玄武岩纤维增强高延性水泥基复合材料动态力学性能研究

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玄武岩纤维增强高延性水泥基复合材料(BF-SHCC)在静态轴向拉伸条件下表现出多缝开裂和应变硬化现象,具有延展性强、韧性好和抗拉强度高等优点,同时兼具耐高温性质,是一种很有潜力的抗冲击材料;材料的动态力学性能和其抗冲击性能密切相关。本文主要对玄武岩纤维增强高延性水泥基复合材料的动态力学性能进行试验研究。(1)通过静态压缩试验和霍普金森压杆(SHPB)冲击压缩试验分别研究玄武岩纤维体积掺量为0%、2%和3%的BF-SHCC的静态和动态压缩性能,研究发现,在静态压缩试验条件下,随着玄武岩纤维掺量的增加,BF-SHCC的静态抗压强度增强,试件的破坏程度减弱。在动态压缩试验条件下,随着应变率的提高,BF-SHCC的动态抗压强度和韧性均明显提高,表现出应变率敏感性,纤维体积掺量2%和3%的BF-SHCC的动态抗压强度和韧性接近,均大于纤维体积掺量0%的BF-SHCC的动态抗压强度和韧性,随着玄武岩纤维掺量的增加和应变率的提高,BF-SHCC的动态峰值应变无明显变化。随着应变率的提高,纤维的增强增韧作用均减弱。(2)通过静态劈裂试验和冲击劈裂试验分别研究玄武岩纤维体积掺量为0%、2%和3%的BF-SHCC的静态和动态劈裂拉伸性能,研究发现,在静态劈裂拉伸条件下,随着玄武岩纤维掺量的增加,BF-SHCC的静态劈裂抗拉强度增强,试件的破坏程度减弱。在动态劈裂拉伸条件下,随着应变率的提高,BF-SHCC的动态劈裂抗拉强度和试件吸收的能量均增加,表现出应变率敏感性,随着纤维掺量的增加,BF-SHCC的动态劈裂抗拉强度和试件吸收的能量均增加,纤维表现出增强增韧作用。(3)借鉴金属和聚合物高速拉伸试验方法,自行研发设计适用于BF-SHCC高速轴向拉伸试验的试件尺寸、试模和连接方式;通过高速和低速轴向拉伸试验分别研究BF-SHCC的高速和低速轴向拉伸性能,研究发现,随着拉伸速度的提高(即材料应变率的提高),BF-SHCC的初裂抗拉强度和极限抗拉强度均增加,在低速拉伸试验条件下,随应变率的提高,材料的极限延伸率和韧性均降低,在高速拉伸试验条件下,材料的极限延伸率和韧性均有提高;试件在低速轴向拉伸试验条件下继续表现出多缝开裂现象,在高速轴向拉伸试验条件下,表现为单缝开裂破坏;在低速和高速轴向拉伸试验条件下,材料均表现出应变硬化现象。
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