ECC拉伸性能与弯曲性能的试验研究

设计了10组ECC试件,并进行了哑铃型单轴拉伸和薄板四点弯曲试验,研究了粉煤灰掺量、水胶比和PVA纤维体积率对ECC拉伸性能与弯曲性能的影响。结果表明,增加粉煤灰掺量,ECC试件抗拉强度和抗弯强度均先增大后减小,当粉煤灰掺量为1.2时,ECC的受拉应变-硬化特性最明显,极限拉应变可稳定达到4.7%以上;增大水胶比,ECC的抗拉强度和抗弯强度降低,但极限拉应变增大且受拉应变-硬化特性明显;增大PVA体积率可明显提高ECC的抗拉强度、极限拉应变和抗弯强度。     

低干燥收缩性能的工程水泥基复合材料配合比研究

为了降低传统工程水泥基复合材料(ECC)的干燥收缩应变,减小混凝土与ECC之间的收缩差异,首先确定水胶比和砂胶比,使得ECC的尺寸变化率与混凝土变形协调;其次,基于正交法研究粉煤灰掺量、矿粉掺量和PVA纤维掺量对ECC干燥收缩率的影响,进一步优化干燥收缩值。最后,研究该配合比ECC的拉、压、弯性能,以保证结构构件的力学性能。结果表明：ECC的收缩应变随着水胶比和砂胶比的增加而增大,且水胶比对干燥收缩的影响远大于砂胶比;另外,随着粉煤灰掺量、矿粉掺量和PVA纤维掺量的增加而减小,其中粉煤灰对干燥收缩的抑制效果最佳,矿粉次之,PVA纤维对其影响最小。低干缩ECC的抗压强度达44.5 MPa以上,抗拉和抗弯强度分别超过2.5,10 MPa,极限拉应变稳定超过3%。     

基于正交试验的UHTCC配合比设计

利用正交试验设计了9组不同配合比的超高韧性水泥基复合材料,通过直拉与弯拉试验,研究了水胶比、粉煤灰掺量、纤维体积掺量对极限拉应力、拉应变、弯拉应力和跨中挠度的影响。结果表明:PVA纤维明显提高了UHTCC的抗拉性能及抗弯性能;纤维体积掺量对7 d极限拉应变和28 d极限拉应力、拉应变均有显著影响,极限拉应力、拉应变总体上随着纤维体积掺量的增大而增大,水胶比对7 d极限拉应变影响显著,粉煤灰掺量对极限拉应力、拉应变的影响较小;水胶比和纤维体积掺量对7 d极限弯拉应力均有显著影响,粉煤灰掺量和纤维体积掺量对28 d极限弯拉应力有显著影响,水胶比和纤维体积掺量对7 d极限跨中挠度影响极其显著,对28 d极限跨中挠度有一定影响;通过综合分析确定了既保证强度又具有高延性的UHTCC的最优配合比。     

工程纤维增强水泥基复合材料PVA-ECC单轴受拉性能研究

通过对工程纤维增强水泥基复合材料PVA-ECC的单轴受拉强度和变形特性试验,研究PVA纤维体积率、水胶比与砂胶比对ECC抗拉性能的影响,研究结果表明,随着PVA纤维体积掺量的增加,ECC的抗拉强度与极限拉应变明显增大,其受拉应变-硬化特性也越明显;水胶比增大,PVA-ECC的抗拉强度降低,但极限拉应变增大且可明显改善其受拉应变硬化特性;砂胶比为0.36时,PVA-ECC的极限拉应变最大,继续增大砂胶比,将不利于PVA-ECC受拉应变-硬化特性的发挥。     

混掺精细钢纤维/PVA纤维水泥基复合材料力学性能试验研究

对混掺聚乙烯醇纤维(PVA)与12 mm两端直勾型精细钢纤维的水泥基复合材料进行立方体抗压和哑铃试件轴向拉伸试验,分析纤维掺量对混掺纤维水泥基复合材料抗压、抗拉强度和韧性的影响规律。结果表明:混掺精细钢纤维可以提高水泥基复合材料的立方体抗压强度、抗拉强度和韧性;随着精细钢纤维的增加,其抗压强度、抗拉强度和极限拉应变呈先增大后降低的趋势,当精细钢纤维掺量为1.2%时,28 d立方体抗压强度平均值比单掺PVA纤维提高了61.9%;当精细钢纤维掺量为0.8%时,28 d抗拉强度和极限拉应变分别比单掺PVA纤维提高了56.9%和240%。     

高延性纤维增强水泥基复合材料力学性能试验研究

高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC)是一种高韧性延性土木工程材料,通过对13组288个ECC试件进行单轴抗压、劈裂抗拉及四点弯曲等试验,分析聚乙烯醇纤维(PVA)掺量、水胶比及粉煤灰掺量对ECC力学性能的影响规律。研究表明:水胶比及粉煤灰掺量是影响其抗压强度的主要因素,增加PVA掺量,ECC抗压强度变化较小,峰值应变值及极限应变值明显提高,峰值后延性较好;随着水胶比增加,ECC抗拉强度及抗弯强度降低,增加PVA掺量可明显提高抗拉及抗弯强度,PVA掺量为2.0%的ECC抗拉强度较基体提高53%,抗弯强度及弯曲韧度系数分别是相应基体的2.8倍及7倍,ECC在各种破坏荷载作用下可保持良好的整体性,未发生脆性破坏。     

SMA/PVA混杂纤维增强水泥基复合材料拉伸性能

为研究形状记忆合金（SMA）/聚乙烯醇（PVA）混杂纤维增强水泥基复合材料（SMA/PVA-ECC）的拉伸性能,开展单轴拉伸试验,分析了SMA/PVA-ECC试件的破坏现象、应力-应变曲线及特征参数,比较了SMA纤维掺量及其直径对试件拉伸性能的影响.结果表明：SMA/PVA-ECC试件卸载后残余裂缝宽度显著减小;SMA纤维掺量及其直径对试件拉伸性能影响显著,当SMA纤维直径为0.2 mm、掺量为0.2%时,试件综合拉伸性能最好,其初裂强度、极限拉伸应力及应变较工程水泥基复合材料（ECC）试件分别提高56.4%、23.6%及13.4%.     

PVA纤维增强水泥基复合材料拉伸性能的影响因素研究

通过聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料（PVA-ECC）轴向拉伸试验,研究了水胶比、PVA纤维掺量、砂的种类和级配对PVA-ECC拉伸性能的影响,并利用扫描电镜（SEM）分析了砂种类和级配的影响机理。结果表明：当水胶比在0.28～0.34范围内时,PVA-ECC的极限拉应变随水胶比的增大而降低,当水胶比由0.28增至0.32时,PVAECC的极限拉应变仍大于3.0%,而当水胶比达到0.34时,PVA-ECC的极限拉应变小于3.0%;随着PVA纤维掺量的增加,PVA-ECC的极限抗拉强度增大,但极限拉应变呈先减小后增大的趋势;砂的种类和级配对PVA-ECC的拉伸性能有影响,选择粒径为0.075～0.150 mm的石英砂作为PVA-ECC的细骨料对PVA-ECC的拉伸性能最有利。     

橡胶粉改性高延性水泥基复合材料纤维优化研究

将废旧轮胎回收得到的橡胶粉与纤维增强水泥基复合材料（ECC）结合,可以得到绿色环保、性能优异的橡胶粉ECC。文章研究了国产PVA、PE和PP三种纤维对橡胶粉ECC轴向拉伸性能的影响,并探讨了不同橡胶粉粒径、养护环境和养护龄期下ECC的基本力学性能。结果表明：掺入PE纤维的橡胶粉PE-ECC增韧效果最好,其极限拉应力可达到6.97 MPa,极限拉应变最高接近6%。橡胶粉粒径为0.2～0.9 mm时,橡胶粉PE-ECC均表现出明显的受拉应变硬化现象,其极限拉应变稳定在3.2%左右,且粒径越大,极限抗拉强度越小。在同一养护条件和养护龄期下,随着橡胶粉粒径减小,ECC的立方体抗压强度逐渐削弱,粒径0.3 mm的橡胶粉对PE纤维与水泥基体的锚固及拉伸性能影响相对较小。此外,掺入橡胶粉的PE-ECC韧性及能量吸收能力更优,其弯曲韧性指数由普通PE-ECC的20.94提高至25.33,且变形能力显著增强。     

华南地区湿热环境下工程水泥基复合材料配合比优化及抗压尺寸效应研究

为探究春夏季平均相对湿度80%、日间平均气温30℃以上的华南地区湿热环境下工程水泥基复合材料（ECC）的合理使用配比及抗压尺寸效应，以粉煤灰、聚乙烯醇（PVA）纤维、养护环境和试件尺寸为基本参数，对2类9组共108个ECC材性试件进行破坏试验。通过分析不同因素对ECC抗压、抗折和劈裂抗拉强度的影响规律，得到适于华南湿热环境的ECC合理使用配合比及其抗压尺寸效应系数。结果表明：华南自然湿热养护环境下，ECC的抗压、抗折和劈裂抗拉强度主要由PVA纤维控制，增加胶凝材料中粉煤灰掺量有利于改善ECC的抗折性能，但不利于提高其抗拉强度，粉煤灰掺量为35%、PVA纤维掺量为1.0%的ECC抗压、抗折和劈裂抗拉性能综合最；标准养护、湿热养护、温水养护条件下立方体抗压强度尺寸效应的平均系数为f_cu70.7∶f_cu100∶f_cu150=0.93∶1.00∶0.78,轴心抗压强度尺寸效应的平均系数为f_c70.7∶f_c100∶f_c150=0.96∶1.00∶0.93;温湿度对横...     

天然纤维增强水泥基材料轴拉性能试验研究

工程水泥基复合材料(简称ECC)能改善普通混凝土脆性、耐久性差的问题,但聚乙烯醇(PVA)纤维的较高价格,一定程度上局限了ECC的推广应用。本文主要从天然纤维入手,研究体积掺量为2%竹原、苎麻、剑麻、大麻这四种纤维组成的水泥基材料的轴拉性能,将四种纤维分别以干铺和湿铺两种方式,采用哑铃型试件做单轴拉伸试验。试验结果表明,四种纤维在所选取的配比范围内,在拉伸荷载作用下应力-应变关系可分为弹性上升阶段、应变硬化阶段和应变软化阶段,且均能实现应变硬化与多缝开裂,极限拉应变最大可达3.5%。     

PVA纤维直径对水泥基复合材料抗拉性能的影响

研究了由2种性能相似、直径不同的聚乙烯醇(PVA)纤维增强的水泥基复合材料的单轴抗拉性能.试验结果表明:材料抗拉性能受纤维直径影响显著,在基材配比、纤维掺量均相同时,采用直径较大(d_f=39μm)PVA纤维的复合可获得应变硬化与多点开裂模式,其极限抗拉应变可达到2.6%;而采用直径较小(d_f=15μm)PVA纤维的复合材料却表现出明显的应变软化与单点开裂模式,其极限抗拉应变仅为0.1%左右;当采用细PVA纤维时,复合材料的抗拉强度有所提高;其主要原因是纤维的粗细影响了纤维的桥接应力.保证纤维从水泥石中拔出而非断裂是优化纤维桥接性能的基本条件.     

ECC高性能纤维增强水泥基材料及其应用

ECC是Engineered Cementitious Composites的简称,是一种具有超强韧性的乱向分布短纤维增强水泥基复合材料。ECC是一种经细观力学设计的先进材料,具有应变-硬化特性,在纤维体积掺量为2%左右的情况下,其极限拉应变通常能达到3%以上。ECC具有的优良特性使其能广泛应用于土木工程的众多领域。     

工程水泥基复合材料的现状分析及应用

工程水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,简称ECC)是一种经细观力学设计的纤维增强水泥基复合材料。与普通混凝土相比,ECC具有超高的韧性,在荷载作用下具有多缝开裂和应变-硬化特性,极限拉应变也能达到3%以上。因此,ECC在结构工程中有着广泛的应用。本文将系统介绍ECC的变形及强度特点、耐久性、应用现状以及其所存在的不足与对未来的展望。     

氧化石墨烯改性纤维增强水泥基材料的拉伸性能

为了提高聚乙烯醇（PVA）纤维增强水泥基材料的力学性能,将氧化石墨烯（GO）引入PVA纤维增强水泥基材料中,探究GO掺量在0%~0.05%范围内对材料单轴拉伸性能的影响.结果表明：掺入适量的GO能够有效提高材料的单轴拉伸性能,当GO掺量为0.01%时,28 d时材料的初裂拉伸强度、极限拉伸强度和极限拉伸应变均达到最大值,与未掺GO的对照组相比分别提高了26.97%、31.28%、23.25%;适量的GO可以优化孔隙结构,减少材料内部缺陷,促进水化产物的生成,使微观结构致密化,增强纤维和基体间的界面结合力,从而改善PVA纤维增强水泥基材料的宏观性能.     

箍筋约束ECC轴心受压性能试验研究

为研究箍筋约束工程纤维增强水泥基复合材料(ECC)的受压性能,对12组共36个箍筋约束的配筋ECC圆形截面短柱进行了轴心受压试验,分析了箍筋屈服强度和间距、ECC强度与PVA纤维体积掺量对约束ECC应力-应变曲线的影响。结果表明：试件的破坏形态均为纵筋压屈、核心ECC压碎,由于PVA纤维的桥接作用,提高了柱的整体性,保护层ECC外鼓但并未剥落;提高箍筋屈服强度、减小约束箍筋间距、采用低强度ECC及增加PVA纤维体积掺量,约束ECC应力-应变曲线的下降段较为平缓,短柱的延性得到改善,相对于较强的箍筋约束作用,PVA纤维对约束ECC变形的影响则较小。基于试验结果的分析,提出了考虑有效约束指标与PVA纤维体积掺量的箍筋约束ECC峰值应力及其对应应变计算式,建立了约束ECC应力-应变全曲线方程,计算曲线与实测曲线吻合较好。     

PVA-ECC的弯曲韧性方板法试验研究

主要研究了PVA纤维体积掺量对纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)弯曲韧性的影响,对PVC纤维体积掺量分别为0%,0.5%,1.0%,1.5%,2.0%的PVA-ECC试件的抗压强度和方板法弯曲性能等进行试验研究,分析了PVA纤维在ECC中的作用机理,并对PVA-ECC方板进行能量评价。结果表明:PVA纤维体积掺量的改变对ECC材料的抗压强度影响甚微,PVA纤维体积掺量的增加对方板法弯曲韧性试验中ECC试件的初裂荷载影响不大,但峰值荷载有明显的提高,跨中挠度增加明显且裂缝宽度减小;PVA-ECC方板弯曲韧性随PVA纤维体积掺量增大而提高且体积掺量为2.0%时增韧的效果最佳。     

大坝改性PVA纤维混凝土的性能试验研究

结合溪洛渡水电站大坝工程,进行改性PVA纤维混凝土的性能试验研究。试验结果表明:适量增加外加剂掺量,改性PVA纤维混凝土可保持良好的拌合物性能。掺改性PVA纤维能有效提高混凝土的早期抗压强度、劈拉强度和极限拉伸值,减小混凝土的干缩率及自生体积收缩变形,显著提高大坝混凝土的抗裂安全系数,改善混凝土的抗裂性,其增强效果在工程应用中也得到验证,试验结果可为其他工程提供技术参考。     

工程水泥基复合材料受压性能及应力-应变关系研究

通过对5组工程水泥基复合材料(ECC)棱柱体试件及1组水泥砂浆基体试件进行单轴受压试验,研究了聚乙烯醇(PVA)纤维体积掺量、水胶比对ECC棱柱体抗压性能的影响规律以及ECC受压应力-应变全曲线特性。试验结果表明:PVA纤维体积掺量的变化对ECC棱柱体抗压强度影响不大; ECC棱柱体抗压强度随着水胶比降低而增大; ECC棱柱体弹性模量随其抗压强度提高而逐渐增大; PVA纤维体积掺量、水胶比对ECC棱柱体泊松比影响不大,且试验得到ECC棱柱体泊松比平均值为0. 27。根据对ECC受压应力-应变试验全曲线进行特征分析,提出ECC轴心受压应力-应变关系模型,并将模型与试验结果对比,验证该模型的准确性。     

ECC增强混凝土构件研究综述

工程水泥基复合材料(engineered cementitious composite,ECC)是经系统的微观力学设计,在拉伸和剪切荷载下呈现高延展性的一种纤维增强水泥基复合材料。研究表明,ECC具有应变-硬化特性,在力学、安全方面具有优于普通纤维增强混凝土的特殊性能。ECC受拉破坏时的极限拉应变是普通混凝土的近500倍,具有极强的韧性并对裂缝起到了一定的控制作用,可以极大地提高结构的安全性和耐久性。经四点弯曲试验,研究人员得出ECC极限挠度高达普通混凝土的40倍。此外,ECC材料的抗冻融循环和抗收缩性能也十分优异。这些突出的力学性能使得近年来该材料在实际工程设计和施工中得到了越来越广泛的运用。