高韧性低收缩纤维增强水泥基复合材料特性及应用

基于细观力学设计的高韧性纤维增强水泥基复合材料（Engineered Cementitious Composite—ECC）是当前比较成功的具有应变硬化特性的水泥基材料。本文介绍了近期通过改进传统ECC基材,研制的低收缩ECC材料的主要力学特性,包括干燥性能,单轴拉伸与压缩性能,弹性模量及极限拉压应变等主要力学参数。试验结果显示,采用低收缩基材的ECC的28d干燥收缩值分别为传统ECC干燥收缩值的0．12～0．20。单轴拉伸结果表明,采用低收缩基材的ECC的极限应变、裂纹宽度等参数与传统ECC相比,也有了明显的改进。在0．55—0．25范围内调整水胶比可以制备出抗压强度为20～60MPa,并保持应变硬化和多点开裂特性不变的水泥基复合材料。除拉伸时表现出显著的塑性变形外,在抗压试验中,该材料在压应力峰值过后也同样表现出明显的类似于金属材料屈服的塑性变形特性。最后对该材料近期应用研究作了介绍。     

常规制备的PVA纤维增韧水泥基复合材料

针对水泥基材料抗拉强度低、韧性差、可靠性低和开裂后裂缝宽度难以控制等问题,使用适量的PVA短纤维,通过弯曲、直接拉伸力学性能试验,效果显著．     

超高延性水泥基复合材料耐久性研究进展

普通混凝土在特殊环境下容易出现性能劣化、耐久性不足的问题。超高延性水泥基复合材料(ECC)是一种纤维增强水泥复合材料,在拉伸载荷作用下产生微裂纹后具有应变硬化和自愈合能力,使ECC在各种环境条件下比普通混凝土有更佳的耐久性。综述了近年来国内外关于ECC耐久性的研究进展,总结了ECC在抗渗性、抗冻性、耐化学侵蚀性能、耐高温性、耐磨性相关方面的特点,并与普通混凝土进行了对比。研究发现：目前关于多因素耦合条件下ECC的耐久性研究、耐久性微观层面解释以及设计耐高温、耐磨性好的ECC等方面研究还不充分,基于此提出了几个未来研究方向。     

纤维水泥基复合材料传感器用于弯曲裂缝监测

为了及时获得构件开裂及裂缝发展情况信息,提出了一种将混杂纤维水泥基复合材料传感器（ＦＣＣＳ）埋入构件中,并通过实时测量其电阻,实现构件健康监测的方法。试验研究了6组不同纳米炭黑、碳纤维和钢纤维掺量水泥基传感器的机敏性,对其弯曲破坏开裂及裂后荷载、挠度、裂缝张开位移（Ｓｃｏｄ）及电阻变化率（Ｒｆｃｒ）进行测量。结果表明:纤维水泥基复合材料传感器的电阻变化率随受拉侧裂缝张开位移增大而增大,且一次线性拟合的决定系数均在0．98以上,表明其具有较好的相关性;掺加碳纤维的ＦＣＣＳ拥有较高的电阻变化灵敏度。     

水泥基功能复合材料综述

功能复合材料主要由一种或多种功能体和基体组成。功能复合材料又分为单一功能复合材料和多功能复合材料，综合性多功能复合材料，将成为功能复合材料的发展途径。     

高韧性纤维增强水泥基复合材料的抗拉性能

本文通过对不同水灰比和粉煤灰掺量的6个配比的聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料单轴拉伸试验,研究了各配比试件的应力-应变关系及抗拉特征参数.试件采用150mm×75mm×15mm的长方形试块.至位移控制的拉伸试验机上进行拉伸试验,测定应力-应变完整曲线.试验结果表明,高韧性纤维增强水泥基复合材料在拉伸荷载下应力-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.在所选取的材料及配比范围内,在单轴拉伸荷载下均能实现应变硬化与多重开裂,极限拉应变的最大值可达1.7%,最小和最大临界裂纹宽度分别为26μm和90μm.     

高韧性低收缩纤维增强水泥基复合材料力学特性及其应用

基于细观力学设计的高韧性纤维增强水泥基复合材料（Engineered Cementitious Composite-ECC）是当前比较成功的具有应变硬化特性的水泥基材料。本文介绍了近期通过改进传统ECC基材，研制的低收缩ECC材料的主要力学特性，包括干燥性能，单轴拉伸与单轴压缩性能，弹性模量与极限拉压应变等主要力学参数。并与传统ECC相关性能作了对比。试验结果显示，采用低收缩基材的ECC的28d干燥收缩值分别为传统ECC干燥收缩值的0.12-0.20。单轴拉伸结果表明，采用低收缩基材的ECC的极限应变、裂纹宽度等参数与传统ECC相比，也有了明显的改进。在0.55-0.25范围内调整水胶比可以制备出抗压强度为20-60MPa，并保持应变硬化和多点开裂特性不变的水泥基复合材料。除拉伸时表现出显著的塑性变形外，在抗压试验中, 这种ECC材料在压应力峰值过后也同样表现出明显的类似于金属材料屈服的塑性变形特性。     

超高韧性纤维增强水泥基复合材料基本力学性能

研制了采用高强高弹模聚乙烯醇纤维作为增强材,以精制水泥砂浆为基体的超高韧性水泥基复合材料。本文通过单轴拉伸试验、四点弯曲试验、单轴抗压试验、三点弯曲断裂试验研究了这种新型材料的抗拉、抗弯、抗压和抗裂性能。试验结果表明,该材料在拉伸和弯曲荷载作用下具有假应变硬化和多缝开裂特性,以及高延性、高韧性和高能量吸收能力。极限荷载时的最大裂缝宽度在50μm左右。拉伸和弯曲试验测得的极限拉伸应变在3％以上,平均裂缝间距1mm左右。其抗压强度类似于混凝土,抗压弹性模量较低,但受压变形能力比普通混凝土大很多。通过三点弯曲断     

有机涂层对纳米粒子和PVA纤维增强水泥基复合材料耐久性的影响

为研究有机涂层对水泥基复合材料耐久性的影响,采用成膜型的氯化橡胶涂料和聚氨酯涂料以及渗透型的有机硅烷浸渍剂对纳米SiO2和PVA纤维增强水泥基复合材料进行不同的表面防护处理,并对防护后的试件进行加速碳化、氯离子渗透和抗渗性能研究.试验结果表明:经过氯化橡胶、聚氨酯和硅烷涂层防护后,水泥基复合材料的28 d加速碳化深度较...     

纤维增强水泥复合材料断裂韧性研究

用紧凑试件的拉伸试验方法研究了碳纤维和聚丙烯纤维对掺入了30%粉煤灰或10%硅粉的水泥砂浆断裂韧性的影响.对纤维增强水泥砂浆的抗裂增韧机理进行了初步分析.试验结果表明,高弹性模量的碳纤维对水泥砂浆既能增强,又可显著增韧;低弹性模量的聚丙烯纤维对水泥砂浆只能增韧.     

纳米CuO改性水泥基材料力学与耐久性的试验研究

为了明确纳米CuO对低水胶比水泥基材料力学性能和耐久性的改性作用,采用0. 5%～4%纳米CuO制备水泥基材料,研究其对凝结时间、流动性、力学性能和耐久性的影响,并分析其作用机制。试验结果表明:0. 5%～4. 0%纳米CuO能降低低水胶比水泥基材料的凝结时间和流动性,掺量越多,其降低幅度越大; 1. 0%～4. 0%纳米CuO能提高低水胶比水泥基材料的抗折和抗压强度,但会降低其干燥收缩和渗透性能,掺量以2%为宜;纳米CuO替代水泥后,虽不能参与水泥的二次水化,但能促进水泥的水化;综合分析发现,纳米CuO能发挥尺寸效应、微集料的填充效应和表面活性效应,达到提高水泥基材料密实度和细化孔结构的目的。因此,纳米CuO替代水泥后,能在一定程度上改性低水胶比水泥基材料的力学性能和耐久性。     

水泥混凝土增强用改性聚丙烯(PP)纤维研究与应用

根据硅酸盐水泥理化性能的特点和使用要求以提高聚丙烯纤维的弹性模量、坚韧性、水分散性，与混凝土结合性等为目标，着重对聚丙烯纤维的增韧剂、成核剂进行筛选研究，研制出改性聚丙烯短纤维井在实际工程中应用。获得良好的效果。     

橡胶改性碳纤维-多壁碳纳米管水泥复合材料性能试验与分析

水泥基复合材料已推广应用于水利工程中,探究其耐久性能是保证高寒地区高混凝土坝安全的关键。将碳纤维与多壁碳纳米管双导电相填料加入水泥材料,从导电性能、力学性能和抗冻性能3个方面研究其作用效果。同时,为充分利用废弃资源,将废弃轮胎制备成橡胶集料加入试件用于力学性能和抗冻性能的试验分析。试验结果表明：当碳纤维与多壁碳纳米管掺量为0.25%时,导电相填料对水泥复合材料的电阻率改变最为明显,在掺量为0.3%时复合材料的电阻率最低,同时,不同外加电场对电阻率的影响可以忽略不计;当碳纤维和多壁碳纳米管的掺量为0.3%、橡胶掺量为30%时,复合材料的抗冻性能最佳,此时,力学性能也满足工程应用需求,抗折和抗压强度分别超过7 MPa和30 MPa。研究结果为提升高寒地区混凝土结构的性能提供了新的技术手段。     

裂纹对水泥基复合材料湿度扩散性能影响的研究

运用湿度扩散理论、统计学方法以及损伤力学方法建立了水泥基复合材料湿度扩散与裂纹扩展之间耦合作用的数值模型。研究表明：裂缝是影响湿度扩散过程的一个重要因素,对湿度扩散路径的影响尤为显著。当有裂缝存在时,湿度扩散的范围更深、更广,相应的湿度应力则会更大,不利于裂缝的预防与控制。湿度的变化引起的干缩应力将促使裂缝的进一步扩展,同时,裂缝的扩展又将导致湿度扩散范围的增大,从而反过来促进裂缝的扩展,这是一个湿度-应力-损伤耦合作用的过程。因此,对已有裂缝的水泥基复合材料进行裂缝修补工作有利于提高其耐久性。     

钢筋超高韧性水泥基复合材料梁的抗剪性能

随着对超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)各种基本性能的深入研究,UHTCC逐渐被使用和推广。为了探究纤维掺量对钢筋增强超高韧性水泥基复合材料(RUHTCC)梁抗剪性能的影响,文中对3根不同纤维含量的RUHTCC梁进行了集中加载受弯试验,从破坏模式、裂缝扩展形态、荷载-挠度曲线、剪切开裂荷载、极限剪切承载力、最小配箍率几个方面报道了纤维掺量的影响。试验结果表明:所有试验梁均发生典型的剪切破坏,随着纤维参量的增大,RUHTCC梁的剪切开裂荷载、极限抗剪承载力都有所提高。RUHTCC梁面产生的裂缝细密,在正常使用状态下,梁最大斜裂缝宽度小于0.2 mm。更多还原     

超高韧性水泥基复合材料基本力学性能

超高韧性水泥基复合材料(简称UHTCC)是一种中等纤维体积掺量的随机分布的短纤维增强高性能水泥基复合材料。本文通过单轴拉伸试验、四点弯曲试验、单轴抗压试验、三点弯曲缺口梁断裂试验研究了这种新型材料的抗拉、抗弯、抗压和断裂性能。试验结果表明,超高韧性水泥基复合材料在拉伸和弯曲荷载作用下具有假应变硬化和多缝开裂特性,以及高延性、高韧性和高能量吸收能力。极限荷载时的最大裂缝宽度在50μm左右,如此小的裂缝宽度可以有效地阻止侵蚀性物质的侵入,提高钢筋混凝土结构的耐久性。拉伸和弯曲试验测得的超高韧性水泥基复合材料的极限拉伸应变在3%以上,平均裂缝间距1mm左右。超高韧性水泥基复合材料的抗压强度类似于混凝土,抗压弹性模量较低,但受压变形能力比普通混凝土大很多。通过三点弯曲缺口梁试验证明,超高韧性水泥基复合材料的峰值荷载和峰值荷载对应变形都较基体有明显的提高。缺口拉伸试件和缺口梁试件均证明,超高韧性水泥基复合材料可以将单一裂缝细化成多条细裂缝,同时超高韧性水泥基复合材料具有对小缺口不敏感的特性。四种试验的结果证明超高韧性水泥基复合材料在各种破坏荷载作用下均能保持良好的整体性,不发生碎裂破坏。     

剑麻纤维水泥混凝土性能试验研究

剑麻纤维是一种绿色、环保、经济、性能优良的植物纤维,可以替代人工纤维和矿物纤维作为水泥混凝土的改性材料.本试验通过不同掺量剑麻纤维水泥混凝土物理性能、各项力学性能、干缩性能等试验,确定最佳剑麻纤维的掺量范围.同时,通过剑麻纤维水泥混凝土的性能试验发现,在水泥混凝土中掺入一定量的剑麻纤维能够显著提高混凝土工作性、劈裂抗拉强度、抗折强度、抗干缩和抗冲击等性能.     

氧化石墨烯对水泥基复合材料性能影响研究

采用改进Hummers法和超声分散法制备了氧化石墨烯(GO)片层分散液,研究了GO掺量对水泥砂浆复合材料力学性能、微观结构和抗盐溶液侵蚀性能的影响,并利用X射线能谱仪(EDS)、拉曼光谱仪和透射电镜(TEM)对GO的片层结构进行了表征,结果表明:GO参与调控了水泥水化产物的晶体结构;当GO掺量为0.04%时,水泥水化产物中的针状、棒状和片层状晶体结构的交错更加致密,其抗压强度和抗折强度比未掺加GO的分别提高了39.38%和56.43%;一定掺量的GO能够降低水泥砂浆复合材料的孔隙度,并阻止Cl~-和SO_4~(2-)的侵蚀,减少水泥基复合材料长期浸渍在盐溶液中的质量损失和力学性能的衰减,显著改善了其耐久性。     

不同环境对超高韧性水泥基复合材料裂缝自愈合的影响

通过对超高韧性水泥基复合材料(ECC)预加不同程度拉伸应变产生裂缝,测定自愈合过程中的共振频率(RF),探究了干湿循环(C1)、湿热循环(C2)、水(C3)及空气(C4)等不同环境对ECC裂缝自愈合的影响,为其应用于实际工程中提供了依据。结果表明:水对裂缝的自愈合起到了至关重要的作用;不同环境中RF的增长主要发生在3~7d内;10个自愈合循环后,由裂缝自愈合导致的RF的实际增长也高达近70%;不同环境中RF增长的顺序为:C3C1C2C4;不同配比相比较,HFA-ECC的RF恢复值高于M45-ECC。ECC裂缝能发生明显的自愈合,具有较好的应用前景。