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纤维增强透水砖研究进展
来源: | 发布时间:2017/11/29 11:30:15 | 浏览次数:

    在三种纤维增强透水砖理论中,纤维间距理论和复合材料理论得到了研究人员的广泛认可,被作为纤维增强透水砖研究的理论基础。基于这两个理论,研究人员对纤维增强透水砖开展了大量研究,所涉及纤维包括钢纤维、石棉、矿棉、玻璃纤维、碳纤维、纤维素纤维、木质素纤维、麻纤维、聚丙烯纤维、尼龙纤维、芳纶纤维等,最常用的纤维是钢纤维和合成有机纤维。所研究内容主要为各种因素对纤维增强透水砖力学性能的影响,这些影响因素包括纤维性状如纤维类别、形态结构、表面改性等,制造工艺参数如纤维掺加比例、成型工艺、养护龄期等;所涉及到的性能包括塑性收缩开裂、裂缝扩展、断裂韧性、拉伸性能、压缩性能、冲击性能、弯曲性能等;并为透水砖掺加纤维之后的受力行为建立模型,分析其应力传递和界面应力变化。

    调查研究了纤维长度对PVA纤维增强水泥复合材料拉伸性能和弯曲性能的影响,结果表明:短纤维对挤压成型试样的改善效果较好;长纤维对浇铸成型试样的改善效果较好,这是由于纤维失效机理、纤维分布、纤维取向之间的差异造成的;挤压成型试样基体与纤维之间的粘结力更强:短纤维在挤压成型试样中的排列与分布更好。

    研究了Ba0-Tioz Sioz和Ca0-Ba0-T i Ol S i Oz涂层对于玻璃纤维增强水泥基复合材料(GRC)耐久性的影响,结果表明:涂层对于GRC耐久性有明显的改善效果,且后者比前者的改善效果更好。

    侧研究了PVA粉末对于玻璃纤维增强水泥基复合材料(GFRC)薄板耐久性能的增强效果,结果表明:PVA粉末和GFRC的结合改善了GFRC的力学性能,并且使得其破坏模式由脆性转变为柔性:PVA粉末的加入使得纤维表面有聚合物薄膜沉积,因而阻止了氢化钙在界面区的集聚,使得界面微观结构更具有性,纤维和基体间的粘结更好,使其拉伸性能得到增强。

    采用低模量聚丙烯(PP)制成的机织物和玻璃网以拉挤成型工艺制备织物增强水泥基复合材料,考察织物类型、加工方法、基体改性对拉伸和纤维拔出性能的影响,并采用扫描电镜(SEM)观察不同复合材料在力学、粘结力和微观结构方面的特点。结果表明,混合物的流变性能和拉挤成型复合材料的机械性能有关;对拉挤成型增强水泥基复合材料进行拉伸时其表现出应变硬化现象;拉挤成型的PP机织物增强复合材料性能最好。

    研究了振捣成型新纤维增强水泥基复合材料的流变性能,研究了水含量、基质成分、纤维体积分数和纤维形态对于复合材料制备工艺的影响,结果表明:新纤维增强水泥基复合材料具有明显的假塑性和层间剪切现象。

    研究了龄期对纤维/水泥界面性能的影响,认为纤维/水泥界面粘结强度成熟很快,不到7天就可以完成;采用ESEM对于界面过渡区微观结构进行观测,结果表明界面粘结强度的快速饱和和纤维外边缘CH的生长关,CH层的形成比水合过程的完成早得多,在初始粘结力之后随着龄期增长到28天出现了滑移摩擦力,逐渐从弱滑移向硬滑移转变。

    研究了聚丙烯、聚乙烯醇和碳纤维增强透水砖的早期收缩行为,重点考察了纤维含量、纤维粘结和纤维硬度对于纤维增强水泥基复合材料在混合后初始24h内收缩和水分蒸发的影响。

    研究了微细钢纤维和微细聚丙烯纤维增强水泥基复合材料在受压条件下的阻裂性能,结果表明:在搅拌过程中加入聚丙烯纤维可以增强纤维和水泥基体之间的界面摩擦应力;和钢纤维相比,聚丙烯纤维在水泥基体中分布更为均匀;钢纤维增强复合材料的主要增韧机理是纤维/基体界面间的脱粘和多重微裂缝,很少发现在传统纤维增强复合材料中常见的纤维拔出纤维;聚丙烯纤维增强复合材料内部产生微裂缝之后随即沿着纤维长度方向发生纤维拔出。

    采用一种新方法研究微细钢纤维、微细聚丙烯纤维增强透水砖的裂纹动态增长过程,并介绍了该方法所用到的设备、校准方法和数据分析方法。

    采用低模量聚丙烯机织物和耐碱性玻纤网以拉挤成型工艺制备水泥基复合材料,采用拉伸应力应变测试考察了织物种类、基体改性、养护条件和成型压力对于织物水泥基复合材料在拉伸载荷下的裂缝分布和韧性的影响,采用图像分析方法考察大量裂缝的分布,采用光电扫描纤维镜评价其韧'P}和微观结构。结果表明:配方比、养护条件和成型压力对于裂缝产生和材料硬度等力学性能影响显著,由玻纤网增强的具有较大灰含量的复合材料拉伸性能最好。

    采用弯曲和快速拉伸试验研究了微细纤维增强水泥基复合材料的力学性能,考察其增强增韧机理,结果表明,微细钢纤维增强水泥基复合材料具有准脆性;强度和韧性增强和裂缝激发机制有关;骨料搭接和拔出以及和微细纤维桥接状态有关的次生裂缝形成在应力硬化机制中作用显著;大量和纤维/基体界面垂直的次生裂缝是应力软化阶段透水砖破坏的主要原因。

    基于拉伸特性对高性能纤维增强透水砖进行分类比较。

    对织物增强水泥基复合材料的拉伸特性进行模拟分析,提出了一个将基体、纤维、界面特性以及破坏参数和复合材料整体力学性能联系起来的分析模型,在拉伸测试中获得裂缝分布参数用于定义破坏参数,采用复合材料层合理论模拟单轴拉伸特性曲线。

    比较了采用拉挤成型和浇筑成型两种成型方法所获得织物增强水泥基复合材料的拉伸特性,采用玻纤网、聚乙烯醇针织物、聚乙烯针织物和经编引纬聚丙烯针织物等四种织物制备织物增强水泥基复合材料。裂缝间距和裂缝宽度被作为材料应力和韧性的评价基础,和不同种类复合材料的拉伸特性有关;并采用拔出测试和微观结构分析更好地说明其拉伸行为。结果表明,拉挤成型复合材料具有明显优势,改善了复合材料的力学性能,特别是那些采用复丝纱线制备的整体针织物改善效果更加明显,这是由于拉挤成型过程中水泥团挤入织物内部填充了纱线束中纤维之间的空隙,改善了织物与水泥之间的粘结效果所导致的

    研究了玻璃纤维网增强透水砖的弯曲特性。在同一纤维体积分数条件下,比较了以废弃碎玻璃作为骨料、分别以随机分布的短纤维和连续纤维网作为增强体的透水砖试样的弯曲性能;测定了增强纱线的最优取向,并通过理论模型做了验证;通过闭环三点弯曲测试的负载一位移曲线测定了韧性参数工5.工10、工20。果表明,纤维的增强效应随着受拉面附近的纤维分布密度增加而增加,而且纤维网在改善弯曲性能方面比随机分布的短纤维更有效。

    研究了钢纤维增强透水砖破坏前后的弯曲疲劳特性。采用不同形态的钢纤维以不同水灰比制备钢纤维增强透水砖(SFRC),对其进行三点弯曲试验考察复合材料的弯曲疲劳特性。结果表明:开裂前后SFRC的弯曲疲劳特性有很大区别:纤维排列方向和纤维含量对于SFRC的弯曲疲劳特性都有明显影响。

    对玻璃纤维增强水泥基复合材料的力学特性进行数学模拟,基于实验测试结果,建立了数学模型以重现GRC在循环和单调负载条件下的力学特性,并将该模型用于评估GRC无线通信塔的结构性能。

    可以看出,纤维增强透水砖作为新型建筑材料的一种,研究内容不仅广泛,而且深入细致。相比较言,有关废旧纺织材料增强透水砖的研究则逊色许多。


 
 
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