超低温作用对超高韧性水泥基复合材料抗弯性能的影响

超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)作为一种具有良好力学性能和耐久性能的新型复合材料,弯曲韧性是评价其力学性能的重要指标。为探究UHTCC材料在超低温环境下的抗弯性能,设计了5组不同纤维体积掺量的UHTCC新材料,经过深冷处理后进行四点弯曲试验,对其进行等效强度分析,提出一种适用于超低温作用后的韧性评价方式,为UHTCC在超低温领域的广泛应用提供理论基础和技术支持。研究结果表明：超低温作用后UHTCC的弯拉强度显著提升,当温度降低至-160℃,UHTCC的弯拉强度最大可提升67.67%,但表现出明显的脆性;超低温环境下1.5vol%UHTCC的强度及韧性性能提升效果最佳,但超出最优掺量后,UHTCC的性能反而略微降低。     

超高韧性水泥基复合材料自愈合研究进展

在总结了最近几年国内外相关研究进展的基础上,对超高韧性水泥基复合材料(ECC)及裂缝自愈合进行了综述。着重介绍了裂缝自愈合的最大允许宽度限值以及自愈合机制。提出利用ECC所独具的对裂缝宽度的可控性及紧密细小的微裂纹、较低的水胶比及矿物掺合料的二次水化效应可实现其良好的自愈合特性。最后指出该研究领域所面临的挑战及今后的研究方向,为ECC裂缝自愈合的研究提供有价值的理论参考。     

粉煤灰细度对超高韧性水泥基复合材料性能的影响

为了探究粉煤灰细度对超高韧性水泥基复合材料(ECC)性能的影响,设计对比三组由不同细度粉煤灰制作的ECC试件的抗拉及抗压试验性能,并进行了灰色关联度分析。结果表明:ECC的拉伸应变与粉煤灰细度之间不呈简单的线性关系;对于ECC的抗压强度,其主导因素并非是粉煤灰的细度,而是粉煤灰的活性。在特定条件下,通过改变粉煤灰的细度,可以在不影响基体强度的情况下改善ECC的延性。     

钢筋增强超高韧性水泥基复合材料(RUHTCC)梁弯曲性能影响的几何参数分析

具有超高韧性新型随机PVA短纤维增强的水泥基复合材料(UHTCC)代替传统的具有准脆性应力软化特征的混凝土或纤维混凝土材料制作的钢筋(RUHTCC)受弯梁,可提高承载力,改善构件的延性,并具有良好的损伤演变能力,被认为是一种抗震性能较好的新型构件形式。除了配筋率和UHTCC拉压材料性能外,截面几何尺寸是影响其弯曲性能的一个重要因素。基于受弯理论分析和试验验证,采用该理论公式对截面几何尺寸(截面高度、宽度以及面积)的影响规律进行了系列分析。结果发现:对承载力,梁高度比宽度影响明显,而对承载力提高幅度和变形而言,随梁高的增加而减小,梁宽没有影响;对裂缝控制来说,只要梁下边缘的极限拉应变小于UHTCC材料的极限拉应变,截面尺寸的变化几乎不影响裂缝宽度的大小。并进一步针对RUHTCC梁的受弯设计提出了一些设计建议。     

聚乙烯纤维制备超高延性水泥基复合材料的试验研究

为进一步提升高性能水泥基复合材料的拉伸能力,研制了以短切超高分子量聚乙烯纤维作为增强材料,以水泥砂浆为基体的超高延性水泥基复合材料(Ultra-high ductility cementitious composites, UHDCC)。本研究通过直接拉伸、单轴抗压及三点弯曲梁试验研究了UHDCC的基本力学性能。直拉试验表明,UHDCC具有优异的应变硬化和多重裂缝开裂性能。在极限状态下,UHDCC的裂纹间距小于2 mm,最大平均裂纹宽度小于200 μm;材料的平均抗拉强度为7.28 MPa,峰值强度处的平均拉伸应变达到12%,最大拉伸应变达到13%以上,具有超高的拉伸延性。轴压试验表明,超过峰值强度后,UHDCC在80%和60%的抗压峰值强度处的应变分别约为2.8%和7.0%,说明材料具有强大的受压变形能力。材料的弯曲韧性指数I10、I30、I50、I60分别为10.1、33.1、54.4、65.6,表明UHDCC具有优异的弯曲变形能力。此外,三点弯曲缺口梁和单裂缝试验结果表明,UHDCC的超高延性源于聚乙烯纤维超高的裂缝桥接能力。     

超高韧性水泥基复合材料加固混凝土三点弯曲梁断裂过程的研究

该文利用超高韧性水泥基复合材料(UFHTCC)所具备的较好的裂缝控制能力、较高的耗能能力、耐腐蚀性以及与混凝土之间良好的粘结性能,将其浇注在混凝土三点弯曲梁的受拉面,对加固后的混凝土三点弯曲梁的断裂过程进行了研究.首先由界面变形一致的假定,忽略了UHTCC未开裂区域的弹性变形,提出了UHTCC总裂缝宽度Wu的确定方法,...     

低成本PVA纤维对超高韧性水泥基复合材料力学性能的影响

超高韧性纤维增强水泥基复合材料（ECC）因其出色的高韧性及多缝开裂特性备受关注,然而一直以来因配比中进口PVA纤维的使用导致高昂的价格限制了其在工程中的大规模应用。为了进一步降低成本及实现原材料的本土化,研究低成本国产PVA纤维对ECC力学性能的影响十分必要。通过单轴拉伸、压缩、三点抗弯及单裂缝拉伸等宏观、细观试验研究两种国产低成本PVA-ECC的力学性能,并借助纤维分散性试验及SEM,探讨纤维的分散等微观特征。结果表明,低成本国产纤维在基体中具有良好的分散性,尽管其纤维桥接余能、最大桥接应力及PSH指数低于进口纤维,但均能满足能量与强度准则,即便相对较差的纤维A试件的3 d、7 d及28 d的极限拉伸应变也可达到2.52%、3.34%及3.08%,可实现良好的应力硬化行为及饱和多缝开裂特性,满足ECC的使用要求。     

超高韧性水泥基复合材料碳化与渗透性能试验研究

对超高韧性水泥基复合材料(UHTCC) 进行了快速碳化、预裂后的快速碳化、渗透性、快速氯离子渗透试验及自由氯离子含量测定, 研究了不同龄期UHTCC 的抗碳化性能和渗透性能。试验结果表明, 在无裂缝状态下, UHTCC 的抗碳化性能与同强度普通混凝土相当, 但在相同荷载预裂后, UHTCC 裂缝处的碳化深度仅为对比混凝土的30 %～40 %; UHTCC 抗渗性能优于同强度普通混凝土, 且随着龄期增长优势更明显, 56 天龄期的渗透系数约为对比混凝土的35 %; 快速氯离子试验和自由氯离子含量测定得到的氯离子渗透系数均表明, UHTCC 具有明显优于普通混凝土的抵抗氯离子渗透性能。      

超高韧性水泥基复合材料疲劳裂缝扩展公式的理论与试验研究

该文基于Paris公式,对具有应变硬化和多缝开裂特征的超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)的疲劳裂缝扩展理论进行了理论研究,并通过试验进行验证。研究表明,Paris公式适用于UHTCC。其中：裂缝扩展参数由裂缝面积扩展A表示;与之相应,使用复合断裂能增长量#x00394;J代替应力强度因子变化量#x00394;K。基于试验,该文求出UHTCC的疲劳裂缝扩展门槛值,即当疲劳过程中的断裂能幅值#x00394;J小于某一临界值#x00394;Jth时,疲劳裂缝不扩展。在疲劳过程中,UHTCC的裂缝覆盖面积随疲劳过程呈三阶段线性发展,与疲劳变形的发展趋势一致。UHTCC的疲劳裂缝扩展随疲劳最大荷载与荷载幅值的增大而加速发展。     

不同纤维掺量下聚乙烯醇纤维增强工程水泥复合材料梁剪切韧性试验

为研究聚乙烯醇纤维增强工程水泥复合材料（PVA/ECC）无腹筋梁的剪切韧性,基于5组PVA/ECC梁受剪破坏试验结果,以剪切韧性指数和斜裂缝综合指数为指标,对不同纤维掺量下PVA/ECC梁的斜截面剪切韧性进行了研究与评价。结果表明:PVA纤维的掺入能改善梁的开裂性能,明显提高梁受荷全过程的变形能力及斜截面承载力,从而提高构件的剪切韧性;PVA纤维体积分数在0~2vol%范围内时,其值越大,加载过程中消耗的能量越多,斜截面抗剪承载力越高,破坏之前的总变形越大,梁的剪切韧性越好。      

拉伸应变硬化UHTCC材料的弯曲变形分析

该文依据弯矩．面积方法给出了弯曲变形计算的理论闭合解,结合所完成的不同厚度超高韧性水泥基复合材料试件的四点弯曲试验结果,计算了弯矩．曲率曲线、荷载．挠度曲线,通过与挠度简化计算公式及试验结果对比分析了理论公式的可行性。结果表明：基于闭合解得到的结果与试验实测值吻合最好,最大误差不超过5％,且试件厚度对变形计算基本没有影...     

Toughness enhancement and equivalent initial fracture toughness of cementitious composite reinforced with aligned steel fibres

Based on theoretical analysis and numerical simulation, the impact of steel fibres on the stress intensity factor (SIF) at the crack tip for cementitious composite was studied. The enhanced toughness of steel fibre reinforced cementitious composite (SFRC) in resisting cracks was explained by the decrement of SIF caused by steel fibre inclusions at the crack tip of the composite. The equivalent initial fracture toughness was used to characterize the crack initiation of SFRC. A simplified method for determining the of SFRC was proposed based on a linear regression method. Fracture tests were conducted on three‐point bending notched beams with different steel fibre volume fractions and specimen sizes to study the crack initiation behaviour of aligned steel fibre reinforced cementitious composite (ASFRC). of ASFRC was calculated, and the size effect of was analysed. The results showed that slightly increased with the steel fibre volume fraction and gradually became stable. For the tested specimens, whose heights varied between 40 and 100 mm, the specimen size had little impact on the .     

钢纤维对水泥基复合材料抗起裂特性的影响

通过不同钢纤维体积分数及不同试件尺寸的预制缺口三点弯曲梁断裂试验,研究了普通乱向及定向钢纤维增强水泥基复合材料的抗起裂特性。利用试验测得的荷载-裂缝口张开位移曲线,分析了钢纤维对水泥基复合材料断裂性能的影响,并基于线性相关系数陡降法计算了起裂韧度。结果表明,定向钢纤维增强水泥基复合材料的起裂韧度明显高于普通乱向钢纤维增强水泥基复合材料;起裂韧度随钢纤维体积分数的增加而逐渐增大,当钢纤维体积分数达到0.9%左右时,定向钢纤维增强水泥基复合材料的起裂韧度值趋于稳定;在本试件高度范围内(40~100mm),起裂韧度随试件尺寸增加而逐渐增大,且定向钢纤维增强水泥基复合材料的增长趋势较为平缓。此外,从裂缝尖端夹杂改变其应力强度因子的角度解释了钢纤维的掺入及定向对起裂韧度的提高作用。     

Influence of palm oil fuel ash on ultimate flexural and uniaxial tensile strength of green ultra-high performance fiber reinforced cementitious composites

This study focuses on the measurement of the ultimate flexural and tensile strength of GUSMRC, a new class of green ultra-high performance fiber reinforced cementitious composites (GUHPFRCCs) in which 75% of the volume contains ultrafine palm oil fuel ash (UPOFA). This green concrete is currently under development at the Universiti Sains Malaysia (GUSMRC). The main objective of this study is to investigate the potential of UPOFA as a partial binder replacement for the ultimate flexural and uniaxial tensile strength of GUSMRC mixtures. Results showed that UPOFA enhances the flexural and uniaxial tensile responses of fresh UHPFRCCs. The highest flexural and uniaxial tensile strength values at the 50% replacement level after 28 days were at 42.38 MPa and 13.35 MPa, respectively, indicating the potential of utilizing UPOFA as an efficient pozzolanic mineral admixture for the production of GUSMRC with superior engineering properties.     

弯曲载荷下碳纤维/双马复合材料湿热特性实验研究

研究了碳纤维/双马复合材料单向层板在三点弯曲载荷作用下70℃水浸的湿热特性,测试分析了层板的吸湿量、玻璃化转变温度、弯曲性能及其破坏模式随湿热时间的变化,通过对比研究弯曲载荷作用和无外载荷条件下层板湿热性能的差异,探讨了应力对复合材料湿热行为的作用规律。结果表明：弯曲载荷作用下试样整体的吸湿规律、剩余弯曲性能等方面与未加载情况相比没有显著差异,但弯曲加载试样吸湿饱和前相同吸湿率时玻璃化转变温度下降更多;弯曲加载试样受压应力部分吸湿速度小于受拉应力部分,同时弯曲断口的扫描电镜照片显示,与未加载情况相比弯曲加载试样受拉应力部分树脂与纤维粘结较弱,说明应力会对复合材料湿热性能产生影响,并且不同方向应力的作用规律不同。     

Influence of micro-cracking on the permeability of engineered cementitious composites

Engineered Cementitious Composites (ECC) forms multiple micro-cracks under tension when loaded to beyond the elastic stage. Unlike normal concrete, such tight cracks help to maintain low water permeability even in the cracked stage. Therefore ECC shows great potential for application in hydraulic structures, such as dams and levees for which water seepage control is critical for their performance. In this paper, the permeability of ECC under constant tensile load was experimentally studied using a specially designed displacement-control loading device, providing permeability data for ECC under realistic loading conditions. In addition, an analytical model capable of predicting permeability property of ECC composite based on tensile strain and crack patterns has been proposed and experimentally verified on two different ECC mixtures. The findings of this research are expected to support future design and application of ECC for hydraulic structures.