-based composites to maximize the functional value and economic value.Key words :steel-PVA hybrid fiber;reinforced ductile cement-based composite;compressive strength;compressive toughness;economic value analysis 收稿日期:2023-06-19;修订日期:2023-08-23基金项目:国家自然科学基金(52168069,51568028)作者简介:张品乐(1975 ),男,博士,教授㊂主要从事混杂纤维混凝土材料力学性能方面的研究㊂E-mail:zhangpinlezhang@ 通信作者:曾靖渊,硕士研究生㊂E-mail:1204879826@ 0㊀引㊀言普通水泥基材料存在脆性大㊁易开裂等缺陷,在使用过程中容易产生裂缝,影响其力学性能[1]㊂掺加纤维可以有效改善水泥基材料力学性能,从而提高建筑材料的性能,延长材料使用寿命,降低成本[2]㊂聚乙烯醇(polyvinyl acetate,PVA)纤维是一种人工合成纤维,在水泥基材料中可起到增强增韧的作用[3]㊂在纤维表3828㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷面经过涂油处理可降低表面摩擦力,但成本较高,在工程应用中受到了很大的限制㊂国产PVA纤维成本只有日产PVA纤维的1/10,其缺点是表面未经涂油处理,纤维直径偏小㊂工程水泥基复合材料(engineered cementitious composite,ECC)是一种具有应变硬化特征和多缝开裂特征的新型高韧性水泥基复合材料[4]㊂在20世纪90年代,美国密歇根大学Li教授等[5-7]研制了一种中等体积掺量(1%~2%)的短纤维增强水泥基复合材料㊂随着国内外学者对纤维水泥基材料研究不断深入,王海超等[8]通过棱柱体力学试验研究了进口和国产混掺高韧性聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)的配合比㊂阚黎黎等[9]通过单轴拉伸㊁压缩㊁三点抗弯㊁单裂缝拉伸和纤维分散性试验研究,发现低成本国产纤维在基体中具有良好的分散性并且能满足能量与强度准则,即使是相对较差的纤维试件,其3㊁7和28d极限拉伸应变也可达2.52%㊁3.34%和3.08%,具备良好的应力硬化行为和饱和多缝开裂特性,满足ECC的使用要求㊂潘钻锋等[10]对国产与日产PVA混杂水泥基复合材料进行了性能和成本分析,获得了低成本㊁较低拉伸性能,中等成本㊁较高拉伸性能,以及高成本㊁高拉伸性能三种具有代表性的PVA-ECC配合比㊂王振波等[11]在ECC体系中掺加钢纤维并进行了圆柱体抗压试验,认为钢纤维和PVA纤维有利于提高抗压韧性㊂赵旭[12]研究结果同样表明,钢纤维和PVA纤维的混合掺入可提升水泥基材料的抗压强度和弯曲韧性,两种纤维混掺对材料性能提升效果较单掺更加显著㊂现有研究缺乏对PVA-钢纤维增强延性水泥基复合材料性能和经济价值的综合研究㊂本文将国产纤维按0%㊁25%㊁50%㊁75%㊁100%(体积分数,下同)掺量替代日产纤维,并掺加微量钢纤维,制备钢-PVA混杂纤维水泥基复合材料㊂通过立方体轴心抗压试验,获得材料应力-应变曲线,分析PVA 纤维掺量对材料的破坏形态㊁抗压强度㊁峰值应变㊁抗压韧性㊁经济成本等指标的影响规律,实现ECC材料经济性与功能性的协同最大化,为高强度㊁高延性水泥基材料的工程应用提供依据㊂1㊀实㊀验1.1㊀试验材料原材料为P㊃O42.5普通硅酸盐水泥,密度3.1g/cm3;一级粉煤灰,密度2.5g/cm3;石英砂,细度模数2.9,密度2.66g/cm3;聚羧酸高性能减水剂,减水率约30%㊂基准水泥基材料配合比如表1所示㊂表1㊀基准水泥基材料配合比Table1㊀Mix ratio of reference cement-based materialMix ratio/(kg㊃m-3)Cement Water Fly ash Quartz sand Water reducerdosage/%Water-binder ratio Water-solid ratio1000560180060010.200.21㊀㊀注:减水剂掺量为质量分数㊂试验中采用的钢纤维㊁日产PVA纤维㊁国产PVA纤维宏观形貌如图1所示,各纤维特性如表2所示㊂钢纤维为河北衡水毛勒金属制品有限公司生产,日产PVA纤维为日本可乐丽公司产品,国产PVA纤维为江苏天怡工程纤维有限公司生产的聚乙烯醇纤维㊂PVA纤维被广泛应用于工程水泥基复合材料中,具有较好的增韧和抑制裂缝扩展等特性㊂图1㊀纤维的宏观形貌Fig.1㊀Macroscopic morphology of fibers第11期张品乐等:钢-PVA混杂纤维水泥基复合材料抗压力学性能及经济性研究3829㊀表2㊀纤维特性Table2㊀Properties of fiberFiber kind Length/mm Diameter/mm Length todiameter ratioDensity/(g㊃cm-3)Tensilestrength/MPaElasticmodulus/GPaSteel130.200657.802850210.0 Nissan PVA120.03930 1.30162042.8 Domestic PVA120.01580 1.29183040.01.2㊀试验设计混杂纤维试验配合比设计如表3所示㊂根据表3的配合比,采用50L卧式搅拌机进行搅拌㊂称取适量水泥㊁粉煤灰㊁石英砂㊁减水剂㊁纤维㊂先将水泥㊁粉煤灰和石英砂一起倒入搅拌机中,干拌3min,使其充分混合,然后再加入水和减水剂,搅拌3min,使新拌浆体具有适宜的流动性和黏聚性㊂沿着搅拌的方向在新拌浆体中分批次加入钢纤维㊁日产PVA纤维㊁国产PVA纤维㊂每加入一种纤维后,充分搅拌3min,再加入下一种纤维,使三种纤维都尽可能与基体混合均匀㊂将搅拌好的材料倒入模具进行分层浇筑,制成100mmˑ100mmˑ100mm的立方体试件,之后利用水泥胶砂振动台振捣3min㊂每组配合比成型3个试件,完成制作后经自然养护24h,然后将混合物从模具中取出,放置在标准养护室中养护28d㊂取出试件晾干后将棱柱体上下顶面打磨平整后测试材料的轴心抗压性能㊂表3㊀混杂纤维试验配合比设计Table3㊀Mix proportion design of hybrid fiber testTest number Volume fraction/%Steel fiber Nissan PVA Domestic PVA C0000A10.2 2.00A20.2 1.50.5A30.2 1.0 1.0A40.20.5 1.5A50.20 2.0B10.4 2.00B20.4 1.50.5B30.4 1.0 1.0B40.40.5 1.5B50.40 2.0C30 1.0 1.0㊀㊀注:A表示钢纤维掺量0.2%,B表示钢纤维掺量0.4%,C表示钢纤维掺量0%,数字为不同PVA纤维掺量组成的编号㊂1.3㊀轴心抗压试验采用SHT4106电液伺服电子万能试验机测试材料抗压性能,量程为1000kN,加载方式为位移控制,加载速率为0.15mm/min㊂试验加载装置通过力传感器和位移计测试荷载与试件压缩变形之间的关系㊂根据‘高延性纤维增强水泥基复合材料力学性能试验方法“(JC/T2461 2018)[13],试件立方体抗压强度计算公式如式(1)所示㊂f cc=F cc Acc (1)式中:f cc为立方体抗压强度,MPa;F cc为试件破坏荷载,N;A cc为试件承压面积,mm2,本试验取10000mm2㊂计算三个试件的平均抗压强度,且每个抗压强度与平均值差值不超过15%,否则重新进行试验,计算结果精确至0.01MPa㊂2㊀结果与讨论2.1㊀混杂纤维对抗压强度的影响图2为各配合比试件峰值压应力㊂由图2可知,对比无纤维掺杂水泥基材料对照组(C0),大部分钢-3830㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷图2㊀各配合比试件峰值压应力Fig.2㊀Peak compressive stress of each mixture ratio specimens PVA 混杂纤维水泥基复合材料试件的峰值压应力均有不同程度提高,但A2和B2强度降低,此时出现了负混杂效应 [14],导致抗压强度降低㊂水泥基材料的抗压强度受到纤维种类和掺量等因素的影响,加入适量的纤维能够提高水泥基材料的抗压强度,纤维掺量过多或过少均会对水泥基材料的抗压强度产生不利影响㊂在相同国产和日产PVA 纤维掺入量下,B 系列试验组在抗压强度上整体优于A 系列㊂其中,A5㊁B1㊁B4和B5的抗压强度提升最为明显,分别为46.39㊁45.24㊁45.77和45.52MPa,相较于普通水泥材料强度(31.87MPa),分别提升了45.6%㊁42.0%㊁43.6%和42.8%,可以看出混杂纤维的掺入能够显著提高水泥基材料的抗压强度㊂这是因为钢纤维的掺入抑制了混杂纤维水泥基复合材料受压时向四周扩散,同时,高弹性模量的PVA 纤维阻止了裂缝的发展,钢纤维和PVA 纤维的协同作用有效提升了水泥基材料的抗压性能和基材的承载力㊂2.2㊀试验现象及破坏形态图3是普通水泥砂浆试件C0与混杂纤维水泥试件A1的破坏形态㊂图3(a)普通水泥砂浆试件在破坏时呈脆性破坏的特点,试件表面砂浆碎块剥落严重,当试件达到极限荷载时,局部试块掉落,完整形态破坏,试件瞬间丧失承载能力㊂图3(b)混杂纤维水泥试件在达到抗压极限后,试块表面出现明显裂缝,随着荷载继续增加,裂缝扩展直至纵向裂缝贯通整个试件,此时,试件的承载力缓慢下降直到失去承载能力㊂图3㊀普通水泥砂浆试件与混杂纤维水泥砂浆试件典型受压破坏形态Fig.3㊀Typical compressive failure modes of ordinary cement mortar specimen and hybrid fiber cement mortar specimen 混杂纤维水泥试件由于添加了钢纤维和PVA 纤维,在试件受到外荷载时纤维发挥作用,纤维与基体形成桥联结构,其内部的纤维和基质之间相互作用,可阻止微小裂纹的扩展,呈现出一定的延性破坏,从而使试件在达到极限荷载之前,发生的变形具有可逆性,试件的形状能够保持完整㊂混杂纤维水泥试件达到极限荷载后承载力下降速度较空白组水泥基体更为缓慢,掺入钢纤维和PVA 纤维可以提高基体的延性,延缓试件的破坏㊂混杂纤维水泥试件的破坏过程相对缓慢,给予了人们一定的反应时间,因此混杂纤维水泥试件具有较高的安全可靠性㊂综上所述,相比传统的水泥基材料,钢-PVA 混杂纤维水泥基复合材料具有更好的完整性㊁延性和安全可靠性㊂2.3㊀混杂纤维对轴心抗压应力-应变曲线的影响单轴受压状态下的应力-应变曲线反映了各个受力阶段的变形特点和破坏过程,包含了重要的力学性能指标㊂试验得到的抗压应力-应变曲线如图4和图5所示,图中样品编号后的数字-1㊁-2㊁-3代表平行试件㊂㊀第11期张品乐等:钢-PVA混杂纤维水泥基复合材料抗压力学性能及经济性研究3831图4㊀钢纤维掺量0.2%组抗压应力-应变曲线Fig.4㊀Compressive stress-strain curves of0.2%steel fiber content group图5㊀钢纤维掺量0.4%组抗压应力-应变曲线Fig.5㊀Compressive stress-strain curves of0.4%steel fiber content group3832㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷㊀㊀虽然钢-PVA混杂纤维水泥基复合材料的应力-应变曲线形状与普通水泥基材料类似,属于偏态的单峰曲线,但钢-PVA混杂纤维水泥基复合材料的塑性变形能力和峰值应变明显优于普通水泥基材料㊂钢-PVA 混杂纤维水泥基复合材料的峰值应变在0.010~0.015,明显大于普通水泥基材料(0.002),这是因为微细纤维可有效限制裂纹扩展,从而延长应力-应变曲线的线性段,提高了基体的开裂强度㊂此外,当应变达到很大时材料仍有一定的残余强度,这充分体现了纤维高韧性水泥基复合材料曲线的特性㊂从图4和图5中可以看出,部分试验组加入纤维后抗压强度提升并不显著,但高韧性水泥基复合材料的延性和韧性明显大于普通水泥基材料㊂一方面是因为高掺量的粉煤灰使基体有较高的韧性,另一方面是因为纤维的混掺效应使试件在破坏时受到纤维桥联作用,材料的韧性得到提升㊂综上所述,钢-PVA混杂纤维水泥基复合材料比普通水泥基材料在延性㊁韧性上更具有优势㊂2.4㊀抗压韧性评价抗压韧性指数是评价混杂纤维水泥基复合材料压缩韧性的一个重要参数㊂Nataraja等[15]将韧性指数定义为应力-平均应变曲线下的总面积,限制应变最大值为0.015㊂Mansur[16]将韧性指数定义为应变为0.3ε0时应力-平均应变曲线下的面积与应变为ε0时的面积之比,其中ε0为峰值应力的应变,Zhou等[17]和王振波等[18]均采用此方法对复合材料进行抗压韧性评价㊂韧性指数代表了材料的能量吸收能力,通常用于表征材料在失效前的延展性㊂故本文将压应力-应变曲线峰值应力f c所对应的应变记为ε0,峰后应力下降至0.3f c时所对应的应变记为ε0.3,定义韧性指数为峰后曲线0.3f c所围成的面积与峰值应力f c所围成的面积之比,以其来表征钢-PVA 混杂纤维水泥基复合材料的抗压韧性㊂不同纤维掺量复合材料韧性指数如图6所示㊂由图6(a)可见,掺入钢纤维的PVA-ECC体系韧性指数略高于不掺钢纤维的PVA-ECC体系㊂其中掺入0.2%钢纤维A3组和掺入0.4%钢纤维A4组的韧性指数分别为2.4和2.6,较未加入钢纤维C3组分别提高了4.30%和13.03%,说明钢纤维能够提升复合材料峰后的耗能能力,但由于掺入钢纤维量较少,提升不明显㊂由图6(b)和(c)可知,钢纤维掺量的提高对PVA-ECC 整体韧性指数均有提升,但A5组韧性指数为1.5,明显低于其他组,这是由于PVA纤维的拔断机制[18]导致钢-PVA混杂纤维水泥基复合材料未完全发挥出纤维的耗能能力㊂A2和B2在所有试验组里韧性指数最高,分别为2.86和3.07,相较于单掺国产PVA纤维+钢纤维的A5㊁B5组,以及单掺日产PVA纤维+钢纤维的A1组㊁B1组分别提升了90.0%㊁26.8%㊁31.8%和24.8%㊂说明钢纤维㊁日产PVA纤维和国产PVA纤维三种纤维混杂在提高ECC材料抗压韧性方面效果显著㊂图6㊀不同纤维掺量复合材料的韧性指数Fig.6㊀Toughness index of composite materials with different fiber content2.5㊀材料性能成本分析价值工程分析法是经济分析上用于平均产品或项目价值的方法,可通过计算产品的功能和成本之比,获得产品的价值系数㊂其中,功能值指产品或项目所提供的功能或效益的价值,成本则指实现该功能或效益所需要的成本㊂通过计算价值系数,可以评估产品或项目的经济价值性[20]㊂价值工程法的计算公式即为产品第11期张品乐等:钢-PVA混杂纤维水泥基复合材料抗压力学性能及经济性研究3833㊀功能值与产品成本的比值,如式(2)所示㊂V=F/C(2)式中:V为价值系数,F为产品的功能值,C为产品的成本㊂通过收集各项原材料的市场价格,分析获得钢-PVA混杂纤维水泥基复合材料的经济成本,其中水泥0.5元/kg㊁粉煤灰0.3元/kg㊁石英砂0.3元/kg㊁水0.0045元/kg㊁减水剂45元/kg㊁日产PVA450元/kg㊁国产PVA45元/kg㊁钢纤维7.8元/kg(以上参考云南本地市场价格);原材料成本计算单位为1m3;不同配比ECC所用原材料的成本如表4所示㊂表4㊀原材料成本Table4㊀Raw material costsTest numberRaw material cost/yuanCement Fly ash Quartz sand Water Water reducer Steel fiber Nissan PVA Domestic PVATotal cost/yuanA12672899619611511080011944 A22672899619611583102759449 A32672899619611555405506954 A42672899619611527708254459 A526728996196115010991964 B12672889619623011059012036 B22672889619623082942749546 B32672889619623055295497056 B42672889619623027658234565 B526728896196230010972075结合表4总价格C㊁表5功能值F1㊁F2所总结数据,运用公式(2)计算出不同试验配比的价值系数V1㊁V2,结果如表5所示㊂其中,F1表示28d龄期的抗压强度㊁F2表示韧性指数㊂利用表5价值系数V,绘制出不同纤维掺量的价值系数图,如图7所示㊂虽然钢-PVA混杂纤维水泥基复合材料成本相对较高,但在合适的掺量下可以有效提高水泥基材料的力学性能,从而降低维护成本和综合成本,使得复合材料在工程中具有良好的经济价值性㊂表5㊀功能价值系数Table5㊀Functional value coefficientTest number Functional numerical value Value coefficients/ɢF1F2V1V2V A135.55 2.17 2.980.18 3.16A228.20 2.86 2.980.30 3.28A332.14 2.40 4.620.35 4.97A435.31 2.307.920.518.43A546.39 1.5023.620.7624.38B145.24 2.46 3.760.20 3.96B228.34 3.07 2.970.32 3.29B338.27 2.60 5.420.37 5.79B445.77 2.3310.030.5110.54B545.52 2.4221.94 1.1723.11由图7可以看出,随着国产PVA纤维按0%㊁25%㊁50%㊁75%㊁100%的比例逐渐替换日产PVA纤维,钢-PVA混杂纤维水泥基复合材料整体的价值系数逐渐提高㊂其中,当日产纤维被国产纤维完全替换时,A5和B5的价值系数最高为24.38ɢ和23.11ɢ,远高于其他组㊂价值系数越高,产品性价比越高㊂由于日产PVA 纤维造价昂贵,纯日产纤维占整体材料造价的90%以上,导致价值系数偏低,不利于大规模生产运用㊂由2.1节和2.4节可知,A5㊁B1㊁B4和B5组的抗压强度达到最佳,A2和B2组的韧性指数达到最佳㊂综上所述,虽然A4㊁B4和A5㊁B5组的韧性指数并不是最佳,但其综合功能价值和经济性均优于其他组,故国产PVA纤维替代日产PVA纤维配制钢-PVA混杂纤维水泥基复合材料可以达到功能价值和经济价值的协同最大化㊂3834㊀水泥混凝土硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第42卷图7㊀不同纤维掺量复合材料的价值系数Fig.7㊀Value coefficient of composite materials with different fiber content3㊀结㊀论1)混杂纤维的掺入能够不同程度地提高普通水泥基材料的抗压强度㊂其中,A5㊁B1㊁B4和B5这四组试件抗压强提升最为明显,相较于普通水泥材料分别提升了45.6%㊁42.0%㊁43.6%和42.8%㊂2)单轴受压过程中大部分试件均表现出多缝开裂的特性,峰值应力对应的28d应变为0.010~0.015,明显高于普通水泥基材料的0.002㊂相较于普通水泥基材料,钢-PVA混杂纤维水泥基复合材料具有更好的完整性和延性㊂3)添加0.2%和0.4%的钢纤维的PVA-ECC韧性指数较未掺钢纤维组分别提高了4.30%和13.03%,说明钢纤维在提升复合材料抗压韧性方面具有一定的优势㊂此外,A2和B2这两组在所有试验组里韧性指数最高,分别为2.86和3.07,说明钢纤维㊁日产PVA纤维和国产PVA纤维三种纤维混杂在提高ECC材料韧性方面效果显著㊂4)通过计算不同配合比下钢-PVA混杂纤维水泥基复合材料的功能㊁成本及价值系数得出:A4㊁B4(替换率均为75%)和A5㊁B5(替换率均为100%)组在钢-PVA混杂纤维水泥基复合材料功能价值和经济价值中可以最大化㊂参考文献[1]㊀ALSHAGHEL A,PARVEEN S,RANA S,et al.Effect of multiscale reinforcement on the mechanical properties and microstructure ofmicrocrystalline cellulose-carbon nanotube reinforced cementitious 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纤维水泥复合材料

纤维水泥复合材料
纤维水泥复合材料是一种由水泥、纤维和其他添加剂混合而成的新型建筑材料。

它具有优良的耐久性、抗拉强度和耐磨性，因此在建筑领域得到了广泛的应用。

本文将从材料特性、制备工艺和应用领域等方面对纤维水泥复合材料进行介绍。

首先，纤维水泥复合材料具有高强度和耐久性。

它采用纤维增强技术，使得材
料具有较高的抗拉强度和抗压强度，能够有效地抵抗外部力的作用，延长材料的使用寿命。

同时，纤维水泥复合材料还具有优异的耐磨性，能够在恶劣环境下长期使用而不受损坏。

其次，纤维水泥复合材料的制备工艺相对简单。

它采用水泥、纤维和添加剂等
原材料进行混合，通过挤压、模压或喷射等工艺形成成型，然后经过充分固化和养护，最终形成坚固耐用的建筑材料。

制备工艺简单可控，适用于工厂化生产，能够满足不同规格和形状的需求。

此外，纤维水泥复合材料在建筑领域有着广泛的应用。

它可以用于墙体、地面、屋顶等建筑构件的制作，也可以用于室内装饰、家具制作等领域。

由于其优良的性能和多样的形状，纤维水泥复合材料被广泛应用于高层建筑、地铁隧道、桥梁等工程中，为建筑行业的发展提供了重要支持。

总的来说，纤维水泥复合材料具有优良的性能和广泛的应用前景，是建筑领域
中一种非常有潜力的新型材料。

随着科技的不断进步和工艺的不断完善，相信纤维水泥复合材料将在未来得到更广泛的应用，并为建筑行业带来更多的发展机遇。

水泥基复合材料的应用与研究

水泥基复合材料的应用与研究一、前言水泥基复合材料是指以水泥、矿物掺合料和一定比例的纤维等材料为基础，加入适量的添加剂，通过混合、浇注、压制等工艺形成的一种综合性材料。

它具有高强度、耐磨、耐腐蚀、防火等优良性能，同时还具有良好的耐久性和可持续性，因此在工程建设领域得到了广泛的应用。

二、水泥基复合材料的种类1.纤维增强水泥基复合材料纤维增强水泥基复合材料是指在水泥基材料中加入纤维，使其具有更好的抗拉强度和韧性，常见的纤维有玻璃纤维、碳纤维、钢纤维等。

这种材料广泛应用于建筑、桥梁、路面等工程领域。

2.高性能混凝土高性能混凝土是指在水泥基材料中加入微粉、氧化硅等掺合料，以及控制水灰比等技术手段，使其具有更高的强度、耐久性和抗渗性。

这种材料广泛应用于高层建筑、大型桥梁、隧道等工程领域。

3.自密实混凝土自密实混凝土是指在水泥基材料中加入一定比例的特殊掺合料和添加剂，通过控制水泥胶凝体的形成，使其具有自密实的性能，从而提高了材料的耐久性和抗渗性。

这种材料广泛应用于水利水电、海洋工程等领域。

4.轻质水泥基复合材料轻质水泥基复合材料是指在水泥基材料中加入一定比例的轻质骨料，使其具有更轻的重量和更好的保温性能，常见的轻质骨料有珍珠岩、膨胀珍珠岩、膨胀粘土等。

这种材料广泛应用于建筑、隧道、地道等领域。

三、水泥基复合材料的应用1.建筑领域水泥基复合材料在建筑领域的应用非常广泛，主要包括建筑结构、外墙保温、地面修补等方面。

例如，在建筑结构中，水泥基复合材料可以用于加固和修补混凝土结构，提高其承载能力和抗震性能；在外墙保温中，水泥基复合材料可以用于制作外墙保温板，达到节能减排的效果；在地面修补中，水泥基复合材料可以用于修复地面裂缝和磨损部位，提高地面的使用寿命。

2.交通运输领域水泥基复合材料在交通运输领域的应用也非常广泛，主要包括桥梁、隧道、地铁等方面。

例如，在桥梁中，水泥基复合材料可以用于加固和修补桥梁结构，提高其承载能力和抗震性能；在隧道中，水泥基复合材料可以用于修补和加固隧道结构，提高其使用寿命和安全性；在地铁中，水泥基复合材料可以用于修补和加固地铁隧道结构，提高其使用寿命和安全性。

PVA混杂纤维增强水泥基复合材料抗压强度实验研究

青岛
266400）
中图分类号：TU528.01 文献标识码：B 文章编号 1007-6344（2019）03-0012-01
摘要：本文利用国内 PVA 纤维造价低的优势，采用部分国产 PVA 纤维代替进口 PVA 纤维，开发出一种高性能纤维增强水泥基复合材料。利用抗压强度实验，得到强度和韧性优异的国产 PVA 纤维与进口 PVA 纤维的最优掺和比。
在PVA纤维的总的体积掺入量在2.0%时，图1可以看出，进口PVA纤维的a，进口PVA纤维的体积掺量为1.0%时取
12 水泥生产 Cement production
PVA 混杂纤维增强水泥基复合材料
抗压强度实验研究
秦敬平 1 王博 2 张磊 3 （1 枣庄学院城市与建筑工程学院，山东枣庄 277160；2 青岛西海岸旅游投资集团有限公司，山东
（3 青岛亿佰建工集团有限公司，山东青岛 266400）
图 2 国产 PVA 纤维掺入
比例抗压强度
从图1图2可以看出随着进口纤维掺入比例的增加，立方体抗压试块的抗压强
度增大，随着国产纤维掺入比例的增加，立方体抗压试块的抗压强度减小。这个
因为PVA纤维对水泥基复合材料发挥了增韧和增强的作用，国产PVA纤维对水泥基
复合材料的增韧和增强作用不如进口纤维增强增韧作用强。。
2 抗压强度实验
加载装置：加载装置由长春试验机厂家生产，型号为NYL-2000压力试验机。
这种试验机的最大压力为2000kN，精度等级为2级，最小刻度是2.5kN。待各项准备工作完成之后开始试验加载，采用荷载控制。抗压试验的加载方
法、制度按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T 50081-2002)，进行测试。抗压试验加载速度不超过0.3～0.5MPa/s，保持匀速加载。同时观察立方体试块的破坏情况，加载到试件完全破坏为止，并记录下每个试块的抗压试验力。

混凝土中纤维掺合料的应用研究

混凝土中纤维掺合料的应用研究一、研究背景混凝土作为一种主要的建筑材料，其性能直接影响到建筑物的质量和使用寿命。

传统的混凝土主要是由水泥、砂子、碎石等原材料混合而成，但其强度、韧性、耐久性等方面存在一定的局限性。

因此，研究新型的混凝土材料，提高其性能，是当前混凝土材料研究的热点之一。

纤维混凝土作为一种新型的混凝土材料，具有良好的强度、韧性、耐久性等优点，因此被广泛应用于建筑、道路、桥梁等领域。

二、纤维混凝土的概念纤维混凝土是将钢、玻璃、聚丙烯等纤维材料掺入混凝土中，以改善混凝土的力学性能和耐久性能的一种新型材料。

纤维混凝土的强度、韧性、耐久性等性能均优于传统混凝土，能够有效地提高混凝土的承载能力和抗裂性能。

三、纤维混凝土的分类根据纤维类型的不同，纤维混凝土可以分为钢纤维混凝土、玻璃纤维混凝土、聚丙烯纤维混凝土等多种类型。

其中，钢纤维混凝土的强度和韧性最好，玻璃纤维混凝土比较适合在海洋环境中使用，而聚丙烯纤维混凝土则具有较好的耐久性。

四、纤维混凝土的掺合料纤维掺合料是指混凝土中添加的纤维材料，通常掺入混凝土中的纤维材料有钢纤维、聚丙烯纤维、玻璃纤维等。

纤维掺合料的加入可以有效地提高混凝土的抗裂性能、抗冲击性能和耐久性能。

五、纤维混凝土的应用研究1. 纤维混凝土在道路工程中的应用纤维混凝土在道路工程中的应用越来越广泛。

研究表明，在道路工程中使用纤维混凝土可以有效地提高道路的承载能力和抗裂性能，同时还可以减少路面的维修和保养成本。

因此，在道路工程中使用纤维混凝土已成为一种趋势。

2. 纤维混凝土在桥梁工程中的应用纤维混凝土在桥梁工程中的应用也越来越广泛。

研究表明，在桥梁工程中使用纤维混凝土可以有效地提高桥梁的承载能力和抗震性能，同时还可以减少桥梁的维修和保养成本。

因此，在桥梁工程中使用纤维混凝土已成为一种趋势。

3. 纤维混凝土在建筑工程中的应用纤维混凝土在建筑工程中的应用也越来越广泛。

研究表明，在建筑工程中使用纤维混凝土可以有效地提高建筑物的抗震性能和耐久性能，同时还可以减少建筑物的维修和保养成本。

纤维增强水泥基材料应用场景

纤维增强水泥基材料是一种由水泥、细粒骨料和纤维等成分组成的混凝土材料。

纤维增强水泥基材料由于其高强度、耐久性和抗裂性等优点，被广泛应用于各个领域。

以下是纤维增强水泥基材料应用场景的相关参考内容。

1.建筑业纤维增强水泥基材料在建筑业中的应用非常广泛。

它可以用于建筑物的墙体、地板、屋顶等部分的施工，提高建筑物的强度和耐久性。

同时，纤维增强水泥基材料还可以制作出各种形状和尺寸的墙板、楼梯和天花板等构件，提高建筑施工的效率和质量。

2.道路工程在道路工程中，纤维增强水泥基材料可以用于路面的施工。

它可以增加路面的抗裂性和抗压性能，延长路面的使用寿命。

此外，纤维增强水泥基材料还可以用于路面的补修和维护，提高道路的安全性和舒适性。

3.水利工程纤维增强水泥基材料在水利工程中也有广泛的应用。

例如，它可以用于水泥渠道、水闸和水库等建筑物的施工，提高其抗渗漏和抗冲刷能力。

同时，纤维增强水泥基材料还可以制作出各种形状的渠道、管道和河道等结构，提高水利工程的效率和可靠性。

4.隧道工程在隧道工程中，纤维增强水泥基材料可以用于隧道衬砌的施工。

它可以提高隧道的强度和稳定性，减少地层的变形和裂缝。

此外，纤维增强水泥基材料还可以抵御潮湿和高温等恶劣环境的影响，延长隧道的使用寿命。

5.钢结构加固纤维增强水泥基材料可以用于钢结构的加固和修复。

钢结构因受力而产生的裂缝和损伤可以通过纤维增强水泥基材料进行修复，提高钢结构的强度和稳定性。

此外，纤维增强水泥基材料还可以预防和修复混凝土结构的裂缝和损伤，提高结构的安全性和可靠性。

纤维增强水泥基材料的应用场景非常广泛，以上只是一部分常见的领域。

随着科学技术的不断发展，纤维增强水泥基材料将在更多的领域得到应用，并发挥其优越的性能和效果。

水泥基复合材料的应用与研究

水泥基复合材料的应用与研究一、引言水泥基复合材料是一种由水泥、砂、骨料和一定数量的添加剂组成的复合材料，具有优异的机械性能和耐久性，可广泛应用于建筑、交通、水利等领域。

本文将详细介绍水泥基复合材料的应用与研究。

二、水泥基复合材料的特点1.机械性能好：水泥基复合材料具有较高的强度和刚度，可以承受较大的荷载。

2.耐久性好：水泥基复合材料具有较好的耐水性、耐化学性和耐磨性，能够长期保持良好的性能。

3.施工方便：水泥基复合材料可现场制备，施工简单方便，能够满足不同形状和尺寸的需求。

4.环保性好：水泥基复合材料不含有害物质，具有良好的环保性能。

三、水泥基复合材料的应用1.建筑领域水泥基复合材料在建筑领域中的应用非常广泛，可以用于地面、墙面、天花板等部位的装饰和修复。

其优点在于施工方便、外观美观、耐久性好等。

2.交通领域水泥基复合材料在交通领域中的应用主要是用于路面、桥梁、隧道等的修复和加固。

其优点在于耐久性好、施工方便、成本低等。

3.水利领域水泥基复合材料在水利领域中的应用主要是用于水坝、堤防、渠道等的加固和修复。

其优点在于耐久性好、施工方便、抗水性强等。

四、水泥基复合材料的研究1.添加剂的研究添加剂是影响水泥基复合材料性能的重要因素之一，研究添加剂的种类和比例可以改善水泥基复合材料的性能。

目前，研究添加剂的种类和比例已成为水泥基复合材料研究的热点。

2.微观结构的研究水泥基复合材料的性能与其微观结构密切相关，因此研究水泥基复合材料的微观结构对于改善其性能具有重要意义。

目前，扫描电镜、X射线衍射等技术已经成为研究水泥基复合材料微观结构的主要手段。

3.生产工艺的研究生产工艺是影响水泥基复合材料性能的重要因素之一，研究生产工艺可以提高水泥基复合材料的生产效率和质量。

目前，研究水泥基复合材料的生产工艺已成为水泥基复合材料研究的热点。

五、结论水泥基复合材料具有优异的机械性能和耐久性，可以广泛应用于建筑、交通、水利等领域。

水泥基复合材料的性能研究与应用

水泥基复合材料的性能研究与应用水泥是一种常见的建筑材料，但单纯的水泥材料在力学性能和耐久性方面有一定的限制。

水泥基复合材料则通过与其他材料的复合，实现了优异的性能提升和更广泛的应用范围。

本文将从水泥基复合材料的来源、结构、性能和应用等方面进行探讨。

一、来源和分类水泥基复合材料是指水泥作为基础材料，与其他材料进行复合而成的材料。

常见的复合材料有纤维增强水泥基复合材料、矿物质增强水泥基复合材料和高性能混凝土等。

其中，纤维增强水泥基复合材料是最常见的形式。

纤维增强水泥基复合材料（FRC）是以水泥为基础材料，加入高强度、高模量的玻璃纤维、碳纤维等纤维增强材料组成的复合材料。

根据纤维长度，FRC又可分为短纤维FRC和长纤维FRC两类。

短纤维FRC一般采用纤维长度小于25mm的纤维，常用于钢筋混凝土结构界面处理、自修复材料等领域；而长纤维FRC则采用长度大于25mm的纤维，具有很高的拉伸、屈服和断裂韧性，广泛应用于隧道、桥梁、航道、机场跑道等重载交通设施。

二、结构和性能FRC的主要结构包括水泥基体、纤维及其界面结合层。

其中，水泥基体主要是水泥、砂和粉煤灰等混合材料，其作用是提供FRC的黏结、凝固和硬化功能；纤维则承担FRC的拉伸、扭转、剪切和挤压等力学功能；界面结合层则承担着水泥基体和纤维之间的结合作用。

FRC的主要性能包括拉伸、屈服和断裂韧性，抗压、抗弯等力学性能、耐久性能、自修复性能等。

其中，拉伸、断裂韧性和自修复性能是FRC相较于传统材料的优势所在。

拉伸和断裂韧性是指FRC在受到拉伸应力作用时，材料仍能够保持良好的强度和变形能力，具有延缓裂纹扩散、促进材料自修复的作用；自修复性能是指FRC受到部分损伤后，具有继续自我修复的能力。

这些性能使得FRC在开发高强度和高韧性的建筑材料方面起到了重要作用。

三、应用FRC已经被广泛应用在建筑工程、交通工程、水利工程、航空航天等领域，成为建筑材料中的“新宠”。

在建筑工程中，FRC可用于隔墙板、楼梯、地面等构件的制造，并可加入相应的颜料、黏合剂、填充料等，用于墙面装饰、地面美化等。

纤维强化水泥基复合材料的发展现状及应用

三、纤维增强水泥基复合材料的制备工艺
纤维增强水泥基复合材料的制备工艺包括各种纤维增强水泥净浆、增强砂浆、增强混凝土三个方面，统称为纤维增强水泥基复合材料(FRC)。它们在制备工艺上有诸基复合材料(FRC)。它们在制备工艺上有诸多共同之处，又各有其特点，其中钢纤维混凝土是国内外研究最多、应用最广、技术上最成熟的一种水泥基复合材料，其制备工艺包括有原材料优选，配合比设计及搅拌、成型、养护等三个基本过程。
Vf = (100σ cb / Rc − 3.020 ( C / W ) − 2.470 ) / ( 9.030lf / df )
式中：
σ
cb
钢纤维混凝土的抗弯强度，MPa 。
6）粗、细集料的计算由含砂率公式
钢纤维水泥基复合材料的成型工艺1振动成型工艺1振动成型工艺1外部振动1外部振动2内部振动2内部振动2射成型工艺2射成型工艺1钢纤维混凝土喷射成型方式1钢纤维混凝土喷射成型方式2混凝土成型质量混凝土成型质量3挤压成型工艺3挤压成型工艺4钢纤维棍凝土的灌浆浸渍成型工艺4钢纤维棍凝土的灌浆浸渍成型工艺4发展现状目前常用于增强水泥基复合材料的纤维主要包括钢纤维碳纤维玻璃纤维41pva纤维增强水泥基复合材料pva纤维增强水泥基复合材料pva纤维pva纤维是指聚乙烯醇纤维也称之为维纶
3.1原材料选择和配合比设计 3.1原材料选择和配合比设计 1)水泥基体强度、纤维与基体间界面黏结强度 1)水泥均与水泥标号密切相关。一般采用425号硅酸盐水均与水泥标号密切相关。一般采用425号硅酸盐水泥、普通水泥或矿渣水泥，对钢纤维高强混凝土应选525号硅酸盐水泥。 2)粗集料应选525号硅酸盐水泥。 2)粗集料为提高纤维的作用，粗集料最大粒径D应为纤维长度(11)的维的作用，粗集料最大粒径D应为纤维长度(11)的 1/2~2/3。经常选最大粒径D 15~20mm，但不 1/2~2/3。经常选最大粒径D为15~20mm，但不大于20mm。并选用石灰岩和其他火成岩，含泥大于20mm。并选用石灰岩和其他火成岩，含泥量不大于1%。量不大于1%。 3)细集料粒径为0.15-5mm，一般用河砂，含泥 3)细集料粒径为0.15-5mm，一般用河砂，含泥量不大于3%。量不大于3%。 4)水采用洁净的淡水，避免钢纤维的腐蚀。 4)水

混杂纤维应变硬化水泥基复合材料(SHCC)研究进展

第37卷第7期娃酸盐通报Vol.37 No.7 2018 年7 月_________________BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY______________________July,2018混杂纤维应变硬化水泥基复合材料（S H C C)研究进展董留群\贺庆2(1.淮阴师范学院城市与环境学院，淮安223300;2.中铁二局集团有限公司，成都610031)摘要:应变硬化水泥基复合材料（SHCC)是近20年发展起来的一种新型纤维增强水泥基复合材料，而混杂纤维 SHCC通过调节不同纤维的比例关系，可便捷的获得满足工程需要的强度、变形、动态力学性能或经济性等要求。

本文对混杂纤维SHCC的临界纤维掺量理论、准静态力学性能试验研究、动态力学性能试验研究进行了综述，最后就混杂纤维SHCC的研究存在的不足和发展方向进行了评述和展望。

关键词:混杂纤维；应变硬化水泥基复合材料；临界纤维掺量理论；准静态力学性能；动态力学性能中图分类号：TB332 文献标识码:A文章编号:1001-1625(2018)07-2161-06 Research Progress on Hybrid Fiber Strain Hardening Cementitious CompositesDONG Liu-qun ,HE Qing2(1. School of Urban and Environment Science,Huaiyin Normal University ,Huaian 223300,China；2. China Railway No. 2 Group Co. ,Ltd. , Chengdu 610031, China)Abstract ：Strain hardening cementitious composites(SHCC)is a new type of fiber reinforced cementitious composites being developed in recent 20 years.By adjusting the proportion of different fibers,hybrid fiber SHCC can meet the needs of engineering strength,deformation,dynamic mechanical properties and economical demands conveniently.In this paper,the critical fiber theory of hybrid fiber SHCC,experimental study on quasi-static and dynamic mechanical properties are summarized.Finally, the deficiencies and development of the study in hybrid fibers SHCC are reviewed and prospected.Key words：hybrid fiber；strain hardening cementitious composite；critical fiber volume theory；quasi-static mechanical property；dynamic mechanical property1引言应变硬化水泥基复合材料(SHCC)是近20年发展起来的一种新型纤维增强水泥基复合材料[1]。

水泥基复合材料

水泥基复合材料
水泥基复合材料是一种由水泥、骨料、粘结材料和添加剂等组成的新型材料，
具有优异的力学性能和耐久性，被广泛应用于建筑、道路、桥梁等工程领域。

水泥基复合材料以其优越的性能和多样的应用领域，成为了当前建筑材料领域的热门研究方向之一。

首先，水泥基复合材料具有优异的力学性能。

其抗压强度、抗折强度和抗冻融
性能均优于传统的混凝土材料，能够满足不同工程环境下的使用需求。

此外，水泥基复合材料的耐久性也得到了极大的提高，能够在恶劣的环境条件下长期稳定地使用，大大延长了建筑物的使用寿命。

其次，水泥基复合材料的应用领域非常广泛。

在建筑领域，水泥基复合材料可
以用于制作高性能混凝土、自密实混凝土、高性能砂浆等，能够满足不同工程项目的需求；在道路和桥梁工程中，水泥基复合材料也能够用于制作高性能水泥混凝土路面、耐久性强的桥梁结构等，提高了工程的质量和安全性；此外，水泥基复合材料还可以应用于海洋工程、地下工程、水利工程等领域，为工程建设提供了新的解决方案。

最后，水泥基复合材料的生产工艺也在不断创新和完善。

通过控制原材料的配比、优化生产工艺和加入新型的添加剂等手段，可以进一步提高水泥基复合材料的性能和降低生产成本，使其更加符合工程应用的需求。

同时，随着科技的进步，水泥基复合材料的绿色环保性能也在不断提升，符合了可持续发展的要求。

总的来说，水泥基复合材料以其优异的力学性能、广泛的应用领域和不断创新
的生产工艺，成为了当前建筑材料领域的热门研究方向之一。

随着技术的不断进步和应用需求的不断增加，相信水泥基复合材料将会在未来得到更广泛的应用和发展。

《混杂纤维在地铁管片混凝土中的应用研究》

《混杂纤维在地铁管片混凝土中的应用研究》一、引言随着城市化进程的加速，地铁作为城市交通的重要组成部分，其建设质量与安全性越来越受到人们的关注。

地铁管片作为地铁隧道的重要构件，其混凝土材料的性能直接关系到隧道的安全与稳定。

近年来，混杂纤维因其优异的物理与力学性能，在混凝土中得到了广泛应用。

本文旨在探讨混杂纤维在地铁管片混凝土中的应用研究，以期为地铁工程提供更为安全、耐久、可靠的混凝土材料。

二、混杂纤维概述混杂纤维是指将不同种类、不同长度的纤维按一定比例混合使用，通过合理的搭配，实现各种纤维优势互补的一种新型复合材料。

相较于单一纤维，混杂纤维在混凝土中能够更有效地提高混凝土的抗裂性、抗冲击性、抗拉强度等性能。

三、混杂纤维在地铁管片混凝土中的应用1. 提高混凝土的抗裂性能地铁管片在受到外力作用时，容易出现裂纹，严重影响结构的安全性。

混杂纤维的加入能够有效地提高混凝土的抗裂性能。

纤维的桥接作用能够阻止裂纹的扩展，提高混凝土的韧性，从而增强其抗裂性能。

2. 增强混凝土的抗冲击性能地铁运行过程中，管片可能会受到列车运行、地震等外力的冲击。

混杂纤维的加入能够显著提高混凝土的抗冲击性能。

纤维的能量吸收作用能够减轻冲击力对混凝土的破坏，提高其耐久性。

3. 优化混凝土的工作性能混杂纤维的加入能够改善混凝土的工作性能，如提高混凝土的流动性、抗离析性等，有利于混凝土的浇筑与振捣，提高施工效率。

四、实验研究为了研究混杂纤维在地铁管片混凝土中的应用效果，本文进行了以下实验：1. 配比设计：根据实验要求，设计不同比例的混杂纤维与混凝土进行混合，制备出实验所需的混凝土试件。

2. 力学性能测试：对混凝土试件进行抗压、抗拉、抗折等力学性能测试，分析混杂纤维对混凝土力学性能的影响。

3. 耐久性测试：通过模拟地铁运行过程中的外力作用，对混凝土试件进行耐久性测试，分析混杂纤维对混凝土耐久性的影响。

4. 微观结构分析：通过扫描电镜等手段，观察混杂纤维在混凝土中的分布情况及与基体的界面结合情况，分析混杂纤维对混凝土微观结构的影响。

纤维混杂效应对混凝土复合材料的力学及耐久性能的影响

文章编号:1001-9731(2021)01-01202-06纤维混杂效应对混凝土复合材料的力学及耐久性能的影响*徐超(铜陵学院建筑工程学院,安徽铜陵244000)摘要:以研究混杂纤维增强混凝土复合材料的力学性能及耐久性能为出发点,利用碳纤维(C F)㊁钢纤维(U R)和玻璃纤维(S G F)3种纤维按照不同比例掺入混凝土中,制作了对比试件C F-1和混杂纤维混凝土试件C F-2㊁C F-3及C F-4㊂通过弯拉强度试验和弯曲韧性试验,分析了混杂纤维混凝土试件的抗折性能和抗弯性能;通过抗冻试验和抗渗试验,分析了混杂纤维混凝土试件的抗冻性和耐久性㊂结果表明,纤维种类的增加对混杂纤维混凝土试件的初始弯曲裂纹程度㊁极限抗折强度和混杂纤维混凝土试件开裂后的强度增长率均有所提升,试件C F-4相比C F-1分别提升了73.58%,157.39%和48.30%㊂纤维掺量的增加可提升混凝土试件的增韧效果和延性,抑制混凝土试件的初裂和裂缝扩展,提升混凝土材料的抗弯性能和抗折性能,试件C F-4的弯曲韧性系数最大为99.58㊁挠度最大为30mm㊂纤维的掺入可降低混凝土试件在冻融循环过程中的质量损失率,增强混凝土试件的抗冻性能,在前160次冻融循环中,试件C F-3的质量损失率<1.5%㊂混凝土试件的抗渗性能随着纤维的掺入而提高,且3种纤维混杂对混凝土抗渗性能的提高高于单一纤维的掺入,混杂纤维可增强混凝土试件的耐久性㊂关键词:混杂纤维;混凝土;抗弯性;抗冻性;抗渗性中图分类号: T U502文献标识码:A D O I:10.3969/j.i s s n.1001-9731.2021.01.0300引言作为土木工程材料的混凝土具备原材料容易获取㊁生产成本低㊁生产步骤易操作等优势[1-3]㊂但其脆性强,会出现无显著现象的突然破损情况,同时由于混凝土相关构件长期处于外部工作环境,随着使用时间的增加其耐久性会逐渐降低,在遭受外力时,其承载能力也会降低[4-5]㊂纤维增强复合材料是一种强度高㊁耐腐蚀㊁质量轻的新型复合材料,目前已经广泛应用于混凝土材料的性能改善中[6-7]㊂纤维掺入混凝土,使其能够发挥自身的作用,弥补混凝土的性能缺陷,如提高基体混凝土的脆性等[8-11]㊂混凝土的使用期限受抗渗性能影响,纤维掺入产生的限缩和阻裂效应使水泥基抗渗性能提升,使混凝土具有多层次的结构特点[12]㊂有研究表明,混杂纤维的掺入对混凝土的影响高于单一纤维,尤其是在抗弯性和耐久性方面,由于混凝土中的结构和性能层不同,混杂纤维会逐渐阻裂并强化,有效地发挥掺入纤维的优势,从而使其性能得到提升[13-16]㊂本文研究了混杂纤维增强混凝土复合材料的抗弯性能及耐久性能,通过控制纤维总体积掺率,将碳纤维(C F)㊁钢纤维(U R)和玻璃纤维(S G F)按单一㊁两种和三种混掺的方法设计制作混凝土试件,研究了单一纤维和混杂纤维的掺入方式及混掺比例对混凝土的抗弯性能以及耐久性的影响,为混杂纤维增强混凝土材料的发展提供数据支撑㊂1实验1.1试验材料采用28d抗压强度为49.7M P a的I42.5级硅酸盐水泥;活性指数高于95%的高品质Ⅰ级粉煤灰;针片状成分和压碎指标分别为7%和9.3%,粒径为5~ 16mm的粗骨料;含泥量和泥块量分别低于3%和1%,且细度模数为2.3~3.1的细骨沙;以及碳纤维(C F)㊁钢纤维(U R)和玻璃纤维(S G F)3种纤维㊂3种纤维的性能如表1所示㊂表13种纤维的性能T a b l e1P r o p e r t i e s o f t h r e ek i n d s o f f i b e r s种类C F U R S G F密度/g㊃c m-37.740.910.9抗拉强度/M P a771381265弹性模量/G P a8999.693.68长度/mm292311直径/mm0.490.440.02 1.2混凝土配比及试件制作以强度设计要求为基础,设计混杂纤维增强混凝土的纤维混掺比例㊂使其具有优异的施工性能[坍落度(165ʃ20)mm,坍落扩展度(285ʃ20)mm],考虑到202102021年第1期(52)卷*基金项目:安徽高校自然科学研究资助项目(K J2018A0478)收到初稿日期:2020-07-14收到修改稿日期:2020-09-22通讯作者:徐超,E-m a i l:c h a o x u0613@163.c o m 作者简介:徐超(1987 ),男,安徽潜山人,在读博士,讲师,主要从事纤维混凝土材料研究㊂掺入纤维后,会影响基体混凝土的施工性能㊂采用单位体积用水量为190k g,加入合适剂量的引气剂提升基体混凝土的流动性,按照最优配合比设计方案㊂按照碳纤维(C F)㊁钢纤维(U R)㊁玻璃纤维(S G F)的顺序依次加入混凝土拌合物中进行搅拌,从而保证混杂纤维在混凝土拌合物里混合均匀㊂基准配合比设计参数如表2所示㊂表2基准配合比参数T a b l e2B e n c h m a r km i x p r o p o r t i o n p a r a m e t e rW/(C+F)胶凝材料/%骨料(S+G)/%引气剂/%减水剂/%0.2824440.341.1按照基准配合比参数,制作了4根混凝土配合比相同,梁长㊁宽㊁高分别为3300,150和300mm,净跨3000mm的矩形截面钢筋混凝土梁试件㊂试件的纵向受拉钢筋直径为2Ф8(H R B400),弹性模量为2.0ˑ105N/mm2,受拉强度为360M P a;箍筋直径为Ф6@ 100,箍筋间距<400mm;架立筋直径为2Ф8㊂试件的设计等级为C35㊂试件中有1根采用钢筋混凝土标准梁,标记为C F-1,另外3根采用不同比例的纤维混杂增强,标记为C F-2㊁C F-3和C F-4㊂试件中3种纤维的混掺方式如表3所示㊂表33种纤维混掺方式T a b l e3M i x e dd o p i n g m e t h o d s o f t h r e ek i n d s o f f i b e r s 编号C F-1C F-2C F-3C F-4C F/%00.70.30.4U R/%000.30.5S G F/%000.090.09 1.3抗弯性能试验1.3.1弯拉强度试验试验选用试件的一侧面为承压面,选用两个距两端面50mm作为支撑点,样品的三分点位置作为加载点,设置加载速度为0.06~0.09M P a/s,在试件即将被破坏或变形急剧时,关闭试验机,一直到样品破坏,整个试验在6000k N液压试验机上完成㊂1.3.2弯曲韧性试验采用弯曲韧性试验测试试件的韧性[17-18]㊂首先,放好试件,把传感器安放在试件跨中两侧,力传感器固定在跨中上面;然后,设置初裂前和初裂后的加载速度,使挠度增长速度相同㊂若试件在超过受拉面跨度三分点的地方开裂,则此时的试验结果无效㊂最后,重复试验,得到合格的试验数据㊂1.4耐久性能试验采用渗水高度试验和冻融循环试验测试混杂纤维增强混凝土复合材料的耐久性能㊂1.4.1渗水高度试验试验过程如下:首先,选取达到试验强度的混凝土试件,将其表面擦干,把一侧熔化的石蜡涂到试件侧面,将试件压入压试模;然后,将试件底面高出的部分打磨去除,直至与试模底面在同一高度,且打磨后的试件底面没有石蜡;接着,进行试件安装,将水压升至1.2M P a且使水压恒定在(1.5ʃ0.06)M P a,保持1d后取下试件,将试件用压力试验机沿试件纵断面劈开,约3~5m i n后用笔将渗水痕迹画出;最后,在试件被劈开的面上放置有刻度的玻璃板,用尺量取4条线上的渗水高度并记录㊂1.4.2冻融循环试验试验过程如下:(1)提前4d将试验所需试件完全浸泡在(18ʃ5)ħ的水里,且试件最少低于水面25mm㊂(2)4d后取出试件,用湿布将试件表面上的水擦干,测量试件的横向基频并对试件称重㊂(3)把试件装入橡胶筒,并在橡胶筒里加水,水中加盐,使水没过试件顶部约6mm,将其放入试验机㊂(5)按试验要求对试验机进行设定,融化过程缓慢进行,时间超过整个试验时间的1/4,2~4h完成一次冻融循环;试验对温度进行严格控制,冻结后的温度为(18ʃ2)ħ,融化结束时温度为(6ʃ2)ħ;每个位置的试件从3ħ升到15ħ和从15ħ降到3ħ所用的时间超过整个融化时间的1/2;冻和融转换时间ɤ10m i n㊂(6)每隔20次冻融循环测量一次试件的横向基频及质量,并检查试件外部,测量后把试件调头装进试件筒并在筒内加水,水中加盐,继续试验㊂2结果与讨论2.1试件的弯拉强度分析试件的初始弯曲裂纹程度和极限抗折强度试验结果如表4所示㊂其中,P1表示纤维混凝土试件的初始弯曲裂纹程度;P2表示纤维混凝土试件的极限抗折强度;P0表示基体混凝土试件的极限弯拉强度;(P2-P1)/P1表示混杂纤维混凝土试件开裂后的强度增长率㊂表4试件C F-1~C F-4的初始弯曲裂纹程度和极限抗折强度T a b l e4I n i t i a lb e n d i n g c r a c k d e g r e e a n d u l t i m a t ef l e x u r a l s t r e ng t ho f s p e c i m e nC F-1-C F-4编号P1P2(P1/P0)/(P2/P0)(P2-P1)/P1 C F-13.523.521.00/1.000C F-24.995.131.15/1.290.028C F-36.048.481.41/2.050.404C F-46.119.061.45/2.070.483表4显示了对比试件C F-1和混杂纤维混凝土试件C F2-C F4的弯拉初裂与弯拉极限强度的关系㊂由表4可知,掺入纤维后混凝土的初始弯曲裂纹程度和极限抗折强度都有不同程度的提升,其中试件C F-4的初始弯曲裂纹程度和极限抗折强度提高最多,相比试30210徐超:纤维混杂效应对混凝土复合材料的力学及耐久性能的影响件C F-1分别提升了73.58%和157.39%㊂对比混杂纤维混凝土试件开裂后的强度增长率可知,试件C F-4增长率最高,增长了48.30%㊂说明纤维种类的增加对混杂纤维混凝土试件的始弯曲裂纹程度㊁极限抗折强度和混杂纤维混凝土试件开裂后的强度增长率均有所提升㊂2.2试件的弯曲韧性分析按照美国材料与试验协会A S T M C1018标准,纤维混凝土的弯曲韧性用韧性系数(I4㊁I8㊁I18和I28)和剩余强度系数(R5,10㊁R10,20和R10,30)来评估㊂相对于理想弹塑体,韧性系数分别为5,10,20和30,剩余强度系数为100;相对于理想脆性体,韧性系数都为1,剩余强度系数为0㊂韧性系数越接近理想弹塑体㊁剩余强度系数越大,则表明混凝土的弯曲韧性越好,纤维对混凝土的增韧效果越明显㊂混杂纤维混凝土试件的弯曲韧性参数如表5所示㊂表5试件C F-2~C F-4的弯曲韧性参数T a b l e5B e n d i n g t o u g h n e s s p a r a m e t e r so fs p e c i m e nC F-2-C F-4编号C F-2C F-3C F-4I43.53.874.15I86.328.078.65I1810.6417.0917.35I2816.0625.8227.52R5,1055.4873.0788.85R10,2052.0691.395.82R10,3052.0792.6499.58由表5可知,试件C F-2~C F-4的弯曲韧性系数随着纤维种类的增加而逐渐接近理想弹塑体,其中试件C F-4的弯曲韧性系数与理想弹塑体数值最接近,最大为99.58㊂试件C F-3的韧性低于试件C F-4,但高于试件C F-2,由此可见,试件C F-4产生了最高的正混杂效应㊂分析各试件的剩余强度系数可知,随着纤维掺入量的增加,各试件的剩余强度系数均逐步增大,试件C F-4的增韧效果最佳㊂表明混杂纤维混凝土的剩余强度系数同弯曲韧性系数变化规律基本相同㊂2.3试件的挠度和抗弯刚度分析图1为试件C F-1~C F-4在加载过程中的荷载-挠度曲线㊂从图1可以看出,从钢筋屈服到破坏,相较于对比试件,混杂纤维混凝土试件C F-3和C F-4的跨中挠度数值逐步增加,试件C F-4的挠度最大达30mm,说明试件加载后期挠度受混杂纤维的掺入影响,提升了试件的延性㊂由图1可知,在达到各自的屈服荷载前,各试件表现的抗弯刚度不同㊂对比试件C F-1和单一纤维混凝土试件C F-2的刚度低于混杂纤维混凝土试件C F-3和C F-4,说明混杂纤维混凝土试件抗弯性能的提升限制了混凝土的初裂和裂缝扩展㊂2.4抗冻试验图2为试件C F-1~C F-4在冻融循环下的质量损失率㊂由图2可知,随着冻融循环次数的增加,试件C F-1~C F-4的质量损失逐渐增加㊂在前160次冻融循环中,试件C F-2的质量损失率<1.8%,试件C F-3的质量损失率<1.5%,试件C F-4的质量损失率< 2.6%,总体上试件的质量损失率呈下降趋势,说明纤维的加入可降低混凝土试件在冻融循环过程中的质量损失㊂图1试件C F-1~C F-4在加载过程中的荷载-挠度曲线F i g1L o a dd e f l e c t i o nc u r v eo f s p e c i m e nC F-1-C F-4d u r i n g l o a d i ng图2试件C F-1~C F-4在冻融循环下的质量损失率F i g2M a s s l o s sr a t eo fs p e c i m e nC F-1-C F-4u n d e rf r e e z e-t h a wc y c l e s表6为试件C F-1~C F-4的质量损失率与冻融循环次数的拟合情况㊂结合图2和表6可知,混杂纤维混凝土试件C F-3和C F-4的质量损失率受C F㊁U R和S G F这3种纤维混杂的影响,而C F㊁U R和S G F这3种纤维的混杂存在正负混杂效应㊂其中,试件C F-4的数据呈现出正混杂效应㊂主要是因为把混杂纤维加入混凝土中,将加固其结构中由纤维和水泥石形成的粘结界面,纤维面与水泥石粘合的程度越高,纤维越分散,其混凝土抗冻性能越强㊂相反,纤维越聚集,混凝土的抗冻性能越差㊂402102021年第1期(52)卷图3为试件C F -1~C F -4在冻融循环下的相对动弹性模量㊂从图3可以看出,混掺有C F ㊁U R 和S G F这3种纤维的试件C F -3和C F -4的相对动弹性模量降低率低于对比试件C F -1和单一纤维混凝土试件C F -2㊂表6 试件C F -1~C F -4的质量损失率与冻融循环次数的拟合情况T a b l e 6F i t t i n g o fm a s s l o s s r a t e a n d f r e e z e -t h a wc y-c l e s o f s pe c i m e nC F -1-C F -4编号C F -1C F -2C F -3C F -4质量亏损率拟合曲线方程y =0.0022x -0.0026y =0.0041x -0.0039y =0.0022x -0.0025y =0.0035x -0.0072方差R 2=0.9871R 2=0.9654R 2=0.9865R 2=0.9458图3 试件C F -1~C F -4在冻融循环下的相对动弹性模量F i g 3R e l a t i v e d y n a m i cm o d u l u s o f e l a s t i c i t y o f s pe c -i m e nC F -1-C F -4u n d e rf r e e z e -t h a wc y c l e s 表7为试件C F -1~C F -4的相对动弹性模量与冻融循环次数的线性拟合情况㊂结合图3和表7可知,与试件C F -1对比,试件C F -3和C F -4的相对动弹性模量较高,说明混杂纤维的加入对基体混凝土相对动弹性模量的影响显著,C F ㊁U R 和S G F 这3种纤维的混杂可以使基体混凝土的抗冻性能提高㊂表7 试件C F -1~C F -4的相对动弹性模量与冻融循环次数的线性拟合情况T a b l e 7L i n e a r f i t t i n g b e t w e e nr e l a t i v ed yn a m i c e l a s -t i cm o d u l u sa n df r e e z e -t h a wc y c l e so f s p e c i -m e nC F -1-C F -4编号C F -1C F -2C F -3C F -4相对动弹性模量拟合曲线方程y =-0.01x +1.0008y =-0.0103x +0.9883y =-0.0097x +1.0089y =-0.0077x +1.0015方差R 2=0.9871R 2=0.9558R 2=0.9684R 2=0.94152.5 抗渗试验抗渗试验中采用的试件配合比如表2所示,试验得到试件C F -1~C F -4的最大渗水高度如图4所示㊂从图4可以看出,与试件C F -1相比,试件C F -2~C F -4的最大渗水高度分别降低了51.1%,77.8%和66.7%㊂说明混凝土试件的抗渗性能随着纤维的掺入而提高,且3种纤维混杂对混凝土抗渗性能的提高高于单一纤维的掺入㊂这是因为:一方面,混凝土试件中贯穿孔的生成和发展,随着混杂纤维在混凝土中的均匀分布而得到了有效控制;另一方面,钢纤维的周围有很多微小毛刺,其与水泥基的接触面积加大,机体里的有害毛细孔得到堵塞,使混凝土试件的抗渗性能得到提升㊂图4 试件C F -1~C F -4的最大渗水高度F i g 4M a x i m u m s e e p a g eh e i g h to fs pe c i m e n C F -1-C F -4计算相对渗透系数的公式如式(1)所示S k =m D 2m/2TH (1)其中,S k 为相对渗透系数,mm /s ;D m 为平均渗水高度,mm ,H 为水压力的水柱高度,mm ;T 为恒压时间,s ;m 为混凝土吸水率,正常取值为0.03㊂根据试验所得数据,计算出试件C F -1~C F -4的相对渗透系数如图5所示㊂图5 试件C F -1~C F -4的相对渗透系数F i g 5R e l a t i v e p e r m e a b i l i t y c o e f f i c i e n t o f s pe c i m e n C F -1-C F -4由图5可知,与试件C F -1相比,试件C F -2~C F -4的相对渗透系数随着纤维的加入明显下降,分别下降了63.5%,96.3%和82.9%㊂同样说明了混凝土试件的抗渗性能随着纤维的掺入而提高,且3种纤维混杂对混凝土抗渗性能的提高高于单一纤维的掺入㊂纤维50210徐超:纤维混杂效应对混凝土复合材料的力学及耐久性能的影响的多样性使其在水泥基体中形成了复杂的网状结构,缩短了纤维之间的距离,控制了贯穿孔的出现,而且产生了界面之间效应并在三维空间发生叠加强化的反应,从而使混杂纤维发生抗渗作用㊂由此可见,混杂纤维抑制了混凝土试件中贯穿孔的生成和发展,提升了混凝土的抗渗性能,增强了混凝土试件的耐久性㊂不同种类的纤维㊁纤维的尺度㊁性能及混杂时的比例将直接影响混杂纤维增强混凝土材料的耐久性能㊂3结论本文制作了混凝土对比试件C F-1和混杂纤维混凝土试件C F-2㊁C F-3及C F-4,研究了混杂纤维增强混凝土复合材料的力学性能及耐久性能,得出如下结论:(1)掺入纤维后混凝土试件的初始弯曲裂纹程度㊁极限抗折强度和混杂纤维混凝土试件开裂后的强度增长率均有所提升,且随着纤维种类的增加,提升效果更加明显,试件C F-4相比C F-1分别提升了73.58%, 157.39%和48.30%㊂(2)纤维掺量的增加可提升混凝土试件的抗弯韧性和延性,抑制混凝土试件的初裂和裂缝扩展,提升混凝土材料的抗弯性能和抗折性能㊂试件C F-4产生了良好的正混杂效应,其弯曲韧性系数和剩余强度系数与理想弹塑体数值最接近,增韧效果最佳㊂试件C F-4的挠度最大达30mm,说明试件加载后期挠度受混杂纤维的掺入影响,提升了试件的延性㊂(3)纤维的掺入可降低混凝土试件在冻融循环过程中的质量损失率,增强混凝土试件的抗冻性能,在前160次冻融循环中,试件C F-2的质量损失率<1.8%,试件C F-3的质量损失率<1.5%,试件C F-4的质量损失率<2.6%,总体上试件的质量损失率呈下降趋势,保证了基体混凝土的相对动弹性模量维持在高水平㊂(4)纤维的掺入可提高混凝土试件的抗渗性能,且3种纤维混杂对混凝土抗渗性能的提高高于单一纤维的掺入㊂与试件C F-1相比,试件C F-2~C F-4的最大渗水高度分别降低了51.1%,77.8%和66.7%㊁相对渗透系数分别下降了63.5%,96.3%和82.9%㊂可知混杂纤维的加入增强了混凝土试件的耐久性㊂参考文献:[1] C h e n g P J,H uHZ,H uSG.T h e s u mm a r y o f t h e d u r a b i l i-t y o f c o n c r e t e p a r a m e t e r s c a l c u l a t i o n m o d e l s[J].A p p l i e dM e c h a n i c s&M a t e r i a l s,2011,71-78:937-944.[2]W uD T,P a n g C M,W e iH L,e t a l.S u mm a r y o f s u r f a c ed e f e c t a n d p r e p a r a t i o nt e c h n o l o g y o f s e l f-c o m p 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r a l E n g i n e e r i n g ,T o n g l i n g U n i v e r s i t y ,T o n g l i n g 244000,C h i n a )A b s t r a c t :T h em e c h a n i c a l p r o p e r t i e s a n dd u r a b i l i t y o f h y b r i d f i b e r r e i n f o r c e dc o n c r e t e c o m po s i t e sw e r e s t u d i e d a s t h es t a r t i n gp o i n t .T h ec o n t r a s t s p e c i m e n sC F -1a n dh y b r i df i b e r c o n c r e t es pe c i m e n sCf -2,C F -3a n dC F -4w e r em a d eb y m i x i ng c a r b o n f i b e r (C F ),s t e e l f i b e r (U R )a n d g l a s s f i b e r (S G F )i nd i f f e r e n t p r o po r t i o n s .T h e f l e x u r a l p r o p e r t i e s o f h y b r i d f i b e r r e i n f o r c e dc o n c r e t e (H F R C )w e r ea n a l y z e db y f l e x u r a l t e n s i l es t r e n g t ht e s t a n d f l e x u r a l t o u g h n e s s t e s t ,a n d t h e f r o s t r e s i s t a n c e a n dd u r a b i l i t y o f h yb r i d f i b e r r e i n f o rc ed c o n c re t ew e r e a n a -l y z e d t h r o u g hf r o s t r e s i s t a n c e t e s t a n d i m p e r m e a b i l i t y te s t .T h e r e s u l t s s h o w e d t h a tw i t ht h e i n c r e a s eof f i b e r t y p e s ,t h e i n i t i a l b e n d i ng c r a c kd e g r e e ,u l t i m a t e f l e x u r a l s t r e n g th a n d s t r e n g t h g r o w t h r a t e o f h y b ri d f i b e r r e i n -f o r c e d c o n c r e t e s p e c i m e n sw e r e i m p r o v e d ,a n d t h o s e o fC F -4w e r e i n c r e a s e db y 73.58%,157.39%a n d 48.30%r e s p e c t i v e l y c o m p a r e dw i t hC F -1.T h e i n c r e a s e d o f f i b e r c o n t e n t c o u l d i m p r o v e t h e t o u g h e n i n g ef f e c t a n d d u c t i l i -t y o f c o n c r e t e s p e c i m e n s ,i n h i b i t t h e i n i t i a l c r a c k a n d c r a c k p r o p ag a t i o no f c o n c r e t e s p e c i m e n s ,a n d i m p r o v e th e f l e x u r a l a n d f l e x u r a l p r o p e r ti e s o f c o n c r e t em a t e r i a l s .T h em a x i m u mf l e x u r a l t o u g h n e s s c o e f f i c i e n t o fC F -4w a s 99.58a n d t h em a x i m u md e f l e c t i o nw a s 30mm.T h e a d d i t i o no f f i b e r c o u l d r e d u c e t h em a s s l o s s r a t e o f c o n c r e t es p e c i m e n s i n t h e p r o c e s so f f r e e z e -t h a wc y c l e s ,a n de n h a n c e t h e f r o s t r e s i s t a n c eo f c o n c r e t es p e c i m e n s .I nt h e f i r s t 160f r e e z e -t h a wc y c l e s ,t h e m a s s l o s sr a t eo fC F -3w a s l e s s t h a n1.5%.T h e i m p e r m e a b i l i t y of c o n c r e t e s p e c i m e n s i n c r e a s e dw i t ht h e i n c o r p o r a t i o no f f i b e r ,a n dt h e i m p r o v e m e n to f i m p e r m e a b i l i t y o f c o n c r e t ew i t h t h r e ek i n d s o f f i b e rw a sh igh e r t h a n t h a t o f si n g l e f i b e r .H y b r i d f i b e r s c o u l de n h a n c e t h ed u r a b i l i t y o f c o n c r e t e s pe c i m e n s .K e y w o r d s :h y b r i df i b e r ;c o n c r e t e ;b e n d i ng r e s i s t a n c e ;f r o s t r e s i s t a n c e ;i m p e r m e a b i l i t y70210徐超:纤维混杂效应对混凝土复合材料的力学及耐久性能的影响。

《混杂纤维在地铁管片混凝土中的应用研究》

《混杂纤维在地铁管片混凝土中的应用研究》一、引言随着城市化进程的加速，地铁作为城市交通的重要组成部分，其建设与发展对城市交通的改善具有重要影响。

地铁管片作为地铁隧道建设的关键部分，其质量直接关系到地铁运营的安全与稳定。

因此，如何提高地铁管片混凝土的性能，成为了工程领域的重要研究课题。

近年来，混杂纤维因其优异的性能被广泛应用于混凝土中，本文将探讨混杂纤维在地铁管片混凝土中的应用研究。

二、混杂纤维概述混杂纤维是指将多种纤维按照一定比例混合而成的复合材料。

这种材料具有优良的力学性能、耐久性能和抗裂性能等优点，因此被广泛应用于建筑工程中。

在地铁管片混凝土中，混杂纤维的应用可以有效提高混凝土的抗裂性、抗冲击性和耐久性能，从而保障地铁管片的使用寿命和安全性。

三、混杂纤维在地铁管片混凝土中的应用1. 增强混凝土的抗裂性能混杂纤维的加入可以有效地改善混凝土的抗裂性能。

由于纤维的桥接作用，混凝土在受到外力作用时，纤维能够阻止裂缝的扩展，从而提高混凝土的抗裂性能。

此外，混杂纤维的加入还可以改善混凝土的工作性能，使其更加均匀、密实，减少混凝土内部的空隙和缺陷，从而提高其抗裂性能。

2. 提高混凝土的抗冲击性能混杂纤维的加入还可以提高混凝土的抗冲击性能。

由于纤维的韧性和延展性，混凝土在受到冲击时，纤维能够吸收能量，减缓冲击力的传播速度，从而提高混凝土的抗冲击性能。

这对于地铁管片来说尤为重要，因为地铁管片在使用过程中可能会受到各种外力的冲击。

3. 改善混凝土的耐久性能混杂纤维的加入还可以改善混凝土的耐久性能。

由于纤维的阻隔作用，混凝土中的水分和化学物质难以渗透到混凝土内部，从而减缓了混凝土的腐蚀和老化过程。

此外，混杂纤维还可以提高混凝土的抗冻性能和抗渗性能，进一步改善其耐久性能。

四、实验研究为了验证混杂纤维在地铁管片混凝土中的应用效果，我们进行了实验研究。

实验结果表明，混杂纤维的加入可以显著提高混凝土的抗压强度、抗折强度和韧性等力学性能。