采用改进的干湿循环浸泡法,对比研究了PE纤维混凝土、钢纤维混凝土和混杂纤维(PE纤维+钢纤维)混凝土的抗Cl-渗透性能。结果表明,纤维混凝土的抗Cl-渗透性与纤维总表面积之间存在线性相关性,纤维总表面积越大,混凝土抗Cl-渗透性能越差;PE纤维和混杂纤维混凝土的抗Cl-渗透性能低于普通混凝土,钢纤维混凝土的抗Cl-渗透性能高于普通混凝土;在混杂纤维总体积掺量不变的情况下,PE纤维的掺量越多,混杂纤维混凝土的Cl-渗透系数越大,抗Cl-渗透能力越差。

根据配筋UHPC梁中钢纤维的分布、体积掺量和受力情况,采用具有加筋特性的Solid65单元进行钢纤维模拟,考虑配筋UHPC梁受力过程分为弹性阶段、带裂缝工作阶段和破坏阶段,建立了钢纤维三折线本构模型。模拟结果与试验值吻合程度较好,表明该模拟方法精度较高。

研究了粉煤灰掺量(15%、20%、25%)、硅粉掺量(0、2%、4%、6%、8%)和钢纤维掺量(0、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%)对混凝土工作性、力学性能和断裂性能的影响。结果表明:粉煤灰掺量越大,混凝土的工作性越好,适宜掺量为20%;随着硅粉掺量的增加,混凝土的力学性能先提升后降低,当硅粉掺量为4%时,混凝土的抗压强度最高;钢纤维的掺入使新拌混凝土的工作性降低,但能有效延缓混凝土的受压破坏进程,提高混凝土的弯曲韧性,当钢纤维掺量为1.5%时,混凝土的断裂荷载达到最大。

为配制经济型超高性能混凝土(UHPC),在标准养护制度下,采用机制砂取代石英砂,研究了机制砂细度及其级配对UHPC性能的影响,并结合扫描电子显微镜(SEM)分析其高强机理。结果表明:采用合理级配机制砂可显著提高UHPC试件的工作性及力学性能,并可制备出扩展度为680 mm,28 d最大抗折、抗压强度分别为25.8 MPa、135.6 MPa的机制砂UHPC;机制砂、钢纤维与水泥石基体结合紧密,且钢纤维在水泥石基体中均匀分布,使UHPC试件具有优异的力学性能。

设计了一种基于超高性能混凝土配合比的3D打印材料,研究了3D打印混凝土试件和浇筑试件的抗渗性能和抗冻性能。结果表明,用该配合比配制的3D打印混凝土试件和浇筑试件均具有良好的抗渗性能和抗冻性能,试件均能在1.4 MPa水压力下保持不渗水,300次冻融循环后保持较高的力学性能和相对动弹性模量,且3D打印试件测试结果更好。为增强结构密实度,混凝土原材料添加了钢纤维,通过CT扫描发现,3D打印试件结构更加紧密,内部缺陷较少,受到冻融破坏时能保持较完整的结构。

研究了水胶比、砂胶比、钢纤维掺量、合成粗纤维掺量以及混掺钢纤维和合成粗纤维对超高性能混凝土(UHPC)力学性能的影响。结果表明:水胶比越小、砂胶比越大,UHPC的抗折、抗压强度越高;单掺钢纤维时,UHPC的抗折、抗压强度随钢纤维掺量的增加总体呈增大趋势,钢纤维的最佳掺量为2.0%;单掺合成粗纤维时,UHPC的抗折、抗压强度随合成粗纤维掺量的增加总体呈先增大后减小的趋势,合成粗纤维的最佳掺量为2.0%;混掺钢纤维和合成粗纤维且钢纤维掺量≤2.0%时,合成粗纤维掺量宜≤1.0%。

超高性能混凝土(UHPC)在拥有超高力学性能的同时普遍存在流动性较差的问题。为了寻求二者之间的平衡,首先通过单因素试验分析了石英砂掺量、粉煤灰掺量、减水剂掺量和钢纤维掺量对UHPC流动性及抗压强度的影响,其次利用正交试验得出了各因素对UHPC流动性及抗压强度影响的主次顺序,确定了最优配合比。结果表明:当石英砂掺量为32%(机制砂掺量为68%)、粉煤灰掺量为15%、减水剂掺量为0.39%、钢纤维掺量为2%时,配制出的UHPC工作性和力学性能良好,并成功应用于某高架桥维修加固工程中。

对利用未经淡化处理海砂配制的超高性能混凝土(UHPC)的抗压强度、抗折强度、劈裂抗拉强度、弹性模量、抗冻性能、抗氯离子渗透性能和护筋性能进行了系统的试验研究。结果表明:抗压强度、抗折强度和劈裂抗拉强度分别大于120 MPa、20 MPa和12 MPa,弹性模量大于40 GPa,其抗冻等级超过F500,电通量值不超过50 C,力学性能和耐久性指标均满足GB/T 31387—2015《活性粉末混凝土》的要求。此外,本试验显示,经过40次的盐水浸烘循环试验后,未淡化海砂UHPC中的钢筋锈蚀风险较低。

通过正交试验研究了粉煤灰掺量、再生细骨料替代率、钢纤维掺量、聚丙烯纤维掺量对再生砂浆的抗压、抗折强度及抗冻性的影响。结果表明,随着钢纤维掺量的增加,抗压、抗折强度明显增大,对砂浆的抗冻性影响不大;聚丙烯纤维对砂浆的强度及抗冻性无显著影响,但可以改变砂浆的脆性;随着再生细骨料替代率的增加,强度及抗冻性均显著增强;随着粉煤灰掺量的增加,砂浆强度及抗冻性明显降低。经过数据拟合,再生砂浆的抗压强度相比抗折强度与抗冻性具有更好的相关性。采用正交分析法得出不掺粉煤灰、再生细骨料替代率为45%,钢纤维掺量为1.5%,聚丙烯纤维掺量为0.1%时,再生砂浆性能最优。在此基础上,通过质量分数为1%、2%、3%、4%的HCl对骨料进行改性处理,结果显示,2%质量分数的HCl改性效果最好。

研究了不同掺入工艺下多层石墨烯和钢纤维在水泥基中的分散效果,并对单掺、复掺两种填料下砂浆的抗压、抗折强度和压折比进行了试验研究。结果表明:采用干拌法分散钢纤维和高速离心法分散多层石墨烯的工艺更佳;钢纤维和多层石墨烯的协同作用提高了高掺量多层石墨烯砂浆的抗压和抗折强度,其中复掺钢纤维和多层石墨烯砂浆的28 d抗压强度比单掺多层石墨烯提高32.82%~43.96%,抗折强度提高18.33%~31.08%,且提高程度随着钢纤维掺量的增加而上升。