以化学改性的生土基材料为基础,研究了不同植物纤维物理改性对生土材料制品力学性能和耐久性能的影响,并从结构上分析了其强度增减原因。研究结果表明,复合物理改性能提高改性效果。

采用正交试验法对9组纤维泡沫混凝土和1组泡沫混凝土进行强度试验,考察的因素有纤维种类、纤维掺量和纤维长度,同时对不同纤维与浆体基体的结合进行微观分析。通过正交试验的直观分析法比较各因素对纤维泡沫混凝土强度的影响。结果表明:在纤维种类、掺量以及长度三因素中,纤维掺量对纤维泡沫混凝土的强度影响最大,纤维长度影响最小;同时,加入适量的纤维可以提高泡沫混凝土的强度,抗折强度比抗压强度提高更为显著。

介绍了纤维泡沫混凝土的主要物理力学性能,分析了纤维对泡沫混凝土的增韧和抗裂机理,总结了国内外对纤维泡沫混凝土的研究成果,分析了几类常用于泡沫混凝土中纤维的优缺点及其研究现状。

通过劈拉试验,测定了20组纤维纳米混凝土试块的劈拉强度和劈拉荷栽-横向变形曲线,探讨了钢纤维掺量及类型、纳米矿粉种类及掺量、混凝土强度对纤维纳米混凝土劈拉性能的影响。结果表明:随钢纤维掺量增加,纤维纳米混凝土劈拉性能明显提高;端钩型纤维更能有效地提高纤维纳米混凝土的劈拉性能,约束横向变形;随纳米SiO_2掺量增加,劈拉强度先升高后降低,韧性变化不显著;随纳米CaCO_3掺量增加,劈拉强度先升高后降低,韧性大致呈增长趋势;较高的混凝土基体强度有利于劈拉性能的提高;掺入适量的纤维和纳米矿粉,改善了混凝土的微细观结构,提高了混凝土自身的密实度,有效提高了混凝土的劈拉性能。

用化学发泡法制作了泡沫混凝土,并对纤维与泡沫混凝土协同工作提高泡沫混凝土比强度进行了试验研究。通过对纤维掺量和长度的试验,探索了纤维在泡沫混凝土中的利用率,并探讨了纤维在泡沫混凝土中的分布均匀度问题。

以钢纤维在受力方向均匀分布的纤维混凝土板为模型,对不同载荷、不同纤维长径比的几个算例进行了ANSYS有限元分析。各个情况下纤维和基体应力和应变情况的对比研究表明,裂纹的开裂扩展由基体的材料性能决定,纤维混凝土与基体材料具有相同的弹性阶段,纤维的作用在基体开裂后才能得到充分发挥。此外,纤维在混凝土硬化过程中的主要效应为降低塑性裂纹和内部微裂纹的数量和尺度,提高混凝土材料介质的连续性,并最终改善混凝土的综合性能。

为了探索最佳的发泡水泥基材配合比,为超轻发泡水泥保温板在最低体积密度下实现最高强度提供配方依据,首先对新拌浆体的流动度和凝结时间进行了测试,然后对满足发泡浆体工作性要求的配比进行抗压强度测试,在最高的抗压强度配比的基础上,探索了纤维的长度、直径、品种及纤维掺量对发泡水泥基材力学性能的影响。最后,在优选出的发泡水泥基材配比基础上进行了中试,所获得的发泡水泥保温板性能满足"十二五"国家科技支撑课题提出的各项指标要求。

以镍渣和粉煤灰等工业固体废渣为主要原料制备地聚合物,并对其韧性进行优化。考察了粉煤灰对镍渣基地聚合物抗压强度的影响,并通过力学性能测试和扫描电镜观察研究了聚丙烯纤维(PP纤维)对镍渣-粉煤灰基地聚合物韧性的作用。结果表明,粉煤灰的掺入有利于镍渣基地聚合物抗压强度的提高,50℃养护3d和7d时,粉煤灰掺量为50%的镍渣-粉煤灰基地聚合物的抗压强度分别比镍渣基地聚合物提高了120.3%和119.6%。PP纤维能有效改善镍渣-粉煤灰基地聚合物的韧性,当纤维掺量为1.6%时,50℃养护3d和7d的地聚合物比未掺纤维试样的抗折强度提高了12.5%和25.0%,抗冲击功提高了173.7%和190.5%。

用橡胶粉以20%的比例等体积替换C40混凝土中的砂,制成橡胶混凝土,并添加不同种类的纤维对其进行改性。试验表明,橡胶粉与水泥结合状况较好,橡胶混凝土具有低自重、低弹模,较好的延性及抗裂性能等优点,但强度及流动性降低明显。纤维的掺入能提高橡胶混凝土的强度,同时不降低其延性及抗裂性能。纤维对橡胶混凝土抗折强度的改善效果优于抗压强度及劈裂抗拉强度。钢纤维是改善效果最明显的单掺纤维,塑钢纤维与水泥缺乏足够的黏结力而改善效果不佳。纤维混杂后,在一定范围的掺量呈现正效应。

为了研究高韧性肋形混凝土永久模板性能,制作了同规格的分别掺加四种不同纤维及无纤维混凝土薄板,用于模拟高韧性肋形混凝土模板实际支承条件的抗冲击试验。试验结果表明,掺加纤维的混凝土薄板比无纤维混凝土薄板抗冲击性能有明显提高,能够满足永久性模板在运输和施工过程中可能承受的冲击力影响。