高性能纤维增强水泥基复合材料的研究

PVA 纤维混凝土的应用研究现状引言混凝土属于脆性材料，其韧性较差。

而纤维抗拉强度较高，两者复合使用可以克服混凝土抗拉强度较低和脆性的缺点。

目前，应用到水泥混凝土内的纤维种类比较多，常用的包括碳纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、钢纤维、聚丙烯晴纤维、聚乙烯醇纤维(PVA)等。

其中PVA 纤维增强水泥基材料是目前热门课题之一。

近年来，超高韧性水泥基复合材料是比较热门的一种新型建筑材料，其实质上是通过在混凝土中加入2%的聚乙烯醇短纤维制备出一种高性能纤维增强水泥基复合材料。

这种纤维增强混凝土在受到轴向拉伸和弯曲荷载作用下会呈现出显著的应变硬化特征，并且当受力开裂后，其承载力会经历一个类似于钢筋的假应变硬化阶段，而不会像钢纤维混凝土和聚丙烯纤维混凝土那样当遭受达到极限承载力的荷载作用时会突然降低。

1 PVA 的性能特点与其他种类的纤维相比，PVA 纤维具有以下几点优势：①高抗拉强度和高弹性模量;②与矿物掺合料的相容性较好;③高亲水性，能够较好地均匀分布在水泥浆体中;④与水泥基材料的界面结合较好;⑤高耐酸碱性;⑥直径适中，可达到39 mu;m;⑦环保，无毒无害。

几种常用纤维的性能参数见表1。

由表1 可以看出，钢纤维弹性模量较高，制作工艺较复杂，生产的钢纤维直径较大，不利于普遍应用。

聚丙烯纤维的弹性模量太低，碳纤维的弹性模量较高，其极限延伸率较小，且不能弯曲。

整体上看，聚乙烯纤维性能上与PVA 接近，但是聚乙烯纤维价格较高，不适合大量应用。

2 PVA 纤维增强混凝土的力学性能钱桂枫等人研究发现，PVA 纤维的最佳掺量是0.08%～0.1%，体积掺量在此范围内可以有效改善混凝土抗折强度，且PVA 纤维的长径比越小，强度提高效果越显著。

Fukuyama 等人对PVA 纤维增强混凝土构件进行了拉mdash;压循环荷载试验，结果发现当PVA 纤维掺量为1.5%时，构件的应变可以达1.5%，试件韧性较好，且裂缝宽度小于0.2 mm。

超高性能混凝土在桥面铺装工程中的应用摘要：超高性能混凝土（UHPC）是一种纤维增强水泥基复合材料，力学性能和耐久性能优异。

随着研究的深入，UHPC在工程中的应用日益增多，在桥面铺装工程中的应用是研究的热点之一。

综述了UHPC的发展和应用，调研了多种工况下UHPC铺装的实例。

结果表明：UHPC在桥面铺装工程中提高了桥面结构的抗疲劳、抗裂性能，减轻了结构自重，降低了碳排放；因其良好的耐磨性、抗渗透与抗腐蚀性能，大大减少了桥面修补次数，提高了经济效益。

因此，UHPC在桥面铺装工程中具有良好的应用前景。

关键词：超高性能混凝土；桥面铺装；力学性能；应用中图分类号：U441 发展历程超高性能混凝土最早面世是丹麦Hans Henrik Bache在1979年申请的一篇相关专利，从此之后丹麦开始了相关研究。

当时将这种新型混凝土材料称之为CRC（Compact Reinforced Composite密实增强复合材料）或Ny Beton（新型混凝土）[1]。

上世纪九十年代，法国成为了超高性能混凝土研究最活跃的国家。

法国多方力量一起参与研究“活性粉末混凝土”（Reactive Powder Concrete，简称RPC）并发表了一系列相关论文和专利促进了UHPC或RPC在全世界范围的推广。

UHPC（超高性能混凝土）名称是由法国学者在1994年提议的，由于能更好表达这中混凝土材料的优越性能，逐步被广泛接受和采用。

超高性能混凝土在桥梁结构中的应用主要用于主梁结构、桥面结构和桥梁接缝。

桥面结构常用于桥面铺装层和桥面板。

UHPC作为桥面铺装材料，具有广泛的应用价值。

瑞士洛桑理工大学Oesterlee[2]提出使用钢筋UHPC层修补加固破损的桥面，UHPC层能够提高桥梁强度、刚度、抗裂、防水和保护普通混凝土，大幅延长结构使用寿命。

2004年，该桥面铺装结构首次应用在瑞士的一个桥梁修补工程中[3]。

国内湖南大学邵旭东团队[4]在2010年首次提出了UHPC铺装层和正交异性钢桥面板组成的钢-UHPC铺装结构。

纤维增强水泥基复合材料综述学号：079024444 姓名：王柳班级：无机072水泥基复合材料概述：最早的、最常见的水泥基复合材料其实就是我们所熟悉的混凝土。

自八十年代美国将混凝土定义为水泥基复合材料以来，这个称法已逐渐地被各国学者认同。

该定义赋予了水泥更多科技内涵，也为水泥研究提供了新的方法，将复合材料的研究方法引入水泥领域，将大大推动水泥科学的发展。

复合材料是指由两种或两种以上异质、异形、异性的材料复合形成的新型材料，一般由基体组元与增强体或功能组元所组成。

混凝土其实就是采用复合材料中的颗粒增强手段来提高性能。

混凝土中的水泥将砂、石等增强体胶结在一起，这就大大提高了单个材料的性能，这也是复合材料的优势！但是单纯的将沙石等颗粒材料胶结在一起形成的混凝土抗压但是不抗拉，其抗拉强度较低，韧性较差。

所以后来人们才混凝土中加入钢筋，钢筋混凝土类似我们在复合材料中所学的纤维增强，只不过钢筋比较粗还不能称作纤维，钢筋在混凝土中钢筋主要承受拉应力，这样混凝土的抗拉强度就得到了很大的提高，于是就出现了钢筋混凝土，我们现在大量运用的我其实就是这种！纤维增强水泥基复合材料的组成：一、水泥水泥在纤维增强水泥基复合材料中是一种胶结材料，与水拌合形成水泥浆，以其很高的粘结力将砂、石和钢纤维胶结成一整体。

目前，在纤维增强水泥基复合材料中常用的水泥强度主要为等级为32.5和42.5的普通硅酸盐水泥。

二、砂砂又称细骨料，用于填充碎石或砾石等粗骨料的空隙，并共同组成纤维增强水泥基复合材料的骨架。

砂的粗细程度用砂的细度模数表示用细度模数大的砂，即粗砂进行拌制容易产生离析和泌水现象。

用细度模数小的砂，即细砂进行拌制，则水泥用量较大!需要较多的水泥浆包裹在砂的表面。

因此，砂的细度模数应适中。

三、石又称粗骨料，是组成纤维增强水泥基复合材料的骨架材料，通常为碎石。

纤维增强水泥基复合材料的粗骨料的粒径不宜大于20mm,若骨料粒径过大,将削弱纤维的增强作用，且纤维集中于大骨料周围，不便于纤维的分散。

纤维增强复合材料的断裂性能研究纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Composites，FRC）是一种具有广泛应用前景的新型材料。

随着科学技术的不断进步和人们对高性能材料需求的增加，FRC 的研究与应用也日益受到重视。

本文将就FRC的断裂性能进行深入研究。

FRC是由纤维增强体和基体构成的。

在FRC中，纤维起到增强的作用，而基体则起到连接纤维的作用。

常见的纤维有碳纤维、玻璃纤维、聚酯纤维等，常见的基体有树脂基体、金属基体等。

纤维与基体之间存在着很强的相互作用，使FRC具有优异的力学性能。

断裂是FRC研究中一个重要的性能指标，能够反映FRC的强度和韧性。

FRC的断裂性能主要包括断裂强度和断裂韧性两个方面。

断裂强度是指FRC在断裂前的抗拉、抗压等能力。

断裂韧性则是指FRC在断裂前的吸能能力。

这两个指标是评价FRC材料性能优劣的重要标准。

FRC的断裂性能与其内部结构有着密切的关系。

纤维增强体中的纤维有着不同的分布，包括单向、双向和多向等。

这种分布会影响到FRC的力学性能和断裂性能。

例如，在同等纤维体积分数下，纤维的分布越均匀，FRC的强度越高。

另外，纤维与基体的粘结情况也会对FRC的断裂性能产生重要影响。

优秀的粘结能够提高FRC的断裂强度和断裂韧性。

除了内部结构，外界条件也会对FRC的断裂性能产生影响。

例如，环境温度、湿度以及加载速率等因素都会影响FRC的断裂性能。

研究人员通过实验和模拟来探究这些因素对FRC断裂性能的具体影响，并提出改进措施。

例如，采用先进的纤维预处理技术，包括表面改性和填充剂注入等，可以增加纤维与基体之间的粘结强度，提高FRC的断裂韧性。

此外，纤维增强复合材料的断裂性能研究也在推动着材料制备和生产工艺的发展。

以碳纤维为例，其断裂强度远高于金属材料，且具有优异的热稳定性和低密度等优点。

这使得FRC在航空航天、汽车、体育器材等领域得到广泛应用。

同时，纤维增强复合材料的制备与生产也成为纤维增强复合材料的发展瓶颈。

纤维增强复合材料层合板分层扩展行为研究进展一、本文概述纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Composite，简称FRC）层合板作为一种先进的轻量化材料，因其具有优异的力学性能、良好的抗疲劳性、高比强度和高比模量等优点，在航空航天、汽车制造、船舶工业以及土木工程等领域得到了广泛的应用。

然而，复合材料层合板在使用过程中常常面临分层损伤（delamination）的问题，这种损伤形式会严重影响其结构完整性和承载能力，甚至可能导致灾难性的后果。

因此，对纤维增强复合材料层合板分层扩展行为的研究具有重要的理论价值和工程意义。

本文旨在全面综述纤维增强复合材料层合板分层扩展行为的研究进展，包括分层损伤的机理、影响因素、检测方法以及防护措施等方面。

通过对国内外相关文献的梳理和评价，本文旨在揭示当前研究的热点和难点，分析存在的问题和不足，并展望未来的研究方向。

通过本文的综述，期望能为相关领域的研究人员提供有益的参考和启示，推动纤维增强复合材料层合板分层扩展行为研究的深入发展。

二、纤维增强复合材料层合板的基本结构与性能纤维增强复合材料层合板（Fiber Reinforced CompositeLaminates）是一种由多层不同方向、不同性质的单层复合材料叠加而成的结构材料。

这种材料因其优异的力学性能，如高强度、高模量、良好的抗疲劳性能以及优良的抗腐蚀性能，在航空航天、汽车制造、船舶工程、土木工程等领域得到了广泛的应用。

在基本结构上，纤维增强复合材料层合板主要由基体材料和增强纤维两部分组成。

基体材料通常为热固性或热塑性树脂，起到粘结和固定增强纤维的作用。

增强纤维则主要由高性能纤维如碳纤维、玻璃纤维、芳纶纤维等构成，这些纤维以其高强度、高模量特性赋予了层合板良好的力学性能。

纤维增强复合材料层合板的性能特点主要体现在以下几个方面：其具有较高的比强度和比模量，即单位质量所能承受的力量和抵抗变形的能力，这使得它在轻量化设计方面具有显著优势。

PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料抗压性能试验研究
刘文林;徐奥强;韩建平
【期刊名称】《黑龙江工业学院学报（综合版）》
【年(卷),期】2024(24)3
【摘要】为实现纤维增强水泥基复合材料(ECC)受荷开裂过程中裂缝的全过程控制,提高其压缩变形性能,在传统ECC中掺加钢纤维,制备PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料(HyFRCCs)。

以PVA纤维掺量、钢纤维掺量及钢纤维长径比为变量,设计制作22组不同配合比HyFRCCs试件。

通过轴心受压试验研究HyFRCCs单轴受压力学特性,分析纤维掺量、种类及几何特征对HyFRCCs抗压性能的影响。

结果表明:PVA纤维掺量、钢纤维掺量及钢纤维长径比对HyFRCCs轴心抗压强度影响较小,纤维混杂能够显著提高材料峰值应变和峰值后延性,HyFRCCs的裂缝控制能力和压缩变形能力得到显著改善。

【总页数】8页(P121-128)
【作者】刘文林;徐奥强;韩建平
【作者单位】合肥大学城市建设与交通学院;兰州理工大学甘肃省土木工程防灾减灾重点实验室;兰州理工大学防震减灾研究所
【正文语种】中文
【中图分类】TU528
【相关文献】
1.SMAF/PVA混杂纤维增强水泥基复合材料梁自复位与耗能性能试验研究
2.钢-PVA混杂纤维增强工程水泥基复合材料弯曲性能研究
3.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
4.配筋PVA-钢混杂纤维增强水泥基复合材料梁柱边节点抗震性能试验研究
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不同纤维对超高性能混凝土力学性能及微观结构的影响研究摘要：超高性能混凝土是一种具有良好裂缝控制能力、高强度及高耐久性的水泥基复合材料，最早起源于20世纪70年代的丹麦，并逐步推广到美国、日本、中国等多个国家。

目前，超高性能混凝土已成为土木工程领域的研究热点之一，主要集中于超高性能混凝土力学性能、收缩性能，以及超高性能混凝土在桥梁工程、结构维修加固工程中的应用等方面。

关键词：不同纤维；超高性能混凝土；力学性能；微观结构超高性能混凝土（UHPC）是一种新型材料，具有优异的节能环保和可持续性，可以替代传统的普通混凝土。

在UHPC的生产过程中，配合比设计中水灰比非常低，需要采用高效减水剂，同时选用级配良好的石英砂作为细骨料，在混凝土中加入纤维形成骨架结构，制备出内部致密的结构，从而提高UHPC的力学性能。

在UHPC生产中，纤维的掺入对基材的增强有着重要的作用。

纤维能够形成三维网架结构，阻碍裂缝的扩展，从而增强混凝土的韧性和抗震性能。

不同种类纤维和不同尺寸规格的纤维对增强混凝土基体的效果不同，需要进行研究。

钢纤维是UHPC中常用的一种纤维材料，能够有效提升弹性模量和折压强度，控制裂缝的形成。

同时，钢纤维还具有较高的耐久性，能够延长UHPC的使用寿命。

聚乙烯纤维也是常用的一种纤维材料。

不同体积掺入率与纤维长度对抗冲击性能有影响。

研究表明，随着聚乙烯纤维掺入率的增加，混凝土的抗冲击性能逐渐提高。

但是当掺入率超过一定阈值时，抗冲击性能反而会下降。

1试验概况1.1原材料水泥采用海螺牌P·Ⅱ52.5硅酸盐水泥，密度和比表面积分别为3170kg/m3和386m2/kg,3d抗压强度和抗折强度分别为36.2MPa和6.4MPa。

硅灰的密度和比表面积分别为2100kg/m3和22000m2/kg，主要成分为SiO2。

石灰石粉的密度和比表面积分别为2700kg/m3和440m2/kg，主要成分为CaCO3。

集料采用密度为2760kg/m3、细度模数为2.6的石英砂。

超高韧性水泥基复合材料研究进展及其工程应用摘要：超高韧性水泥基复合材料因具有突出性能优势，在工程领域展现中良好应用前景，本文从材料基本性能、设计原理、组分构成三个方面分析已有研究进展，并探究材料在工程中的具体应用，以便确定材料的下一步研究方向。

关键词：超高韧性水泥基复合材料；研究进展；工程应用引言：超高韧性水泥基复合材料（ECC）基于细观力学理念、断裂力学原理进行设计，对材料纤维、基体、纤维基体界面均进行调整，复合材料硬化后将出现明显的准应变硬化特征，从而使拉应变能力超过普通混凝土的100~300倍。

近年来，随着研究的深入，从不同角度对材料性能进行了优化，使材料优势更为突出。

为不断提高材料性能，通过综合论述相关研究进展、工程应用现状，能够更全面了解材料性能以及应用上的不足，确定未来研究方向。

1 ECC材料的研究进展1.1.基本性能研究目前研究中发现ECC材料具有以下性能优势：（1）受压特性，由于材料中不含粗骨料，较之传统混凝土其弹性模量下降，水灰比有了明显优化，从而使应变能力超过传统混凝土的0.5%；（2）抗弯能力，随着弯曲荷载作用加大，ECC 材料展现出具有弯曲-硬化特性、微小多裂缝特性、超高弯曲韧性等性能，主要与材料中掺杂的碳纤维、聚丙烯纤维、玄武岩纤维等相关，且使用过程中，任何浇筑方式均对材料抗弯性能无影响；（3）抗剪性能，在相同条件下进行测试，采用ECC材料制作无配筋小梁与传统混凝土制作小梁并进行抗剪强度相比，差距为40%，而且梁的跨中极限挠度也超出传统混凝土梁的50%，由此可以看出，ECC材料在荷载作用下，可逐渐产生裂缝，但裂缝呈密集、微小状分布，从而不会导致刚度突然下降，与传统混凝土出现的典型性脆性破坏特征有着本质的区别，从而使材料具有更强大的剪切变形能力与抗剪承载能力；（4）抗疲劳性能，ECC材料的疲劳寿命超过200万次循环，且抗疲劳荷载也显著超出传统混凝土，从而决定疲劳荷载下也能够有效进行裂缝控制，有实验中使ECC板经过10万次循环，发现其裂缝宽度变化幅度仅在50μm内，而普通混凝土板经过10万次循环后，最大裂缝宽度超过600μm[1]。