• ISSN 0258-2724
  • CN 51-1277/U
  • EI Compendex
  • Scopus 收录
  • 全国中文核心期刊
  • 中国科技论文统计源期刊
  • 中国科学引文数据库来源期刊

基于灰色关联理论的PP-SACC修复材料弯曲性能

崔圣爱 夏葳 徐李麟 张书豪 李固华

崔圣爱, 夏葳, 徐李麟, 张书豪, 李固华. 基于灰色关联理论的PP-SACC修复材料弯曲性能[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220459
引用本文: 崔圣爱, 夏葳, 徐李麟, 张书豪, 李固华. 基于灰色关联理论的PP-SACC修复材料弯曲性能[J]. 西南交通大学学报. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220459
CUI Sheng’ai, XIA Wei, XU Lilin, ZHANG Shuhao, LI Guhua. Bending Properties of Polypropylene Fiber-Sulfoaluminate Cement-Based Repair Material Using Grey Relation Theory[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220459
Citation: CUI Sheng’ai, XIA Wei, XU Lilin, ZHANG Shuhao, LI Guhua. Bending Properties of Polypropylene Fiber-Sulfoaluminate Cement-Based Repair Material Using Grey Relation Theory[J]. Journal of Southwest Jiaotong University. doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220459

基于灰色关联理论的PP-SACC修复材料弯曲性能

doi: 10.3969/j.issn.0258-2724.20220459
基金项目: 国家自然科学基金项目(52278277);四川省国际科技创新合作项目(2023YFH0061);四川省中央引导地方科技发展专项项目(2021ZYD0045);成都市科技计划(2021-YF05-00138-SN);中央高校基本科研业务费(2682021GF020)
详细信息
    作者简介:

    崔圣爱(1981—),女,教授,博士,研究方向为桥梁结构动力学性能及土木工程新材料,E-mail:shengai_cui@126.com

    通讯作者:

    李固华(1963—),男,教授,博士,研究方向为土木工程材料性能,E-mail:lgh-100@vip.163.com

  • 中图分类号: TU502.6

Bending Properties of Polypropylene Fiber-Sulfoaluminate Cement-Based Repair Material Using Grey Relation Theory

  • 摘要:

    为提高水泥基增强复合材料(ECC)经济效益并控制修复周期,以较低成本的聚丙烯纤维和快硬早强硫铝酸盐水泥为关键组材,设计聚丙烯纤维硫铝酸盐水泥基(PP-SACC)修复材料,并探究水胶比、纤维掺量及骨料粒径对修复材料弯曲性能的影响规律,联用灰色关联模型对PP-SACC各工况进行综合评价. 研究结果表明:纤维掺量是影响强度、韧性及裂缝特性最重要的因素,纤维掺量对初裂强度、韧性指标及平均裂缝宽度的影响因子分别为−0.68、0.79和−0.98;骨料粒径对裂缝特性同样有明显的影响,石英砂尺寸对平均裂缝宽度的影响因子为−0.86;水胶比对强度和韧性也有着显著的影响,合理的水胶比更有利于充分发挥纤维的桥连效应;PP-SACC修复材料在具备优异韧性的同时具有挠曲硬化特性.

     

  • 图 1  试件成型

    Figure 1.  Specimen preparation

    图 2  四点弯曲试验装置

    Figure 2.  Four-point bending test device

    图 3  各工况弯曲荷载-跨中挠度曲线

    Figure 3.  Mid-span deflection-bending load curves under all working conditions

    图 4  各工况收缩变形随龄期变化

    Figure 4.  Shrinkage deformation variation under all working conditions with curing age

    表  1  快硬硫铝酸盐水泥的化学成分组成

    Table  1.   Chemical compositions of sulfoaluminate cement featuring fast hardening

    成分质量分数/%成分质量分数/%
    CaO47.4SO312.3
    Al2O323.5MgO4.4
    SiO210.1Fe2O32.3
    下载: 导出CSV

    表  2  微珠化学成分组成

    Table  2.   Chemical compositions of cenosphere %

    成分 质量分数 成分 质量分数
    SiO2 56.6 Fe2O3 5.3
    CaO 4.8 Na2O 1.4
    MgO 1.3 K2O 3.3
    Al2O3 26.5 SO3 0.8
    下载: 导出CSV

    表  3  PP纤维物性参数

    Table  3.   Physical properties of PP fibers

    参数 断裂强度/MPa 当量直径/μm 纤维长度/mm 初始弹性模量/GPa 断裂伸长率/%
    取值 630 25.46 12 7.1 25.2
    下载: 导出CSV

    表  4  PP-SACC各工况基本配合比

    Table  4.   Mix proportions of PP-SACC under all working conditions

    试件编号 水胶比 骨料粒径/μm 纤维掺量/% 修复材料流动度/mm 基体流动度/mm
    A1-2.50.40752.5216173
    A1-3.00.40753.0196
    A-2.50.401602.5211230
    A-3.00.401603.0183
    B1-2.50.30752.5181119
    B1-3.00.30753.0165
    B-2.50.301602.5173123
    B-3.00.301603.0137
    C1-2.50.25752.5162104
    C1-3.00.25753.0150
    C-2.50.251602.5171118
    C-3.00.251603.0155
    下载: 导出CSV

    表  5  各工况初裂强度值

    Table  5.   Initial crack strengths under all working conditions MPa

    编号 初裂强度 编号 初裂强度
    A1-2.5 4.56 B-2.5 8.74
    A1-3.0 5.06 B-3.0 6.31
    A-2.5 4.59 C1-2.5 8.44
    A-3.0 4.32 C1-3.0 8.32
    B1-2.5 6.79 C-2.5 8.44
    B1-3.0 5.73 C-3.0 8.14
    下载: 导出CSV

    表  6  各工况四点弯曲开裂行为

    Table  6.   Cracking behavior of four-point bending under all working conditions

    编号 平均裂缝宽度/mm
    (根数/根)
    编号 平均裂缝宽度/mm
    (根数/根)
    A1-2.5 0.240 (6.33) B-2.5 0.230 (6.00)
    A1-3.0 0.140 (14.67) B-3.0 0.210 (5.33)
    A-2.5 0.190 (5.67) C1-2.5 0.190 (7.33)
    A-3.0 0.470 (1.67) C1-3.0 0.490 (3.00)
    B1-2.5 0.290 (4.67) C-2.5 0.230 (8.33)
    B1-3.0 0.190 (11.67) C-3.0 0.250 (3.67)
    下载: 导出CSV

    表  7  各工况弯曲韧性指标

    Table  7.   Toughness index under all working conditions

    编号 I5 I10 I20 I40
    A1-2.5 3.82 7.49 17.14 33.13
    A1-3.0 4.11 8.15 16.91 35.8
    A-2.5 4.43 8.99 18.99 39.88
    A-3.0 4.32 8.56 18.31 38.17
    B1-2.5 3.74 7.14 15.79 32.92
    B1-3.0 4.33 8.77 18.65 40.29
    B-2.5 3.80 7.59 15.84 33.96
    B-3.0 4.22 8.49 17.76 38.40
    C1-2.5 4.12 8.23 17.30 39.11
    C1-3.0 3.58 7.14 17.05 36.97
    C-2.5 3.91 7.46 16.49 32.81
    C-3.0 3.72 7.55 17.92 29.69
    下载: 导出CSV

    表  8  反应弯曲性能指标关联度

    Table  8.   Correlation of bending property indexes

    影响因子 I40 平均裂缝宽度 初裂强度值
    水胶比 0.7321 0.6531 0.8558
    骨料粒径 0.2364 0.8583 0.2188
    纤维掺量 0.7947 0.9843 0.6774
    下载: 导出CSV

    表  9  PP-SACC各工况性能测试结果汇总

    Table  9.   Test results of PP-SACC under all working conditions

    组号 I40 平均裂缝
    宽度/mm
    初裂强度
    值/MPa
    A1-2.5 33.13 0.237 4.56
    A1-3.0 35.8 0.137 5.06
    A-2.5 39.88 0.194 4.59
    A-3.0 38.17 0.475 4.32
    B1-2.5 32.92 0.292 6.79
    B1-3.0 40.29 0.193 5.73
    B-2.5 33.96 0.233 8.74
    B-3.0 38.40 0.206 6.31
    C1-2.5 39.11 0.193 8.44
    C1-3.0 36.97 0.491 8.32
    C-2.5 32.81 0.231 8.44
    C-3.0 29.69 0.250 8.14
    下载: 导出CSV
  • [1] 李梦杰. 聚合物混凝土在路面破损快速维修的试验研究[D]. 郑州:郑州大学,2021.
    [2] 龙方来. 聚合物改性水泥混凝土路面薄层快速修补材料配比研究[D]. 郑州:郑州大学,2016.
    [3] 王亮,杜国庆,高华,等. 渗透类防水防腐涂覆体系在桥梁修复中的应用[J]. 中国建筑防水,2020(12): 36-39.

    WANG Liang, DU Guoqing, GAO Hua, et al. Application of capillary waterproofing and anti-corrosive coating system in bridge repairing[J]. China Building Waterproofing, 2020(12): 36-39.
    [4] 钟世云,袁华. 聚合物在混凝土中的应用[M]. 北京:化学工业出版社,2003:8
    [5] CHEN K Y, WU D Z, YI M, et al. Mechanical and durability properties of metakaolin blended with slag geopolymer mortars used for pavement repair[J]. Construction and Building Materials, 2021, 281(2): 122566.1-122566.26.
    [6] SADRMOMTAZI A, KHOSHKBIJARI R K. Bonding durability of polymer-modified concrete repair overlays under freeze–thaw conditions[J]. Magazine of Concrete Research, 2017, 69(24): 1268-1275. doi: 10.1680/jmacr.17.00014
    [7] SIDDIKA A, HAJIMOHAMMADI A, MAMUN M A A, et al. Waste glass in cement and geopolymer concretes: a review on durability and challenges[J]. Polymers, 2021, 13(13): 2071.1-2071.26.
    [8] 陈全胜,侯圣均,江传彬,等. PVA纤维水泥基复合材料抗冲蚀磨损性能试验研究[J]. 西南交通大学学报,2023,58(1): 150-158.

    CHEN Quansheng, HOU Shengjun, JIANG Chuanbin, et al. Experimental study on hydro-abrasion performance of polyvinyl alcohol fiber cementitious composites[J]. Journal of Southwest Jiaotong University, 2023, 58(1): 150-158.
    [9] AFROUGHSABET V, BIOLZI L, OZBAKKALOGLU T. High-performance fiber-reinforced concrete: a review[J]. Journal of Materials Science, 2016, 51(14): 6517-6551. doi: 10.1007/s10853-016-9917-4
    [10] CAO Q, LI H, LIN Z B. Effect of active confinement on compressive behavior of GFRP-confined expansive concrete under axial cyclic loading[J]. ACI Structural Journal, 2020, 117(1): 207-216.
    [11] BELAIDI A S E, BENABED B, SOUALHI H. Physical and mechanical properties of concrete repair materials in dry and hot-dry environment[J]. Journal of Adhesion Science and Technology, 2015, 29(6): 543-554. doi: 10.1080/01694243.2014.998001
    [12] SOUPIONIS G, GEORGIOU P, ZOUMPOULAKIS L. Polymer composite materials fiber-reinforced for the reinforcement/repair of concrete structures[J]. Polymers, 2020, 12(9): 2058.1-2058.14.
    [13] XU S L, WANG N, ZHANG X F. Flexural behavior of plain concrete beams strengthened with ultra high toughness cementitious composites layer[J]. Materials and Structures, 2012, 45(6): 851-859. doi: 10.1617/s11527-011-9803-0
    [14] 徐世烺,王楠,尹世平. 超高韧性水泥基复合材料加固钢筋混凝土梁弯曲控裂试验研究[J]. 建筑结构学报,2011,32(9): 115-122.

    XU Shilang, WANG Nan, YIN Shiping. Experimental study on flexural characteristics of RC beams strengthened with post-poured ultra high toughness cementitious composites[J]. Journal of Building Structures, 2011, 32(9): 115-122.
    [15] 徐世烺,王楠. 后浇UHTCC加固既有混凝土复合梁的弯曲控裂性能[J]. 中国公路学报,2011,24(3): 36-43. doi: 10.3969/j.issn.1001-7372.2011.03.006

    XU Shilang, WANG Nan. Flexural crack control performance of existing concrete composite beam reinforced by post-poured UHTCC[J]. China Journal of Highway and Transport, 2011, 24(3): 36-43. doi: 10.3969/j.issn.1001-7372.2011.03.006
    [16] WU C, LI V C. Thermal-mechanical behaviors of CFRP-ECC hybrid under elevated temperatures[J]. Composites Part B: Engineering, 2017, 110: 255-266. doi: 10.1016/j.compositesb.2016.11.037
    [17] 冯虎,刘光辉,毕永涛,等. 微细钢纤维快硬高强硫铝酸盐水泥砂浆与钢筋黏结性能研究[J]. 施工技术,2019,48(2): 121-125.

    FENG Hu, LIU Guanghui, BI Yongtao, et al. Bond properties between micro-steel-fiber reinforced fast hardening high strength sulphoaluminate cement mortar and steel bar[J]. Construction Technology, 2019, 48(2): 121-125.
    [18] 田俊. 超高韧性水泥基复合材料加固混凝土结构的界面力学性能与耐久性能研究[D]. 南京:东南大学,2017.
    [19] 张成龙,刘漪,张明. PP/PVA纤维增强硫铝酸盐水泥基快速修补材料试验研究[J]. 硅酸盐通报,2021,40(7): 2174-2183.

    ZHANG Chenglong, LIU Yi, ZHANG Ming. PP/PVA fiber reinforced sulphoaluminate cement-based rapid repair material[J]. Bulletin of the Chinese Ceramic Society, 2021, 40(7): 2174-2183.
    [20] 李文强. 纤维水泥基修补材料在桥墩冲刷破坏中的应用研究[D]. 成都:西南交通大学,2018.
    [21] 何欢,杨荣俊,文俊强,等. PVA纤维增强快硬硫铝酸盐水泥基ECC材料性能的研究[J]. 硅酸盐通报,2019,38(5): 1484-1490,1496.

    HE Huan, YANG Rongjun, WEN Junqiang, et al. Study on the rapid hardening sulphoaluminate-based engineered cementitious composites reinforced with PVA fiber[J]. Bulletin of the Chinese Ceramic Society, 2019, 38(5): 1484-1490,1496.
    [22] 中华人民共和国国家质量监督检验检疫总局,中国国家标准化管理委员会. 水泥胶砂流动度测定方法:GB/T 2419—2005[S]. 北京:中国标准出版社,2005.
    [23] 国家市场监督管理总局,国家标准化管理委员会. 水泥胶砂强度检验方法(ISO法): GB/T 17671—2021[S]. 北京:中国标准出版社,2021.
    [24] 蔡向荣. 超高韧性水泥基复合材料基本力学性能和应变硬化过程理论分析[D]. 大连:大连理工大学,2010.
    [25] 中国工程建设标准化协会. 纤维混凝土试验方法标准:CECS 13—2009[S]. 北京:中国计划出版社,2010.
    [26] CONG L, LI V, CHRISTOPHER K Y L. Flaw characterization and correlation with cracking strength in Engineered Cementitious Composites (ECC)[J]. Cement & Concrete Research, 2018, 107: 64-74.
    [27] 邓聚龙. 灰色控制系统[J]. 华中工学院学报,1982(3): 9-18.
    [28] QI Z F, HUANG Z Y, LI H, et al. Study of flexural response in strain hardening cementitious composites based on proposed parametric model[J]. Materials, 2018, 12(1): 113.1-113.14.
    [29] 李京坤,程进章,郭辉娟,等. 基于灰色关联度的超临界流体换热系数影响因素研究[J]. 湖北电力,2022,46(1): 58-64.

    LI Jingkun, CHENG Jinzhang, GUO Huijuan, et al. Study on influencing factors of supercritical fluid heat transfer coefficient based on grey correlation degree[J]. Hubei Electric Power, 2022, 46(1): 58-64.
    [30] 阴悦. 复合材料目视损伤检验影响因素的灰色关联分析[D]. 南京: 南京航空航天大学,2017.
    [31] 王建明. 多目标模糊识别优化决策理论与应用研究[D]. 大连: 大连理工大学,2004.
    [32] 周小川. 模糊层次分析法和灰色关联度在铁路方案决策中的应用[D]. 成都: 西南交通大学,2011.
    [33] 中华人民共和国住房和城乡建设部. 建筑砂浆基本性能试验方法标准:JGJ/T 70—2009[S]. 北京: 中国建筑工业出版社,2009.
  • 加载中
图(4) / 表(9)
计量
  • 文章访问数:  117
  • HTML全文浏览量:  66
  • PDF下载量:  29
  • 被引次数: 0
出版历程
  • 收稿日期:  2022-06-29
  • 修回日期:  2023-02-08
  • 网络出版日期:  2024-07-01

目录

    /

    返回文章
    返回