应变强化对水泥基复合材料抗冲磨性能影响研究

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作者 董同亮 孙新宁 刘国平 《水利水电技术(中英文)》 北大核心 2025年第S1期832-840,共9页

如何从根本上大幅提升水泥基材料抗冲磨性能,是水电建设运维中的一项重要课题。基于轴拉应力-应变本构模型,重点研究纤维增强水泥基复合材料的拉伸应变行为与其主要力学性能及抗冲磨性能之间的关系。通过引入基于纳米偏高岭土的纤维粘... 如何从根本上大幅提升水泥基材料抗冲磨性能,是水电建设运维中的一项重要课题。基于轴拉应力-应变本构模型,重点研究纤维增强水泥基复合材料的拉伸应变行为与其主要力学性能及抗冲磨性能之间的关系。通过引入基于纳米偏高岭土的纤维粘结调节剂BA获得单因素改变的不同基体,分别测试2%纤维掺量(体积)下不同基体、同一基体不同纤维掺量下的拉伸行为及相应性能。结果显示,拉伸应变行为主要取决于纤维与基体之间的相互关系,并非简单依赖基体强度或纤维掺量;纤维粘结强度大于基体抗拉强度是实现应变强化的前提之一;应变强化不仅能使抗拉强度进一步增加,而且拉伸应变大幅提升,因而韧性显著改善,抗冲磨性能大幅提高。基于9%BA掺量的优化基体,纤维掺量1.5%和2.5%的拉伸行为分别为应变软化和应变强化,后者的控裂韧性是前者的43.7倍,抗冲磨强度是前者5.52倍,达到209.3 h·kg^(-1)·m^(2),是高性能C50硅粉抗冲磨混凝土的十倍以上。可见,应变强化是水泥基复合材料从脆性到韧性、从而实现抗冲磨性能突变的重要技术途径之一。 展开更多

关键词 应变强化 轴拉本构模型 抗冲磨强度 力学性能 韧性 纤维粘结强度

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新型粗聚烯烃纤维高性能混凝土弯曲韧性 被引量：12

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作者 邓宗才 刘国平 +1 位作者 杜超超 施慧聪 《建筑材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2014年第2期228-233,共6页

基于美国ASTM C1550标准,采用圆板试件研究了新型粗聚烯烃纤维混凝土的弯曲韧性,探讨了纤维掺量和纤维长度对纤维混凝土板能量吸收值的影响规律.通过与梁弯曲韧性试验方法的比较,发现圆板试验更加适合评价粗合成纤维混凝土的弯曲韧性.... 基于美国ASTM C1550标准,采用圆板试件研究了新型粗聚烯烃纤维混凝土的弯曲韧性,探讨了纤维掺量和纤维长度对纤维混凝土板能量吸收值的影响规律.通过与梁弯曲韧性试验方法的比较,发现圆板试验更加适合评价粗合成纤维混凝土的弯曲韧性.随着粗聚烯烃纤维掺量、纤维长度的增加,纤维混凝土板的能量吸收值逐渐提高.按照日本JSCE-SF4韧性评价方法,掺量为6,8,11kg/m3的粗聚烯烃纤维混凝土梁的韧性指标,比相同掺量的中等弹模纤维增强混凝土分别提高了101%,68%,76%,比掺量为15.6kg/m3的钢纤维增强混凝土分别提高了65%,90%,138%. 展开更多

关键词 粗聚烯烃纤维 弯曲韧性 韧性指标

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UHPC的轴拉性能与裂缝宽度控制能力研究 被引量：58

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作者 王俊颜 耿莉萍 +2 位作者 郭君渊 刘超 刘国平 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第12期165-169,共5页

为研究3种类型超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,简称UHPC)的轴拉应力-应变曲线及其裂缝宽度控制能力,包括高应变强化UHPC、低应变强化UHPC和应变软化UHPC.采用轴拉试验方法测试狗骨头形试件,得到UHPC的轴拉应力-应变曲... 为研究3种类型超高性能混凝土(ultra-high performance concrete,简称UHPC)的轴拉应力-应变曲线及其裂缝宽度控制能力,包括高应变强化UHPC、低应变强化UHPC和应变软化UHPC.采用轴拉试验方法测试狗骨头形试件,得到UHPC的轴拉应力-应变曲线和缝宽-应变曲线.试验结果表明:高应变强化UHPC和低应变强化UHPC的轴拉应力-应变曲线均包括弹性段、应变强化段和应变软化段,应变软化UHPC只有弹性段和应变软化段;UHPC应变强化段和应变软化段的转折点是裂缝缓慢扩展和迅速扩展的临界点;提高UHPC的极限拉伸应变,即延长其应变强化段,有助于提高其裂缝宽度控制能力;高应变强化UHPC拉伸应变在0.42%之前,其裂缝宽度均小于0.05 mm.对比C50混凝土(极限应变、极限强度分别为0.012%、2.3 MPa),高应变强化UHPC优异的裂缝宽度控制能力避免了结构设计中受正常使用状态裂缝宽度验算限制的影响,同时可在钢筋屈服前与其全程协同工作,这使得钢筋增强高应变强化UHPC在某些需要对裂缝宽度进行严格控制的结构类型中具有很高的应用价值. 展开更多

关键词 超高性能混凝土 轴拉应力-应变曲线 应变强化 应变软化 裂缝宽度控制

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超高性能混凝土薄层加固法在槽形梁桥中的应用 被引量：24

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作者 刘超 马汝杰 +1 位作者 王俊颜 刘国平 《桥梁建设》 EI CSCD 北大核心 2017年第5期112-116,共5页

预应力混凝土槽形梁桥的主梁连接板在运营过程中易产生开裂病害,为修复桥面板的裂缝,改善桥梁受力,提出超高性能混凝土(UHPC)薄层加固法(在桥面板底部浇筑1层UHPC,与原结构整体受力),以沪嘉高速公路蕰藻浜大桥加固项目为背景,论述该方... 预应力混凝土槽形梁桥的主梁连接板在运营过程中易产生开裂病害,为修复桥面板的裂缝,改善桥梁受力,提出超高性能混凝土(UHPC)薄层加固法(在桥面板底部浇筑1层UHPC,与原结构整体受力),以沪嘉高速公路蕰藻浜大桥加固项目为背景,论述该方法在该桥加固中的应用。为检验加固效果,采用ANSYS建立甲式桥面板(槽形主梁连接板)的局部有限元模型进行应力分析,并通过荷载试验分析甲式桥面板加固前、后的受力及变形。通过理论和试验分析可知:加固后,在车辆荷载作用下,甲式桥面板的横向应力降至0.5 MPa以下,UHPC层拉应力为2.5MPa;甲式桥面板的横向应变降低了约65%,竖向挠度降低了约60%;UHPC层的应力实测值与有限元理论值基本一致。说明UHPC薄层加固法可有效改善桥面板受力,提高桥面板的刚度,减小桥面板的挠度。 展开更多

关键词 公路桥 槽形梁 预应力混凝土结构 超高性能混凝土 薄层加固法 有限元法 荷载试验 桥梁加固

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常温养护型超高性能混凝土的弯曲性能表征方法 被引量：7

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作者 王俊颜 李钢 +2 位作者 郭君渊 刘超 刘国平 《同济大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第9期1352-1358,共7页

采用4点弯曲试验方法对常温养护超高性能混凝土的弯曲性能进行了试验研究,并在试验结果的基础上讨论了适于超高性能混凝土UHPC弯曲性能的评价方法.试验结果表明,UHPC没有明显的初裂点,但有明显的"挠度硬化"行为.结合不同钢纤... 采用4点弯曲试验方法对常温养护超高性能混凝土的弯曲性能进行了试验研究,并在试验结果的基础上讨论了适于超高性能混凝土UHPC弯曲性能的评价方法.试验结果表明,UHPC没有明显的初裂点,但有明显的"挠度硬化"行为.结合不同钢纤维掺量下UHPC荷载-挠度关系曲线,分析总结了三种国外常用的弯曲性能评价方法(ASTM C1018法、JSCE SF4法和ASTM C1609法)的优点和不足.通过比较分析,ASTM C1609规定的不同挠度及其对应的弯曲强度给予了UHPC结构设计更为准确的指标,能满足UHPC结构设计的多种需求. 展开更多

关键词 超高性能混凝土 钢纤维 4点弯曲 弯曲性能 ASTM C1609

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高应变强化超高性能混凝土的裂缝控制机理和研究 被引量：46

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作者 王俊颜 郭君渊 +2 位作者 肖汝诚 马骉 刘国平 《土木工程学报》 EI CSCD 北大核心 2017年第11期10-17,共8页

利用声发射无损探伤技术实时监测三种类型超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete,简称UHPC)轴拉试验过程中内部损伤点的形成和演化过程,同时通过裂缝观测仪量测UHPC拉应变到达2000με时的缝宽。与低应变强化UHPC和应变软化U... 利用声发射无损探伤技术实时监测三种类型超高性能混凝土(Ultra High Performance Concrete,简称UHPC)轴拉试验过程中内部损伤点的形成和演化过程,同时通过裂缝观测仪量测UHPC拉应变到达2000με时的缝宽。与低应变强化UHPC和应变软化UHPC相比,高应变强化UHPC具有高抗拉强度和"类金属"拉伸应变强化性能,在强化段区间内通过多点微裂纹均布开展的形式来平衡等量变形,表现出优异的裂缝宽度控制能力。气体渗透测试证明高应变强化UHPC抗气渗性能优异,且拉应变达到2000με后即刻卸载状态下的抗气渗性能仍要优于未受荷C50混凝土。基于高应变强化UHPC这些特性,将其应用于桥梁结构的高应力区或其他需要高抗裂性能的部位将是预应力混凝土之外的新方案,例如钢-UHPC轻型组合结构、斜拉桥的桥塔锚固区。 展开更多

关键词 超高性能混凝土 高应变强化 轴拉力学性能 声发射 裂缝控制能力

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高应变强化超高性能混凝土T形梁抗弯承载力 被引量：23

7

作者 刘超 黄钰豪 +2 位作者 马汝杰 王俊颜 刘国平 《同济大学学报（自然科学版）》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第6期744-750,共7页

为探究配筋高应变强化T形超高性能混凝土(UHPC)梁的抗弯承载力计算方法,对5根梁试件进行了三分点加荷纯弯试验,试件变化参数为配筋率和配筋强度.绘制了钢筋与高应变强化UHPC的荷载-挠度曲线,将T形梁破坏过程分成3个阶段:弹性阶段、裂缝... 为探究配筋高应变强化T形超高性能混凝土(UHPC)梁的抗弯承载力计算方法,对5根梁试件进行了三分点加荷纯弯试验,试件变化参数为配筋率和配筋强度.绘制了钢筋与高应变强化UHPC的荷载-挠度曲线,将T形梁破坏过程分成3个阶段:弹性阶段、裂缝发展阶段、持荷至破坏阶段.与普通混凝土梁不同的是,在高应变强化UHPC梁体达到极限承载力时,受拉区UHPC对抗弯承载力有贡献作用;同时,受压区UHPC应力-应变依然为线性关系.在考虑受拉区UHPC开裂后抗拉强度的基础上,提出了受拉区UHPC等效矩形应力系数,在平截面假定基础上推导出了配筋高应变强化T形UHPC梁抗弯承载力计算公式,并与国外提出的计算方法进行对比,分析各计算方法的准确性.结果表明,所提出方法的计算值与试验值有较高的吻合度,可为配筋高应变强化T形UHPC梁理论分析和设计提供参考. 展开更多

关键词 超高性能混凝土 高应变强化 抗弯承载力 计算方法对比

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常温养护型超高性能混凝土的圆环约束收缩性能 被引量：11

8

作者 王俊颜 边晨 +2 位作者 肖汝诚 马骉 刘国平 《材料导报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第23期52-57,共6页

研究了HCSA膨胀剂3种掺量(0%、3%、6%)下常温养护型超高性能混凝土(Ultra high performance concrete,UHPC)的圆环约束收缩性能,包括:(1)UHPC轴拉应力应变曲线测试;(2)根据GB/T50082的UHPC自由收缩实验;(3)根据ASTM C1581的UHPC圆环约... 研究了HCSA膨胀剂3种掺量(0%、3%、6%)下常温养护型超高性能混凝土(Ultra high performance concrete,UHPC)的圆环约束收缩性能,包括:(1)UHPC轴拉应力应变曲线测试;(2)根据GB/T50082的UHPC自由收缩实验;(3)根据ASTM C1581的UHPC圆环约束实验。结果表明,3种UHPC的极限拉伸应变均高于3 000με,28d总收缩值分别为1 005.6με、600.0με、462.2με,并且在圆环约束作用下转化为残余应变、弹性拉应变和塑性拉应变,其中塑性拉应变分别为700.4με、437.9με、389.9με。3种UHPC在拉伸应变达到1 000με时及圆环约束实验中均未发现0.01mm以上的可检测裂缝。基于拉伸实验和声发射损伤分析方法对UHPC进行应变分析,可知具有应变强化段的3种UHPC在圆环约束实验中的塑性变形以小于0.01mm的多点分布微裂纹形式存在。通过添加HCSA膨胀剂对常温养护型UHPC进行收缩补偿,可有效地降低UHPC自身的拉应力以及对原有结构的影响。 展开更多

关键词 超高性能混凝土 自由收缩 圆环约束试验 轴拉应力应变曲线 塑性变形 HCSA膨胀剂

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同济路立交桥空心板梁桥加固方案比选 被引量：22

9

作者 刘超 邹宇罡 赵正 《桥梁建设》 EI CSCD 北大核心 2018年第4期118-123,共6页

上海同济路立交桥空心板梁在运营多年后出现了纵向贯穿裂缝及大量铰缝破坏,为修复桥面病害,提出了常规加固方案(厚11cm的普通混凝土铺装层)与超高性能混凝土(UHPC)薄层加固方案(厚8cm的普通混凝土铺装层+厚3cm的UHPC铺装层)2种加固方案... 上海同济路立交桥空心板梁在运营多年后出现了纵向贯穿裂缝及大量铰缝破坏,为修复桥面病害,提出了常规加固方案(厚11cm的普通混凝土铺装层)与超高性能混凝土(UHPC)薄层加固方案(厚8cm的普通混凝土铺装层+厚3cm的UHPC铺装层)2种加固方案。为选择合理的加固方案,采用有限元分析软件MIDAS FEA建立了局部及全桥模型,分析了2种方案下空心板梁的破坏模态和桥面铺装层应力,并进行了悬臂梁模拟加载试验。结果表明:UHPC薄层加固方案可以大幅提高结构的极限承载力,较常规方案铺装层的承载力提高85.5%,且能够保持板梁的横向整体受力。因此,该桥选择UHPC薄层加固方案进行维修加固。 展开更多

关键词 预制空心板梁桥 超高性能混凝土 铰缝破坏 有限元法 薄层加固 试验 桥梁加固

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粗聚烯烃纤维混凝土圆板弯曲韧性和表征方法 被引量：7

10

作者 邓宗才 曲玖龄 +1 位作者 刘国平 施慧聪 《建筑材料学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第1期7-11,16,共6页

通过圆板试件研究了新型粗聚烯烃纤维混凝土的弯曲韧性,探讨了纤维掺量、纤维长度和基体强度等对圆板能量吸收值的影响规律.试验发现：纤维掺量与圆板能量吸收值成正比;纤维长度介于38~60mm时,圆板能量吸收值随纤维长度增加而增大,当纤... 通过圆板试件研究了新型粗聚烯烃纤维混凝土的弯曲韧性,探讨了纤维掺量、纤维长度和基体强度等对圆板能量吸收值的影响规律.试验发现：纤维掺量与圆板能量吸收值成正比;纤维长度介于38~60mm时,圆板能量吸收值随纤维长度增加而增大,当纤维长度≥48mm时,其荷载-挠度曲线下降段出现应变强化特征,荷载有2次峰值.分析了美国ASTM C1550在评价韧性方面存在的问题,提出了以圆板初裂挠度为初始参考挠度,基于能量比值法的韧性指标评定方法,该方法可表征粗纤维对混凝土板初裂后韧性的贡献,并可直接与理想弹塑性材料的韧性指标进行比较. 展开更多

关键词 粗聚烯烃纤维 弯曲韧性 圆板 韧性指标 能量吸收

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T形配筋应变强化UHPC梁弯曲破坏机理 被引量：6

11

作者 刘超 黄钰豪 +2 位作者 马汝杰 王俊颜 刘国平 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第3期68-73,共6页

为分析应变强化UHPC梁弯曲破坏时UHPC和钢筋应变间关系,对5根梁试件进行了三分点加荷纯弯试验,试件变化参数为配筋率和钢筋种类.绘制了钢筋与应变强化UHPC的荷载-挠度曲线,将T形梁破坏过程分成3个阶段:弹性阶段、裂缝发展阶段、持荷至... 为分析应变强化UHPC梁弯曲破坏时UHPC和钢筋应变间关系,对5根梁试件进行了三分点加荷纯弯试验,试件变化参数为配筋率和钢筋种类.绘制了钢筋与应变强化UHPC的荷载-挠度曲线,将T形梁破坏过程分成3个阶段:弹性阶段、裂缝发展阶段、持荷至破坏阶段进行分析.并绘制了钢筋与应变强化UHPC的荷载-应变曲线,深入分析了在整个受弯过程中钢筋与UHPC的协同工作性.同时,结合UHPC和钢筋的应力-应变关系,将加载过程分为4个阶段,定量分析每个阶段钢筋和UHPC对抗弯承载力的贡献度.结果表明:钢筋达到屈服应变之前,钢筋与UHPC粘结可靠,保持应变一致性而共同受力;整个受弯过程中,应变强化UHPC抗拉强度提供的抗力与钢筋提供的相比占据重要比例(低配筋率时更大),建议在进行应变强化UHPC截面承载力计算时,应充分考虑UHPC抗拉强度的作用,保证承载能力计算方法的准确性. 展开更多

关键词 超高性能混凝土 应变强化 破坏形态 协同作用机理 混凝土抗弯贡献

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生态合成纤维抑制混凝土开裂性能的研究与应用 被引量：9

12

作者 刘国平 马鹰 +1 位作者 施慧聪 白艳霞 《混凝土》 CAS CSCD 北大核心 2006年第10期41-44,共4页

就生态合成纤维对混凝土的抗裂性能提高作用进行了研究,并从各个角度对生态合成纤维提高混凝土的阻裂机理进行了分析。研究结果显示生态合成纤维在提高水泥基材料抗裂性能方面的作用显著.并具有广阔的应用前景。

关键词 生态合成纤维 水泥基材料 塑性裂缝 阻裂机理 纤维间距 复合材料

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仙游抽水蓄能电站上水库主坝面板混凝土配合比及抗裂性能研究与应用 被引量：7

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作者 胡应新 赵正 +3 位作者 刘天云 施慧聪 姚欣 戴立琼 《水利水电技术》 CSCD 北大核心 2013年第2期51-54,共4页

仙游抽水蓄能电站上水库主坝为混凝土面板堆石坝,最大坝高72.6 m。为提高其面板混凝土抗裂性能,对四种抗裂方案进行对比试验研究。结果表明:掺纤维素纤维混凝土的坍落度及含气量损失率较小,抗拉强度和极限拉伸值最高,弹性模量较低;纤维... 仙游抽水蓄能电站上水库主坝为混凝土面板堆石坝,最大坝高72.6 m。为提高其面板混凝土抗裂性能,对四种抗裂方案进行对比试验研究。结果表明:掺纤维素纤维混凝土的坍落度及含气量损失率较小,抗拉强度和极限拉伸值最高,弹性模量较低;纤维素纤维混凝土抗裂性能最好,与基准相比,减裂率达到85.6%,而增密剂和抗裂剂分别为17.3%和30.5%。经综合分析混凝土各项性能研究结果,最终采取纤维素纤维混凝土设计方案。混凝土面板在下闸蓄水前仅在中间分块出现少数小于0.2 mm的裂缝,并按照设计要求进行了处理,面板混凝土质量符合设计及规范要求,满足下闸蓄水要求。 展开更多

关键词 纤维素纤维混凝土 混凝土面板堆石坝 面板混凝土 抗裂性能 仙游抽水蓄能电站

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纤维在面板堆石坝面板混凝土中应用的试验研究 被引量：7

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作者 赵正 石建军 +2 位作者 施慧聪 刘国平 李孜 《华北水利水电学院学报》 2012年第6期116-120,共5页

面板堆石坝的混凝土面板层属于大面积敞开式薄壁结构,在基础及钢筋的约束下,易产生塑性裂缝和早期干缩裂缝,研究了纤维素纤维和聚丙烯纤维对面板混凝土塑性裂缝及早期干缩裂缝的作用以及对混凝土抗渗性和抗冻性的影响.研究结果表明:纤... 面板堆石坝的混凝土面板层属于大面积敞开式薄壁结构,在基础及钢筋的约束下,易产生塑性裂缝和早期干缩裂缝,研究了纤维素纤维和聚丙烯纤维对面板混凝土塑性裂缝及早期干缩裂缝的作用以及对混凝土抗渗性和抗冻性的影响.研究结果表明:纤维素纤维在混凝土塑性阶段具有显著的减裂效果,减裂率达到86.2%,而聚丙烯纤维的减裂率为52.0%;纤维素纤维和聚丙烯纤维对早期干燥收缩裂缝具有抑制作用,减裂率分别为66.7%和52.2%;纤维素纤维和聚丙烯纤维提高了混凝土抗渗性和抗冻性,其中纤维素纤维混凝土的抗渗等级提高了2个等级,聚丙烯纤维混凝土提高1个等级,两种纤维混凝土的抗冻性提高了50个标号. 展开更多

关键词 纤维素纤维 塑性裂缝 早期干缩裂缝 抗渗性 抗冻性

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