选取钢纤维和玄武岩纤维进行试验,研究了两种纤维掺量以及硅灰掺量对超高强水泥基复合材料抗压抗折强度、疲劳性能以及体积收缩率的影响。结果表明,纤维和硅灰的加入能有效改善水泥基材料的力学及收缩性能,钢纤维对水泥基材料强度提升较大,但玄武岩纤维表现出与材料更好的相容性,1.5%钢纤维、0.1%玄武岩纤维改善效果最明显,抗折、抗压强度分别提高了12.6%、3.0%和21.2%、2.7%,体积收缩率降低了12.2%、5.4%,且1.5%钢纤维的疲劳寿命是不掺纤维的近4倍,最大跨中挠度曲线呈现明显的阶段性特征;8%硅灰改善效果最大,抗折、抗压强度分别提高了13.3%、10.4%,体积收缩率降低了28.8%。

通过响应面Box-Behnken实验设计,对玻化微珠增强秸秆灰/水泥复合材料的性能进行了优化研究。研究结果表明,所选模型具有显著性(P<0.05),模型优化得出的复合材料最优工艺参数为:掺入量为10%,粒径为600μm。在最优工艺下,玻化微珠增强秸秆灰/水泥基复合材料的导热系数为0.2919 W/(m·K),相比未优化处理的,导热系数降低了36%。

通过对秸秆纤维进行碱浸渍预处理,并与普通硅酸盐水泥拌和制备轻质复合材料,研究了秸秆纤维长度、水灰比和秸秆纤维掺量对水泥基秸秆纤维复合材料性能的影响。结果表明,用4%浓度的NaOH溶液浸渍12 h预处理的2~5 mm秸秆纤维掺量5%、体系水灰比0.60时,水泥基秸秆复合材料干表观密度为1 320 kg/m^3,吸水率为8.7%,28 d抗压强度为3.1 Mpa。对秸秆的碱浸渍处理可以解决水泥凝结问题,在水泥基材料中掺入适量的预处理短秸秆纤维,可以制备出具有实用价值的轻质复合材料。

石墨烯和碳纳米管均为纳米材料,具有高强度、高导电性、高导热性等优点。石墨烯和碳纳米管应用到水泥基复合材料中能提高其强度、改善其耐久性、并使水泥基复合材料具有导电性和压敏性能。本文总结了石墨烯和碳纳米管的打散和氧化方法,归纳了石墨烯和碳纳米管对水泥基复合材料的增强增韧效果和机理,分析比较了其对水泥基复合材料耐久性、导电性和压敏性的影响,并总结了几种常用的细微观研究手段,为开展进一步研究提供参考。

采用普通硅酸盐水泥、硅灰、粉煤灰、外加剂、微镀铜钢纤维以及PVA纤维进行水泥基复合材料配比试验,设计和制造了尺寸为150mm×l50mm×300mm的棱柱体轴心抗压试件,通过实验和分析得到了三种不同应力条件下的声发射特征参数。

研究了钢筋约束聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(Polyvinyl alcohol fiber reinforced cementitious composites,简称PVA-FRCCs)的单轴受压力学性能。通过抗压试验获得棱柱体试件的应力-应变全曲线,计算获得峰值应力、峰值应变、弹性模量等参数,并系统地分析了纤维体积掺量、掺合料(粉煤灰和硅灰)对上述参数的影响。此外,通过对试验数据和已存模型的比较,获得了一个能够描述其应力-应变全曲线的非线性本构模型。

按照钢纤维0、0.5%、1.0%的体积掺量和聚丙烯纤维0、0.05%、0.1%的体积掺量进行了砂浆平板收缩抗裂试验。研究表明,当体积掺量为钢纤维0.5%、聚丙烯纤维0.05%,限裂效能为三级;当体积掺量为钢纤维1.0%、聚丙烯纤维0.1%,限裂效能最优达到一级。综合分析表明,钢-聚丙烯混杂纤维在水泥基复合材料中能产生协同阻裂效应,在基体干燥收缩过程中有显著的综合阻裂效果。

通过冻融、抗渗和腐蚀试验进行了环保型PVA纤维尾矿砂水泥基复合材料的试验研究。试验表明:材料抗冻融性能好,经65d250次-20^+20℃的冻融循环后,试件的整体性好,质量和弹性模量损失分别为15.4%和14.6%,可适用寒冷地区的工程需要;材料的抗渗性能较好,密实度高,渗透系数为1.749×10-4m/h;具备优异的抗腐蚀能力,经6个月5%不同种类的盐溶液浸泡腐蚀后进行四点抗压和抗弯试验,各性能指标降低率为6%~10%。

水泥基复合材料掺入PVA纤维可以提升基体的韧性,定向分布的纤维织物也具有增韧效果。为了研究PVA纤维与织物复合对水泥基材料弯曲性能的影响,通过改变PVA纤维的掺量和织物配网率对方板试件进行抗弯性能试验,采用3种弯曲韧性的能量评价方法对试验结果进行分析和对比。试验结果表明,PVA纤维和织物在基体中产生协同作用;PVA纤维对基体弯曲韧性的贡献要优于织物;PVA纤维掺量和织物配网率的增加可以在一定程度上提高板在开裂过程中能量吸收的能力。

对聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVA-FRCC)在干湿循环和长期浸泡作用下分别进行了抗硫酸钠侵蚀试验研究,分析对比了不同侵蚀环境下PVA-FRCC的质量变化、体积变化和抗压强度变化。结果表明,在纤维掺量小于1%时,侵蚀环境对PVA-FRCC抗硫酸盐侵蚀性能影响明显,表现为干湿循环作用下侵蚀劣化程度更严重;在纤维掺量大于1%时,侵蚀环境对PVA-FRCC抗硫酸盐侵蚀性能影响不明显。