大温差条件下碳纤维混凝土无约束变形试验

为了研究碳纤维、聚酯纤维对混凝土在自由条件下的约束作用,通过设计对碳纤维混凝土、聚酯纤维混凝土和素混凝土加热放热试验,比较掺入不同纤维体积分数的纤维混凝土在大温差条件下无约束自由变形的差异,并用温度线膨胀系数表达。对试验数据进行分析,得到体积分数为1%的碳纤维混凝土比素混凝土抗自由变形能力提高了38.8%,在本试验的各种体积分数中效果最好。结果表明碳纤维与混凝土,虽然热力学性能不同,但是二者结合之后碳纤维因其高弹性模量的特性,反而可以更好地抑制混凝土自由变形。试验效果也表明,随着施工工艺的完善,碳纤维体积分数可能会超过1%,碳纤维对混凝土性能的提升仍然有很大的帮助。     

碳纤维混凝土抗冻性能试验研究

为了增强高昼夜温差地区营房屋面和墙体的抗裂性能,提高营房安全性、舒适性及使用寿命,利用快速冻融法对碳纤维混凝土进行了300次冻融循环试验,并测量其相对动弹性模量和质量损失情况。结果显示:普通混凝土在150次冻融循环试验后试件破坏严重,平均质量损失了0.695 kg,损失率为6.9%;碳纤维混凝土在300次冻融循环试验后外形仍保持较好的完整性,平均质量损失了0.514 kg,损失率为5.19%,相对动弹性模量最多下降了34%,其中体积分数为1%的碳纤维混凝土平均质量损失仅为0.398 kg,损失率为4.05%,相对动弹性模量下降了31%。试验表明碳纤维可以改善混凝土的抗冻性能,适用于高昼夜温差地区建筑。     

微胶囊型自修复碳纤维增强复合材料性能研究

为了分析内嵌环氧树脂基微胶囊的碳纤维增强复合材料(CFRP)的力学性能,开展了材料在准静态载荷条件下力学性能试验研究,对比分析了有、无微胶囊时碳纤维增强复合材料的静态力学性能,详细探究了微胶囊的质量分数对碳纤维增强复合材料的力学性能和自修复性能的影响,分析了材料的拉伸强度,弹性模量,断裂伸长率以及自修复性能情况。在相同冲击能量下,采用落锤法对不同微胶囊含量的层合板进行冲击试验,研究其在冲击载荷作用下的动态力学响应。结果表明,微胶囊具有增韧效果和自修复能力。随着微胶囊质量分数的增加,自修复碳纤维增强复合材料的拉伸强度降低,弹性模量先略微升高后降低,断裂伸长率先降低后升高,但总体变化不大,修复效率随微胶囊含量的增加而升高。在相同冲击能量下,微胶囊含量越大,最大冲击力越小,材料的冲击力-位移曲线斜率越小,抗冲击性能越差。研究结果可以为推动自修复型CFRP材料的实际工程应用和理论研究提供相关参考。     

电磁屏蔽石墨混凝土电导率实验研究

石墨混凝土具有耐酸碱、成本低、性能稳定等优点。针对电导率是材料电磁屏蔽性能的重要影响参数,以获得最佳导电性能为方向设计了石墨混凝土的探索性制备方案,研究了其配合比对混凝土电导率性能的影响,采用四针电极法考察石墨混凝土的导电性能。实验结果表明,石墨混凝土中电导率存在不均匀性,其中粗颗粒石墨混凝土比细颗粒石墨混凝土具有更好的导电性能,其值约0．8 S/cm,表现出较好的性能一致性,为工程应用提供了条件。增加20%导电镍粉,对导电性能有改善,但水灰比较大。掺碳纤维石墨混凝土样品,针对石墨质量分数71%,相对石墨掺入碳纤维2%,电导率值由0．8 S/cm降为0．17 S/cm。其中材料的多孔性是材料导电性降低的主要因素。     

碳纤维混凝土单轴受压应力-应变本构关系

碳纤维混凝土受压应力-应变全曲线研究是对其基本力学性能进行全面认识的基础,也是表现碳纤维混凝土基本受压特性的综合宏观反映。对9组（碳纤维体积分数分别为0,0.2%,0.4%,0.6%,0.8%,1.0%,1.2%,1.4%,1.6%）碳纤维混凝土试件进行了立方体和棱柱体抗压强度试验,结果表明碳纤维混凝土立方体和棱柱体抗压强度随碳纤维体积分数的增加呈下降趋势,峰值应变随碳纤维体积分数的增加呈增大趋势。基于各体积分数碳纤维混凝土的棱柱体抗压强度和峰值应变的试验数据,拟合得到了棱柱体抗压强度和峰值应变与体积分数之间的函数表达式。利用微机控制电液伺服压力试验机测定了9组碳纤维混凝土应力-应变全曲线,参照非线弹性理论的混凝土单轴受压应力-应变本构模型,根据测得的全曲线应力-应变数据,拟合得到了应力-应变全曲线上升段表达式参数和下降段表达式参数,最后给出了基于碳纤维体积分数变化的碳纤维混凝土单轴受压应力-应变本构方程。     

大型砖砌体烟囱的碳纤维加固技术

碳纤维（CFRP）加固技术在混凝土结构加固中应用日益广泛，但在工程结构加固实践中经常忽视由于碳纤维具有负的热膨胀系数，与被加固混凝土构件热膨胀系数差异较大，加固后两者在共同工作时所产生的温度效应问题，详细介绍了碳纤维加固修补砖砌烟囱这一特殊工程实例，通过计算分析选择适当的施工温度（温度应力零点），采用改性粘结剂等措施解决了砌体的正温度效应和碳纤维材料的负温度特性之间的差异引起的砌体开裂问题，供同类工程参考。     

纤维复合材料加固混凝土柱承载力试验研究

纤维复合材料（FRP）是新型建筑结构材料。以11根外包碳纤维、玻璃纤维、芳纶三种复合材料的混凝土圆柱轴心受压试验为基础，提出了纤维混凝土组合柱承载力计算模型；得出FRP可极大提高混凝土柱的抗压承载力；对三种纤维约束效果进行对比：芳纶效果最好，碳纤维次之，玻纤较差。     

高温空气下C/SiC复合材料力学性能测试

测试了C/SiC复合材料在高温空气下的压缩、弯曲和拉伸性能,利用扫描电子显微镜分析复合材料在室温与高温条件下的断口微观形貌。结果表明:从室温升温到1 000 ℃测试温度时,C/SiC复合材料的压缩强度由247 MPa降低至78 MPa,性能降低68%;弯曲强度由480 MPa降低至277 MPa,性能降低42%;拉伸强度由247 MPa降低至152 MPa,性能降低38%。高温氧化导致界面退化,损伤材料基体与碳纤维结构,加剧了纤维断裂程度,改变了纤维与基体的结合状态,纤维增韧机制逐渐消失,导致复合材料性能下降。     

一种实用的计算热膨胀系数的递推方法

本文从热膨胀系数α、比热C_v 及体积弹性模量K 所满足的热力学关系出发,提出了一种简单实用的递推方法计算热膨胀系数,用此方法可以相当准确地计算固体热膨胀系数作为温度函数的整个曲线。文中以三种碱卤晶体为例计算了室温以下的热膨胀系数,与实验结果符合得非常好。     

添加剂CCCW作用下硫铝酸盐水泥固化土耐MgSO_4侵蚀性能及早期强度模型

针对目前水泥固化土耐硫酸镁侵蚀性能研究多基于硅酸盐水泥的现状,以硫铝酸盐水泥固化土为对象,采用外蚀(成型后浸泡)和内蚀(制作时内掺)2种方式制作了试件,探讨了硫铝酸盐水泥固化土在硫酸镁溶液侵蚀下的早期强度发展规律。通过等量替换的方式,研究了水泥基渗透结晶型防水材料(CCCW)占用土质量4%时,其对硫铝酸盐水泥固化土耐硫酸镁侵蚀性能的影响。基于水泥固化土稳固系数理论,分别提出了硫酸镁溶液在2种侵蚀方式下的硫铝酸盐水泥固化土早期强度JM和NM模型,并对模型进行了检验。结果表明:硫铝酸盐水泥固化土在硫酸镁溶液侵蚀下,早期强度呈先上升后下降的趋势,浸泡1~3 d时强度增大较快,在7 d时达到最大,14 d时有较大下降;侵蚀方式对硫铝酸盐水泥固化土早期强度有较大影响,内蚀方式下强度一直呈上升趋势,且较外蚀方式高1~2 MPa;等量替换方式下,CCCW会降低硫铝酸盐水泥固化土强度,但提高了其耐硫酸镁侵蚀性能,MgSO_4溶液质量浓度为1.5~18.0 g/L时,2种侵蚀方式下14 d强度一直呈上升趋势;基于水泥固化土稳固系数的硫铝酸盐水泥固化土早期强度JM和NM模型具有一定的可行性,14 d时间内强度预测值与实测值误差最高分别为7.31%和5.07%。     

碳纤维增强聚合物基复合材料频率选择表面的电磁传输特性（复合材料专栏投稿）*

为了改善采用金属频率选择表面（Frequency Selective Surface，FSS）制备的天线罩中存在的热残余应力和弱粘接界面等问题，本文采用与聚合物基复合材料罩壁结构相容性好的碳纤维增强聚合物基复合材料制备FSS，利用自由空间法对试样的电磁传输性能进行测试，并采用数值分析模型对碳纤维复合材料FSS的电磁传输机制和电磁传输影响因子进行分析。结果表明：碳纤维复合材料FSS具有频率选择功能，但谐振频率处的电磁传输损耗较大；通过改变复合材料FSS的单元缝隙率、厚度、电导率以及介电常数可以实现对其电磁传输性能的调节。     

Investigation of the mechanical and ballistic properties of hybrid carbon/ aramid woven laminates

High-performance ballistic fibers, such as aramid fiber and ultra-high-molecular-weight polyethylene (UHMWPE), are commonly used in anti-ballistic structures due to their low density, high tensile strength and high specific modulus. However, their low modulus in the thickness direction and insufficient shear strength limits their application in certain ballistic structure. In contrast, carbon fiber reinforced epoxy resin matrix composites (CFRP) have the characteristics of high modulus in the thickness direction and high shear resistance. However, carbon fibers are rarely used and applied for protection purposes. A hybridization with aramid fiber reinforced epoxy resin matrix composites (AFRP) and CFRP has the potential to improve the stiffness and the ballistic property of the typical ballistic fiber composites. The hybrid effects on the flexural property and ballistic performance of the hybrid CFRP/AFRP laminates were investigated. Through conducting mechanical property tests and ballistic tests, two sets of reliable simulation parameters for AFRP and CFRP were established using LS-DYNA software, respectively. The experimental results suggested that by increasing the content of CFRP that the flexural properties of hybrid CFRP/AFRP laminates were enhanced. The ballistic tests’ results and the simulation illustrated that the specific energy absorption by the perforation method of CFRP achieved 77.7% of AFRP. When CFRP was on the striking face, the shear resistance of the laminates and the resistance force to the projectiles was promoted at the initial penetration stage. The proportion of fiber tensile failures in the AFRP layers was also enhanced with the addition of CFRP during the penetration process. These improvements resulted in the ballistic performance of hybrid CFRP/AFRP laminates was better than AFRP when the CFRP content was 20 wt% and 30 wt%.     

碳纤维强度的统计特性及对复合材料线芯力学性能的影响

测试了国产T300级碳纤维的单丝和复丝拉伸强度,并用Weibull分布来描述碳纤维单丝平均拉伸强度。采用拉挤工艺制备出国产碳纤维复合线芯,测试了国产碳纤维复合线芯的弯曲强度和短梁剪切强度性能。结果表明:国产T300级碳纤维单丝拉伸强度性能达到东丽T300碳纤维水平,且分散性更小;复丝强度略低。国产T300级碳纤维集束性较差,在拉挤抽纱过程中,容易夹纱和起毛。在纤维体积含量基本相同情况下,国产T300级碳纤维复合线芯力学性能与东丽T700碳纤维复合线芯力学性能相差不大。     

短切碳纤维混凝土电磁屏蔽规律的实验研究

随着电子产品普及和大功率电气设备数量的增加,导致电磁环境急剧恶化,从而带来了一系列隐患。简要阐述了电磁屏蔽的原理,介绍了碳纤维的性能,并对短切碳纤维水泥基复合材料的屏蔽性能进行了实验研究,制备出碳纤维吸波混凝土,测试了样品的电磁屏蔽性能,并比较3mm与6mm短切碳纤维在吸波混凝土中的屏蔽效能,分析、总结了实验样品中反映出来的规律,为设计高性能电磁屏蔽混凝土提供了依据。     

材料性能对固体发动机结构完整性的影响

基于描述粘弹性材料特性的Burgers模型的本构关系以及基于该本构关系下的有限元方法 ,根据温度载荷和内压载荷的特点 ,分别建立了分析某固体发动机材料性能参数对结构完整性影响的有限元模型。应用MSC/NAS TRAN结构分析软件 ,详细分析了在温度和内压载荷作用下固体发动机材料性能参数对结构完整性的影响。在温度载荷的作用下 ,主要影响结构完整性的是推进剂的泊松比与热膨胀系数 ;在内压载荷作用下 ,主要影响结构完整性的是包覆层和推进剂的泊松比以及推进剂的初始模量。所得的结论可为固体发动机的生产设计提供参考     

棉纤维热解特性及阻燃机理研究

用有机磷系阻燃剂Pyrovatex CP以及尿素、二氰二胺和三聚氰胺3种氮系的协效剂组成的整理液对纯棉织物进行阻燃处理,利用热重仪对其热解特性进行研究,通过分析TG-DTG曲线,研究了阻燃剂对棉纤维热解过程的影响,并对协效剂的协效效果进行了比较分析.结果表明,棉纤维热解主要分3个阶段;阻燃剂使棉纤维的起始分解温度降低,剩炭率提高;在磷氮比固定为1：0.1的情况下,尿素的协效作用相对最好,并对其阻燃机理进行了探讨.     

Effect of organo-modified montmorillonite nanoclay on mechanical,thermal and ablation behavior of carbon fiber/phenolic resin composites

The mechanical, thermal and ablation properties of carbon phenolic (C-Ph) composites (Type-I) rein-forced with different weight percentages of organo-modified montmorillonite (o-MMT) nanoclay have been studied experimentally. Ball milling was used to disperse different weight (wt) percentages (0, 1,2,4,6 wt.％) of nanoclay into phenolic resin. Viscosity changes to resin due to nanoclay was studied. On the other hand, nanoclay added phenolic matrix composites (Type-II) were prepared to study the dispersion of nanoclay in phenolic matrix by small angle X-ray scattering and thermal stability changes to the matrix by thermogravimetric analyser (TGA). This data was used to understand the mechanical, thermal and ablation properties of Type-I composites. Inter laminar shear strength (ILSS), flexural strength and flexural modulus of Type I composites increased by about 29％, 12％and 7％respectively at 2 wt.％ addition of nanoclay beyond which these properties decreased. This was attributed to reduced fiber volume fraction (％Vf) of Type-I composites due to nanoclay addition at such high loadings. Mass ablation rate of Type-I composites was evaluated using oxy acetylene torch test at low heat flux (125 W/cm2) and high heat flux levels (500 W/cm2). Mass ablation rates have increased at both flux levels marginally up to 2 wt.％ addition of nanoclay beyond which it has increased significantly. This is in contrast to increased thermal stability observed for Type-I and Type-Ⅱ composites up to 2 wt.％addition of nanoclay. Increased ablation rates due to nanoclay addition was attributed to higher insulation effi-ciency of nanolcay, which accumulates more heat energy in limited area behind the ablation front and self-propagating ablation mechanisms triggered by thermal decomposition of organic part of nanoclay.     

火灾场钢筋混凝土简支梁抗弯性能分析

通过对火灾中钢筋混凝土简支梁截面温度场和材料热力学性能分析,将混凝土分为弹性区和塑性区来分别计算其强度,建立了火灾场简支梁截面内混凝土应力和梁极限抗弯承载力的计算公式,通过具体算例分析了钢筋混凝土简支梁截面温度场和极限承载力的变化规律和原因。     

3mm波段混凝土屏蔽材料的研究

在混凝土中添加标准砂,钢纤维,铁晶矿砂,炭纤维毡,氧化锌晶须,铁氧体,乙炔碳黑,羰基铁粉等材料,制成了具有微波吸收性能的混凝土屏蔽材料,以期能探索一条大型建筑及军事掩体的电磁防护的新途径。在3mm波段范围内对混凝土屏蔽材料进行了初步的实验研究,研究了不同材料、不同掺量下电磁波的吸收衰减特性,并分析了它们之间的关系,为进一步的研究指明了方向。