硫酸盐-干湿循环下高延性纤维增强水泥基材料的自愈合

采用1.0%,1.5%和2.0%预加拉伸应变,使养护7,28d龄期的高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC)试件产生裂缝,研究其在经历10,20和30次硫酸盐-干湿循环后的裂缝特性、自愈合后的拉伸性能及自愈合产物.结果表明:带裂缝试件在经历不同循环次数后均表现出了良好的自愈合效果,残余裂缝的最大宽度和数量明显减少;养护7d试件经历10次循环后的残余裂缝最大宽度由愈合前的80μm降至25μm,养护28d试件经历30次循环后的残余裂缝最大宽度由愈合前的100μm降至50μm;67%以上带裂缝试件自愈合后的单轴拉伸应变能力接近甚至超过同样经历的对比用无裂缝空白试件;养护7d试件自愈合后的最终应力可分别恢复至75%以上,养护28d试件可恢复至131%以上;层状结构的CaCO_3晶体是ECC试件的主要自愈合产物.     

纤维增韧水泥基复合材料拉伸性能影响因素研究

通过纤维增韧水泥基复合材料(ECC)单轴拉伸试验,研究了ECC的拉伸应力-应变关系曲线,分析了砂胶比、纤维类型、粉煤灰及矿渣含量等因素对ECC拉伸应变能力的影响规律.试验结果表明,ECC的拉伸应变能力对于组分及配比较为敏感,增加粉煤灰含量可有效提高ECC的拉伸应变能力;增大砂胶比及矿渣含量可以提高材料初裂强度及极限抗拉...     

ECC基本力学性能及工程应用

传统混凝土材料因拉伸脆性、裂缝宽度大等缺点对结构耐久性造成严重影响。工程设计水泥基复合材料(ECC)是通过设计、调整材料微观结构得到的具备高延性、高韧性和高裂缝宽度控制能力等优点的纤维增强水泥基复合材料,其极限拉伸应变能够达到3%以上,受压、受弯时具有较大的变形能力。大量工程应用表明,ECC替代混凝土能带来较好的综合效益。     

氧化镁膨胀剂对混凝土早期裂缝自愈合性能的影响

对比分析了2种型号的氧化镁膨胀剂在5%及10%掺量(质量分数,下同)下对混凝土早期裂缝自愈合性能的影响,对混凝土的限制膨胀率、裂缝形态、裂缝宽度变化及抗压强度恢复率进行了试验分析.结果表明:氧化镁膨胀剂活性越高、掺量越大,混凝土的限制膨胀率越大,在相同龄期条件下,相同初始宽度的混凝土裂缝自愈合效果越好;氧化镁膨胀剂对初始宽度为0.40mm及以下的早期裂缝有较好的愈合效果,对初始宽度超过0.40mm的裂缝愈合效果相对较差;掺氧化镁膨胀剂的混凝土试件7,28d抗压强度恢复率较空白组均得到显著提高,提高幅度约为55%~68%.     

高延性偏高岭土-粉煤灰基地聚合物的制备及拉伸性能

在水玻璃和氢氧化钠配制而成的碱激发剂作用下,以粉煤灰为主要原材料,偏高岭土为辅助材料,共同制备了高延性偏高岭土-粉煤灰基地聚合物(MFA-EGC),并研究了其单轴拉伸性能.结果表明:MFA-EGC试件经单轴拉伸后具有良好的多缝开裂特性,裂缝分布均匀,裂缝间距为2～5mm,残余裂缝平均宽度约为25μm;最优配比试件3,7,28d抗拉强度分别为3.2,3.7,3.8MPa,极限拉伸应变可高达6.8%,6.4%,5.2%,初裂强度分别为1.4,1.5,1.9MPa;3种因素对MFA-EGC试件抗拉性能的影响程度依次为养护温度偏高岭土掺量PVA纤维掺量.通过三点弯曲和单裂缝拉伸试验计算出的MFA-EGC应变硬化性能(PSH)指数与由单轴拉伸试验得到的极限拉伸应变变化趋势相吻合,由此很好地解释了这一材料的高延性机理.     

超高韧性水泥基复合材料搅拌工艺及力学性能研究

超高韧性水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composite,ECC)是一种将聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol,PVA)纤维乱向分布在水泥、细砂和水中复合而成的材料。为了满足实际工程中大体积材料的需求,研制了一种新型搅拌设备,依托于本搅拌设备,进行了拌合物的跳桌试验,并且研究了投料顺序、纤维加入批次以及搅拌时间等对ECC拌合物扩展度的影响规律,最终确定了一种最优搅拌工艺。同时对ECC进行了单轴拉伸试验、四点弯曲试验以分析其抗拉、抗弯性能。研究结果表明:使用此新型搅拌设备能够很好地将纤维均匀分散在水泥基体内,其拉伸应变可以稳定在3.5%以上;弯曲试验下极限挠度可以达到25 mm以上,最大的可以达到40 mm;试验过程中裂缝可以均匀开展,极限荷载下最大裂缝宽度可以稳定在65μm左右,裂缝间距在1 mm左右,表现出良好的应变硬化性能,为ECC的实际应用提供技术支撑。     

钢筋增强ECC/混凝土组合节点抗震性能分析

ECC(Engineered cementitious composite)是具有拉伸应变硬化特性和多裂缝开展机制的一种高延性纤维增强水泥基复合材料。文章基于ECC材料在往复荷载作用下的试验结果,编制了ECC材料在往复荷载作用下的简化本构模型程序,并且基于纤维模型对钢筋增强ECC/混凝土组合节点在往复荷载作用下受力性能进行了数值模拟。模拟结果与试验结构吻合良好,所采用的ECC材料本构模型能够较为准确地模拟组合节点在往复荷载作用下的性能指标,如承载力、残余变形和耗能能力等。     

不同条件下的水泥基材料自然自愈合性能研究

以普通硅酸盐水泥砂浆作为研究对象,综合考虑了水泥细度、水灰比、外部荷载加压、预制裂缝龄期等因素,采用裂缝宽度恢复率和强度恢复率的表征方法,对砂浆试块裂缝自然自愈合性能进行了试验研究。试验结果表明:试块裂缝在加压条件下比自由条件下的自愈合能力明显更好,试块养护180 d后,前者裂缝宽度愈合率可达到90.8%,而后者只有55.4%;试块在养护14 d后预制裂缝比养护28 d后预制裂缝的自然自愈合效果更好;此外,随着水泥细度的增加以及水灰比的增大,试块裂缝的自愈合能力均逐渐降低。     

采用ECC提高RC梁抗弯性能的试验研究

采用国产纤维制成的高性能水泥基复合材料(ECC)替代部分混凝土,形成受拉区部分为ECC的RC/ECC组合梁(RE梁),并与普通钢筋混凝土梁(RC梁)进行抗弯性能对比试验研究。结果表明,RE梁的破坏模式为受剪破坏,极限抗弯承载能力约为RC梁的1.35倍,平均最大跨中挠度约为RC梁的1.5倍;在加载过程中,RE梁的裂缝宽度随荷载的增长速率远远低于RC梁,裂缝数目多、间距小、宽度小。采用ECC替代20%梁高的受拉区混凝土可使梁获得较为优越的抗弯性能。     

往复荷载下钢筋增强ECC梁受力性能研究北大核心

ECC是具有拉伸应变硬化特性和多裂缝开展机制的一种高延性纤维增强水泥基复合材料。通过试验研究考察了ECC的延性变形行为对钢筋增强ECC梁在往复荷载下受力性能的影响,并与普通钢筋混凝土梁进行了对比。结果表明,ECC的使用能够显著提高构件延性和耗能能力。基于ECC在往复荷载作用下的试验结果,编制了ECC在往复荷载作用下的简化本构模型程序,并且基于纤维模型对钢筋增强ECC梁在往复荷载作用下受力性能进行了数值模拟。模拟结果表明,所采用的ECC本构模型能够较为准确地模拟钢筋增强ECC受弯构件在往复荷载作用下的性能指标,如承载力、残余变形和耗能能力等。     

Incorporation superabsorbent polymer (SAP) particles as controlling pre-existing flaws to improve the performance of engineered cementitious composites (ECC)

This paper concerns a new concept for introducing superabsorbent polymer (SAP) particles as pre-existing flaws into matrix to improve tensile property, flexural property, drying shrinkage and restrained shrinkage of engineered cementitious composites (ECC). The experimental results show that all ECC mixtures exhibit excellent ductility, more than 1.5%. Incorporating SAP particles in ECC matrix can apparently improve tensile strain capacity and toughness of ECC specimens. Compared to control specimens, tensile capacity and deflection of ECC with SAP particles can increase 92% and 77%, respectively. Moreover, SAP particles have an apparent effect on ECC with 50% fly ash (FA) compared with ECC with 70% FA. Meanwhile, introducing SAP in matrix is effective in reducing drying shrinkage and restrained shrinkage of ECC specimens, due to water-entrained capacity of SAP particles. However, SAP particles can reduce compressive strength of 5-15% compared to control specimens. In addition, increasing FA content can also increase tensile capacity and decrease drying shrinkage and restrained shrinkage of ECC specimens.     

矿物掺合料及龄期对PE-ECC拉伸性能影响的试验研究

为研究超高韧性水泥基复合材料(ECC)的拉伸性能,采用乌鲁木齐地区常用原材料制备PE-ECC试件,对8组PE-ECC试件进行单轴拉伸试验,以探讨龄期(7、28、60 d)、粉煤灰和矿粉掺量(30%、40%、50%、60%)对PE-ECC拉伸性能的影响。结果表明:采用PE纤维,配合乌鲁木齐当地矿物掺合料,可以制备出拥有较好拉伸性能,且满足工程需要的具有应变硬化特征的ECC材料;随着矿物掺合料掺量的增加,PE-ECC试件的拉伸性能没有明显的变化趋势;随着龄期的增加,单掺粉煤灰和单掺矿粉试件的抗拉强度都呈现上升的趋势。     

基于非接触式观测技术的FRP/ECC复合材料#br# 反复受拉本构关系模型

考虑不同种类的纤维复合材料（FRP）格栅、格栅层数及加卸载循环方式,采用非接触式观测技术（DIC）和传统应变片测量方法,对FRP格栅与ECC复合材料试件进行了单轴反复拉伸试验,研究复合材料的轴向抗拉力学性能,验证DIC非接触式观测技术的有效性。在试验结果的基础上,提出了FRP/ECC复合材料反复受拉本构关系模型。试验结果表明,玄武岩（BFRP）格栅/ECC能充分地发挥纤维格栅的材料性能和ECC基体的高延伸性和多点开裂特性,显著提高ECC基体的极限抗拉强度。不同循环加载方式对FRP/ECC复合材料试件的加卸载路径有显著影响,但对其极限应力/应变的影响较小。BFRP/ECC复合材料的变形恢复能力要优于CFRP/ECC复合材料的变形恢复能力。DIC非接触式观测技术能有效地捕捉到试件的开裂,观测裂缝的萌生、发展过程,获得破坏形态,获得应力-应变全曲线。计算结果表明,建议的应力-应变关系模型与试验结果吻合较好,可以有效地预测FRP/ECC复合材料的反复受拉本构关系。     

碳纤维布粘贴加固BFRP筋-ECC-混凝土组合梁受弯性能研究

工程结构服役期间经常由于使用功能改变或使用荷载增加而需要对结构进行加固改造。为研究经碳纤维布粘贴加固后的玄武岩纤维增强塑料（BFRP）筋-工程用水泥基复合材料（ECC）-混凝土组合梁的受弯性能,对3组共12根不同ECC高度替换率（0、0.29和0.58）的BFRP筋-ECC-混凝土组合梁底分别粘贴1、2和3层碳纤维布的加固构件及未加固构件进行静力受弯性能试验。研究碳纤维布粘贴层数和ECC高度替换率对组合梁受弯承载力和破坏形态的影响。试验结果表明：采用受拉性能优异的ECC替代受拉区部分混凝土形成的ECC-混凝土组合梁不仅可提高构件承载力,还可有效改善构件抵抗开裂和变形的能力;组合梁底粘贴3层碳纤维布,裂缝宽度可降至未加固试件的10%,受弯承载力提高20%,挠度降低50%。借鉴钢筋混凝土理论,基于合理的基本假定和简化的材料本构模型,提出粘贴碳纤维布加固的组合梁受弯承载力计算式,并给出碳纤维布强度折减系数,理论预测值与试验实测值吻合良好。     

Experimental study on flexural behavior of ECC/RC composite beams with U-shaped ECC permanent formwork

To enhance the durability of a reinforced concrete structure, engineered cementitious composite (ECC), which exhibits high tensile ductility and good crack control ability, is considered a promising alternative to conventional concrete. However, broad application of ECC is hindered by its high cost. This paper presents a new means to address this issue by introducing a composite beam with a U-shaped ECC permanent formwork and infill concrete. The flexural performance of the ECC/RC composite beam has been investigated experimentally with eight specimens. According to the test results, the failure of a composite beam with a U-shaped ECC formwork is initiated by the crushing of compressive concrete rather than debonding, even if the surface between the ECC and the concrete is smooth as-finished. Under the same reinforcement configurations, ECC/RC composite beams exhibit increases in flexural performance in terms of ductility, load-carrying capacity, and damage tolerance compared with the counterpart ordinary RC beam. Furthermore, a theoretical model based on the strip method is proposed to predict the moment-curvature responses of ECC/RC composite beams, and a simplified method based on the equivalent rectangular stress distribution approach has also evolved. The theoretical results are found to be in good agreement with the test data.     

碳纤维编织网增强超高韧性水泥基复合材料弯曲性能的试验研究

短纤维增强超高韧性水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,通常称为ECC材料)可以将传统水泥基材料在抗拉荷载下单一裂纹的宏观开裂模式转化为多条细密裂缝的微观开裂模式,其极限拉伸应变可达2%甚至达6%,具有典型的应变硬化特性、显著的韧性特征和优良的耐久性能。纤维编织网增强混凝土(Textile Reinforced Concrete,简称TRC)同样是一种新型的纤维增强水泥基复合材料,在这种复合材料结构中,直接将纤维粗纱沿混凝土结构中的应力主向连续布置,纤维对基体的增强效果得到了显著提高。采用纤维编织网与PVA短纤维相结合研究开发新型混凝土结构防裂新技术,结合PVA短纤维增强ECC和纤维编织网两种材料的优点,可以获得更为优良的抗裂和控制裂缝的能力,从而极大程度地提高混凝土结构的耐久性和使用寿命。通过四点弯曲试验,研究纤维编织网表面处理方法、水胶比、PVA纤维掺量对此种复合材料裂缝控制能力和承载能力的影响,并与TRC的弯曲性能作了比较。     

轴拉荷载作用下混凝土耐久性损伤及自愈合机理研究

通过声发射试验研究了轴拉荷载作用下混凝土内部微结构的变化及混凝土损伤破坏的机制,并进一步对经受不同轴拉荷载历史和再养护龄期的混凝土试件进行了孔隙率及电通量测试,揭示了轴拉荷载作用下混凝土的耐久性损伤和自愈合规律.结果表明:声发射事件与应力水平之日存在明显的对应关系,声发射事件的发展趋势反映了混凝土内部破坏的微观过程;经...     

混杂PVA-ECC配合比优化设计及力学性能试验研究

为了降低工程用水泥基复合材料(ECC,Engineered Cementitious Composites)制造成本,使ECC能够在实际工程中大规模应用,将中国产PVA纤维和日本产PVA纤维以一定的比例混合,配制混杂PVA-ECC。基于ECC的材料设计理论,兼顾抗压强度和受拉能力,对掺有硅粉的混杂PVA-ECC中的纤维体积含量进行了优化设计。通过四点弯曲试验和轴心抗压试验,研究了混杂PVA-ECC在不同龄期下的弯曲性能和抗压性能。试验结果表明,混杂PVA-ECC试件均表现出明显的应变硬化和多缝开裂的特征,此外,其抗压强度后期增长明显。基于UM法,提出一种改进的反分析方法,可利用四点弯曲试验结果推导ECC的极限拉伸应变,并与试验结果进行了比较,结果表明,通过建议的反分析方法得到的预测值与试验值吻合较好。     

纤维掺量对再生砖粉ECC流动性能及力学性能的影响

为更好地掌握再生砖粉超高韧性水泥基复合材料(ECC)的工作性能和力学性能,为再生砖粉ECC的研究与推广提供依据与参考,通过试验研究了不同聚乙烯醇(PVA)纤维体积掺量对再生砖粉ECC流动性能及力学性能的影响.结果表明:再生砖粉全取代石英砂会在一定程度上削弱ECC的力学性能;随着PVA纤维体积掺量在1.25％～2.0％范...     

自愈合对氯离子在开裂混凝土内侵蚀的影响

开裂及自愈合是混凝土不可避免的现象。对3种不同水灰比的预制多裂缝试件,进行40d和160 d在质量分数为6％的NaCl溶液中的完全浸泡试验,结果表明,裂缝面处出现了不同程度的自愈合,自愈合面积随水灰比减小而增大,随时间增长而逐渐增大,但增大的速度逐渐变小。相同深度处裂缝附近的自由氯离子质量分数随距裂缝距离的增大而减小,...