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要道词：玄武岩纤维；海水海砂地聚物复合材料；抗拉行径；增韧机制；本构模子
DOI:10.1016/j.compositesb.2025.113290
论文速递
本议论开发了玄武岩纤维增强海水海砂地质聚合物复合材料（BFRGC），通过单轴拉伸考研、数字图像相关（DIC）和扫描电子显微镜（SEM）等本领，系统探究了不同玄武岩纤维（BF）含量（0–1.2 vol%）对材料拉伸性能、多范例毁伤演化及增韧机理的影响，并与碳纤维（CF）、聚乙烯醇（PVA）纤维的增强终结对比；发现 BF 通过强界面褪色与裂纹偏转主导峰前毁伤进程，而非传统纤维的裂后桥接，当 BF 含量为 1.2 vol% 时终结最优，拉伸强度、极限应变和断裂能阔别较无纤维对照组普及 119%、104% 和 349%，且竖立了能准确推断不同纤维含量下 BFRGC 全范畴拉伸行径的融合本构模子，为其海洋工程应用提供表面支抓。
伸开剩余86%议论布景
地聚物材料中枢上风：地聚物是通过碱激活矿渣等工业副产物变成的低碳胶凝材料，具有三维铝硅酸盐网络结构。其具备优异的力学性能、缜密的微不雅结构，且耐高温、抗化学腐蚀，在对经久性要求高的海洋工程等基础智力规模领有权贵应用后劲。
海水海砂制备的可抓续价值：接受海水和海砂制备地聚物复合材料，为沿海斥地及偏远岛屿地区提供了可抓续的建材处理决议。这类复合材料在恒久海水走漏后，强度保留率优于正常水泥基复合材料，更契合海洋工程的环保与可抓续发展需求。
现关联键问题：地聚物具有类陶瓷特色，存在权贵的固有脆性，这一劣势甩掉了其工程可靠性和应用范畴。纤维增强是改善地聚物高脆性、低韧性的灵验妙技，但不同纤维在高氯等海洋执戟环境中靠近各自挑战，如钢纤维易腐蚀、聚合物纤维能耗高或易降解、碳纤维资本高。
玄武岩纤维（BF）的超过上风：玄武岩纤维是通过自然玄武岩高温熔融、高速拉丝制成的无机纤维，具有低碳踪影、抗氯腐蚀、抗紫外线能力强以及原料储量丰富等上风，比较其他纤维更适配海洋工程场景，在建筑材料规模受到越来越多的鄙吝。
已有议论基础：已有议论证据，玄武岩纤维对水泥基和地聚物复合材料具有权贵的增强改性终结，能普及材料宏不雅力学性能，在高温、盐溶液等顶点环境下褂讪性精熟，其增强作用源于微不雅层面的协同机制，包括改善界面结构、促进凝胶生成等。
议论缺口与本议论地点：现有议论尚未系统探究玄武岩纤维在海水海砂地聚物复合材料中的拉伸行径与毁伤演化规章，对其多范例增韧机理的议论不及，且衰退适配不同纤维含量的拉伸本构模子。本议论旨在填补这些缺口，探究不同玄武岩纤维含量对材料拉伸性能的影响，揭示增韧机理，竖立融合本构模子，为该材料的海洋工程应用提供表面支抓。
议论递次
考研材料
采用了粉煤灰（FA）和磨细高炉矿渣（GBFS）行动先行者材料，按照质地比1:1混杂。东谈主工海水行动混杂水，自然海砂行动细骨料。使用了四种短纤维，包括两种玄武岩纤维（BF和bF）、碳纤维（CF）和聚乙烯醇（PVA）纤维。
考研递次
单轴拉伸考研：通过单轴拉伸考研，褪色数字图像相关（DIC）和扫描电子显微镜（SEM）本领，定量分析了不同BF含量（0-1.2 vol%）对复合材料性能的影响，并与碳纤维（CF）和聚乙烯醇（PVA）纤维的增强终结进行了比较。
毁伤演化分析：通过DIC本领监测裂纹的扩张进程，分析不同纤维在毁伤进程中的作用机制。
微不雅结构分析：愚弄SEM本领不雅察断裂名义的微不雅结构，揭示纤维与基体之间的界面相互作用和毁伤模式。
磋谈论断
芜杂模式：悉数试件均呈现脆性断裂特征，断裂时变成单一主裂纹， fracture surface 较平整且垂直于加载轴，未出现彰着延性贯通。纤维（包括不同含量的 BF 及 CF、PVA 纤维）未转换材料脆性断裂的本体，中枢作用是通过变成三维钉扎网络扼制微裂纹萌发与扩张，提高临界裂纹变成的能量阈值，而非提供裂后延性，使材料贯通为强度增强的准均质材料。
拉伸应力 - 应变弧线特征：悉数纤维增强地聚物复合材料（FRGC）的应力 - 应变弧线均呈现准脆性响应，可分为线性弹性、非线性强化、突发芜杂三阶段。与对照组比较，BF 的加入使弧线非线性段更权贵，且 BF 含量越高，非线性段越长，标明材料摄取能量能力越强；斟酌含量（0.6vol%）下，BF、bF、CF 组弧线形状邻近，PVA 组非线性段更延长，响应出不同纤维与地聚物基体的相互作用各异。
要道力学性能筹谋
拉伸强度：BF 含量对强度影响呈非单调趋势，0.3vol% 至 0.6vol% 上涨、0.9vol% 因纤维团员略有下落、1.2vol% 达峰值 3.84MPa（较对照组普及 119%）；0.6vol% 含量下，bF 强度最优（3.86MPa），BF、CF、PVA 按次递减。
极限应变：随 BF 含量加多全体上涨，1.2vol% 组达 600.8με（较对照组普及 104%）；0.6vol% 含量下，PVA 组应变能力最优（468.95με），权贵高于 BF 和 CF 组。
断裂能：随 BF 含量抓续增长，1.2vol% 组达 1481.76J/m³（较对照组普及 349%）；0.6vol% 含量下，bF 和 PVA 组断裂能阔别为 856.51J/m³、815.87J/m³，优于 BF 和 CF 组。
DIC 应变场分析：对照组应变汇注彰着，裂纹呈单沿旅途快速扩张；FRGCs 应变场更均匀，毁伤区更等闲。BF 含量越高，应变分散终结越权贵，1.2vol% 组微裂纹漫衍更广，纤维变成缜密应力传递网络，灵验分散荷载；不同纤维类型中，PVA 组毁伤进程区最宽（源于自己高延性），BF、bF、CF 组以裂纹偏转为主，其中 bF 组裂纹偏转更权贵，与更高的断裂能一致。
微不雅作用机制（SEM 分析）
BF 组：主要通过界面脱粘、摩擦耗能增韧，低含量时候散均匀，1.2vol% 时变成三维纤维网络但存在局部团员，强界面褪色促进裂纹偏转。
bF 组：纤维直径更大，界面褪色更强，裂纹呈 Z 形偏转，耗能权贵，是 0.6vol% 含量下强度最优的原因。
CF 组：纤维名义光滑、化学惰性，界面褪色较弱，脱粘孔隙多，甩掉了增韧效劳。
PVA 组：纤维发生颈缩与延性断裂，通过自己塑性变形耗能，是其应变能力最优的中枢境制。
要道问题
问题1：玄武岩纤维（BF）在海水和海砂地质聚合物复合材料中的增强机制是什么？
玄武岩纤维（BF）在海水和海砂地质聚合物复合材料中的增强机制主要通过扼制微裂纹的肇端和传播来已毕。具体来说，BF的加入权贵提高了复合材料的拉伸强度、极限应变和断裂能量。BF在预峰毁伤进程中起主导作用，转换了传统的裂纹桥接机制，通过变成激烈的三维网络来扼制微裂纹的扩张。这种机制使得材料在达到峰值应力之前概况摄取更多的能量，从而延长了非线性阶段，权贵提高了材料的能量阈值。此外，SEM分析自满，BF在高含量下会出现纤维聚积风物，导致强度呈现非单调趋势，但总体上BF-0.6%贯通出最强的界面键合，促进了灵验的裂纹偏转。
问题2：数字图像相关（DIC）本领在监测复合材料裂纹扩张进程中起到了什么作用？
数字图像相关（DIC）本领在监测复合材料裂纹扩张进程中起到了要道作用。通过DIC本领，议论东谈主员概况及时追踪和分析复合材料在拉伸进程中的变形和裂纹扩张情况。在加载进程中，DIC录像机以每秒1帧的速率记载裂纹在指定测试区域的演变，生成的图像经过处理和分析后，不错获取应变场漫衍和裂纹扩张速率等要道参数。这些数据匡助议论东谈主员定量评估不同纤维类型和含量对复合材料毁伤进程的影响，揭示了纤维在扼制微裂纹扩张和提高材料韧性方面的作用机制。举例，DIC分析自满，BF-0.6%的复合材料在裂纹扩张进程中贯通出更等闲的毁伤区域和更均匀的应变场漫衍，标明纤维的加入权贵延伸了应变局部化，促进了毁伤扩散。
问题3：本文提倡的融合本构模子若何推断不同纤维含量下的拉伸行径？
本文提倡的融合本构模子通过分段函数局势刻画了玄武岩纤维增强海水和海砂地质聚合物复合材料的单轴拉伸应力-应变关系。该模子分为两个部分：当应变小于就是1时，模子接受非线性弹性段和预峰非线性段来刻画材料的变形行径；当应变大于1时，模子接受一个分段函数来刻画材料在峰值应力之后的软化行径。为了提高模子的推断能力，模子参数（如最终拉伸强度、最终拉伸应变、上涨段体式参数和下落段体式参数）通过实验数据拟合获取，并进一步竖立了这些参数与纤维体积分数（Vf）之间的数学关系。通过两步考据递次，领先使用实验测得的峰值应力和应变行动锚点生成校准推断弧线，然后使用表面参数生成表面推断弧线，终结标明该模子概况高精度地再执行验数据，并具有合理的推断能力，适用于不同纤维含量的复合材料拉伸行径推断。
回归与补充
本文系统议论了玄武岩纤维增强的海水和海砂地质聚合物复合材料的拉伸行径和多范例增强机制。议论发现，BF的引入主要通过扼制微裂纹的肇端和传播来权贵提高复合材料的拉伸强度、极限应变和断裂能量。提倡的融合本构模子概况准确推断不同纤维含量下的拉伸行径天元证券_交易指令流转机制与实盘执行流程说明，为BFRGCs的性能评估和结构狡计提供了可靠的表面支抓。翌日的议论应进一步评估BFRGCs在恒久复杂环境条目下的经久性。
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