課題組在《Construction and Building Materials》發(fā)表高性能針織間隔結(jié)構(gòu)增強(qiáng)混凝土復(fù)合材料研究成果
文章概述
隨著低碳環(huán)保理念的全面貫徹，具有高強(qiáng)韌性、設(shè)計(jì)靈活性和耐久性的紡織結(jié)構(gòu)材料被廣泛作為混凝土增強(qiáng)結(jié)構(gòu)材料使用，已越來越多地應(yīng)用于土工建筑、交通運(yùn)輸?shù)让裼妙I(lǐng)域。但是，在現(xiàn)有常見紡織結(jié)構(gòu)材料中，應(yīng)用較多的玻璃/碳纖維格柵低密度織物脆性較大，在面臨外力沖擊時(shí)易造成結(jié)構(gòu)瞬時(shí)失效，在軍事前線掩體、防爆防震墻、防撞橋墩等需要高強(qiáng)高韌場(chǎng)合的加固仍具有較大局限性。
近日，江南大學(xué)紡織科學(xué)與工程學(xué)院/針織技術(shù)教育部工程研究中心研究團(tuán)隊(duì)結(jié)合針織技術(shù)與混凝土技術(shù)，以高強(qiáng)高模的芳綸復(fù)絲和高彈耐酸堿的尼龍單絲分別作為面層和間隔層，自主研制出了一種可工業(yè)化生產(chǎn)的新型針織間隔結(jié)構(gòu)水泥基復(fù)合材料（TRC）并進(jìn)行了關(guān)鍵技術(shù)研究，為有效拓寬該新型三維紡織材料在軍民兩用領(lǐng)域的應(yīng)用奠定了理論基礎(chǔ)。
本項(xiàng)工作中，研究人員通過準(zhǔn)靜態(tài)彎曲和動(dòng)態(tài)沖擊等測(cè)試手段，系統(tǒng)評(píng)估了正反面紗與間隔絲的用量對(duì)TRC整體力學(xué)性能的影響，并創(chuàng)新引入了一種非對(duì)稱三維結(jié)構(gòu)以進(jìn)一步提升材料的承彎承沖能力。此外，還利用micro-CT工業(yè)計(jì)算機(jī)斷層掃描技術(shù)觀察了TRC在準(zhǔn)靜態(tài)/動(dòng)態(tài)加載失效后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損傷形貌，揭示了該針織間隔織物的增強(qiáng)機(jī)理。研究表明，具有較大伸長率的針織間隔結(jié)構(gòu)可以有效抑制基體的脆性開裂并提升TRC塑性變形能力；TRC的力學(xué)性能與面紗/間隔絲用量成正比關(guān)系；面層從密到疏的梯度非對(duì)稱結(jié)構(gòu)可以更好地提升TRC的吸能效果；相較常規(guī)水泥板材，僅添加4.8%纖維體積含量的針織間隔織物的TRC抗彎和抗沖擊損傷容限分別提升了9.2倍和12.4倍。該研究彌補(bǔ)了高性能針織間隔織物在土工建筑領(lǐng)域中的理論空缺，為進(jìn)一步擴(kuò)大針織三維結(jié)構(gòu)材料應(yīng)用范圍提供了理論指導(dǎo)。
圖文導(dǎo)讀
圖1 針織間隔織物結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)示意圖
圖2 TRC彎曲性能測(cè)試結(jié)果
圖3 TRC彎曲試樣micro-CT掃描2D和3D圖像
圖4 TRC低速?zèng)_擊性能測(cè)試結(jié)果
上述研究以“Mechanical performance of cementitious composites reinforced with weft-knitted spacer fabrics under static flexural and impact loading”為論文標(biāo)題在線發(fā)表在土木工程領(lǐng)域頂級(jí)期刊《Construction and Building Materials》。江南大學(xué)針織中心2020級(jí)碩士研究生馬曉濤為論文第一作者；江南大學(xué)針織中心馬丕波教授和董智佳副教授為論文共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學(xué)基金（11972172）、中央高校基本科研業(yè)務(wù)費(fèi)（JUSRP62005）、江蘇省高等學(xué)校重點(diǎn)學(xué)科建設(shè)項(xiàng)目（PAP）資助。全文鏈接為：https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.131376。