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。在传统ECC体系中加入钢纤维, 并按照不同体积分数(0%、25%、50%、75%、100%)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。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。
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 steel-PVA hybrid fiber reinforced ductile cement-based composite compressive strength compressive toughness economic value analysis
为了弥补现有钢-聚乙烯醇(PVA)混杂纤维增强工程水泥基复合材料造价过高、工程应用面狭窄的缺陷，本文通过使用廉价的国产PVA纤维部分替代日产PVA纤维制备出一种新型的多元混杂纤维增强工程水泥基复合材料(MFECC)。研究MFECC材料薄板试件的弯曲性能和破坏形态，对试件的弯曲韧性和性价比进行评价，并通过SPSS软件的多元非线性回归法建立极限弯曲性能预测模型。结果表明，引入国产PVA纤维后MFECC薄板的应变硬化力学行为和多缝开裂现象相较于仅掺日产PVA纤维时有所降低，但仍具有较高的强度与延性。当钢纤维、日产PVA纤维和国产PVA纤维体积掺量分别为0.2%、0%和2.0%时，MFECC的极限拉伸应变为44%，抗压强度为46.39 MPa，极限抗弯挠度可达12.697 mm，性价比最高。建立的MFECC薄板试件的极限弯曲性能预测模型对试验值的拟合度良好。
水泥基材料 混杂纤维 四点弯曲 弯曲韧性 非线性回归 cementitious material hybrid fiber four-point flexural flexural toughness nonlinear regression
1 河北工程大学土木工程学院，邯郸 056038
2 河北省装配式结构技术创新中心，邯郸 056038
3 河北光太路桥工程集团有限公司，邯郸 056000
为改善再生混凝土(RAC)的断裂性能，通过三点弯曲断裂试验，研究了钢纤维、剑麻纤维及钢-剑麻混杂纤维对RAC试件断裂性能的影响。同时，采用数字图像相关(DIC)技术测得RAC试件的裂缝扩展全过程。结果表明:未掺纤维的RAC试件断裂性能较差，而掺入纤维后的RAC试件断裂性能明显提升；单掺钢纤维时，试件的起裂韧度与纤维掺量无关；单掺剑麻纤维时，最佳体积掺量为0.15%，其试件的起裂荷载较未掺纤维RAC试件提高了67%。单掺纤维和混掺纤维均可提高失稳韧度和断裂能，但混掺纤维效果更佳。当体积掺量为1.0%的钢纤维和体积掺量为0.30%的剑麻纤维混杂时，其起裂韧度、失稳韧度和断裂能较未掺纤维的RAC试件分别提高了83.92%、575.86%和1 244.05%。
再生混凝土 钢纤维 剑麻纤维 混杂纤维 断裂性能 数字图像相关 recycled aggregate concrete steel fiber sisal fiber hybrid fiber fracture performance digital image correlation
1 武汉科技大学城市建设学院,武汉 430065
2 城市更新湖北省工程研究中心,武汉 430065
3 武汉科技大学高性能工程结构研究院,武汉 430065
4 武汉纺织大学工程造价系,武汉 430200
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、抗压强度、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。抗折、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,28 d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。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。
聚甲醛纤维 玄武岩纤维 力学性能 水泥砂浆 混杂纤维 polyformaldehyde fiber basalt fiber mechanical property cement mortar hybrid fiber
1 广西大学土木建筑工程学院, 南宁 530004
2 广西大学, 广西防灾减灾与工程安全重点实验室, 南宁 530004
3 广西大学, 工程防灾与结构安全教育部重点实验室, 南宁 530004
4 广西艺术学院影视与传媒学院, 南宁 530007
对高延性水泥基材料(ECC)的裂缝特征进行准确识别和测量是研究ECC力学性能与耐久性的重要手段。针对ECC裂缝数量多且细密, 纤维噪声干扰重等问题, 基于深度学习方法, 采用适合于小样本数量生物图像识别的U-Net模型, 加上部分ResNet网络层结构进行优化, 结合新增制作的适用于ECC的数据集, 训练神经网络模型, 进行语义分割获取裂缝像素。针对裂纹参数提取问题, 使用骨骼提取方法, 结合数字图像处理流程, 运用CLAHE滤镜和半峰全宽概念获取裂缝宽度, 实现了混杂纤维ECC狗骨试件和ECC连接板的裂缝识别与参数提取。结果表明: 采用深度学习方法建立的ECC裂缝识别与智能检测方法与实际手工测量误差范围在0.6 mm以内。研究成果可为ECC裂缝检查与特征定量化识别提供准确有效和高通量的分析方法。
高延性水泥基材料 裂缝 深度学习 拉伸 混杂纤维 high ductility engineered cementitious composites crack deep learning tensile hybrid fiber
1 辽宁工业大学土木建筑工程学院, 锦州 121001
2 中交路桥建设有限公司,北京 100024
3 浙大宁波理工学院土木建筑工程学院, 宁波 315100
为研究高温对混杂纤维混凝土(HFRC)残余强度与微观结构演变规律的影响, 测试了HFRC在不同温度作用后的基本力学性能, 借助扫描电子显微镜研究了纤维-水泥浆体界面的微观结构, 并利用BP神经网络对HFRC在不同温度作用后的抗压强度进行了预测。结果表明: 纤维的混杂效应显著改善了混凝土的耐高温性能, 高温后HFRC的抗压强度和劈裂抗拉强度均高于素混凝土; 当纤维素纤维和玄武岩纤维体积掺量均为0.15%时, HFRC的抗压强度和劈裂抗拉强度均达到最大值; HFRC内部结构密实, 玄武岩纤维填充在孔隙处且与基体的黏结较好, 有效抑制了裂缝的扩展; 基于神经网络的预测数据与试验数据吻合, BP神经网络较好地预测了高温后HFRC的抗压强度。
混杂纤维混凝土 玄武岩纤维 纤维素纤维 力学性能 微观结构 BP神经网络 强度预测 hybrid fiber reinforced concrete basalt fiber cellulose fiber mechanical property microstructure BP neural network strength prediction
1 长安大学理学院, 西安 710064
2 陕西高速公路工程试验检测有限公司, 西安 710086
3 陕西通宇公路研究所有限公司, 西安 710118
4 陕西交科新材料有限公司, 西安 710077
5 西安新星蓝天环保科技有限公司, 西安 710309
6 陕西铁投工程检测科技有限公司, 西安 710304
制备以钢纤维(SF)、塑钢纤维(MPPF)为骨料的高性能道面混杂纤维再生混凝土(HFRAC), 研究改善再生混凝土(RAC)强度及耐磨性能, 采用响应面法(RSM)中Box-Behnken试验设计方法, 以SF体积掺量、MPPF体积掺量和砂率为因素, 以HFRAC抗折强度、抗压强度和磨损量为评价指标, 建立各评价指标的预测模型, 分析各因素对评价指标的影响, 并构建基于NSGA-Ⅱ耦合熵权TOPSIS法的HFRAC配合比优选模型, 确定综合性能最优时的配合比方案。结果表明: 在试验范围内各评价指标的响应面模型拟合效果良好, 预测精度高; 各评价指标不仅受单因素影响, 而且受因素间交互作用影响, SF体积掺量与MPPF体积掺量交互作用对抗折强度、抗压强度影响极显著, 对磨损量影响显著, MPPF体积掺量与砂率交互作用对抗折强度影响显著; 当SF体积掺量为1.39%、MPPF体积掺量为0.97%、砂率为36.10%时, HFRAC综合性能最优。该方法能够实现HFRAC性能的综合改善, 可为HFRAC在道路工程中的推广应用提供一定理论依据和技术支撑。
混杂纤维再生混凝土 配合比 响应面法 熵权TOPSIS法 多目标优化 hybrid fiber recycled aggregate concrete mix proportion response surface methodology NSGA-Ⅱ NSGA-Ⅱ entropy weight TOPSIS method multi-objective optimization
1 中国矿业大学(北京)力学与建筑工程学院, 北京 100083
2 中冶建筑研究总院有限公司, 北京 100088
为探究冲击荷载下纤维对海水珊瑚骨料混凝土(SCAC)的增强增韧效果, 采用75 mm分离式Hopkinson压杆测试了单掺聚乙烯醇(PVA)纤维或混杂PVA-钢纤维SCAC在不同应变率下的动态力学响应, 利用ANSYS/LS-DYNA模拟其冲击性能及破坏形态特征。结果表明, 掺加纤维可改善SCAC的脆化程度和动态力学性能; 混杂纤维对SCAC应变率敏感性和动态强度增长因子的提升效果优于单掺PVA纤维; SCAC的破坏程度随PVA纤维掺量增加逐步改善, 而混杂纤维SCAC在各应变率下的完整性则更好; 模拟所得试块失效单元数在掺入纤维后显著减少, 模拟结果反映出各纤维掺量SCAC的动态力学行为与破坏程度。
海水珊瑚骨料混凝土 Hopkinson杆 动态强度增长因子 混杂纤维 数值模拟 seawater coral aggregate concrete split Hopkinson pressure bar dynamic increase factor hybrid fiber numerical simulation
1 中铁建设集团有限公司, 北京 100040
2 郑州航空工业管理学院土木建筑学院, 郑州 450046
3 长安大学公路学院, 西安 710064
为研究钢纤维、聚乙烯醇纤维混杂比例对高强混凝土性能的影响, 通过合理设计坍落度试验、力学强度试验、收缩试验、抗裂试验、抗氯离子侵蚀试验, 对比评价了纤维混杂比例对高强混凝土工作性、抗折强度、收缩性、抗裂性能以及氯离子渗透系数的影响。结果表明, 钢纤维和聚乙烯醇纤维降低了新拌混合物的工作性。与单掺纤维相比, 混杂纤维对高强混凝土力学性能改善效果不明显, 但可明显改善混凝土抗裂性能, 开裂面积抑制率最大为95.8%, 同时能使高强混凝土收缩率和氯离子分别降低277%和66.5%, 明显提高高强混凝土的耐久性能。通过扫描电镜试验分析探讨了纤维增强混凝土的作用机理, 结果表明混杂纤维对基体内部结构的改善实现了对混凝土宏观性能的提升, 最终推荐采用0.75%(体积分数)钢纤维和0.25%(体积分数)聚乙烯醇纤维。
混杂纤维 高强混凝土 力学性能 收缩性 抗裂性 抗氯离子侵蚀性 hybrid fiber high-strength concrete mechanical property shrinkage crack resistance resistance to chloride ion erosion
Author Affiliations
Abstract
1 Ultrafast Laser Laboratory, Key Laboratory of Opto-Electronic Information Technology, Ministry of Education, School of Precision Instrument and Opto-Electronics Engineering, Tianjin University, Tianjin 300072, China
2 Laize Photonics Co., Ltd, Beijing 101399, China
We demonstrate an all polarization-maintaining (PM) fiber mode-locked laser seeded, hybrid fiber/solid-slab picosecond pulse laser system which outputs $40~\unicode[STIX]｛x03BC｝\text｛J｝$, 10 ps pulses at the central wavelength of 1064 nm. The beam quality factors $M^｛2｝$ in the unstable and stable directions are 1.35 and 1.31, respectively. $15~\unicode[STIX]｛x03BC｝\text｛J｝$ picosecond pulses at the central wavelength of 355 nm are generated through third harmonic generation (THG) by using two $\text｛LiB｝_｛3｝\text｛O｝_｛5｝$ (LBO) crystals, in order to get better processing efficiency on polycrystalline diamonds. The high pulse energy and beam quality of these ultraviolet (UV) picosecond pulses are confirmed by latter experiments of material processing on polycrystalline diamonds. This scheme which combines the advantages of the all PM fiber mode-locked laser and the solid-slab amplifier enables compact, robust and chirped pulse amplification-free amplification with high power picosecond pulses.
all polarization-maintaining fiber chirped pulse amplification free amplification hybrid fiber/solid slab material processing mode-locked laser. High Power Laser Science and Engineering
2018, 6(2): 02000e18
