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。     

UHTCC薄板弯曲荷载-变形硬化曲线与单轴拉伸应力-应变硬化曲线对应关系研究

单轴拉伸试验是评价超高韧性水泥基复合材料(以下简称UHTCC)力学性能的有效试验方法,但是由于其实际操作困难,不便于广泛使用。该文通过四点弯曲试验和单轴拉伸试验研究了UHTCC的弯曲性能和拉伸性能,对比分析了UHTCC的薄板弯曲荷载-变形硬化曲线和单轴拉伸应力-应变硬化曲线以及UHTCC的基本力学指标、韧性指标、延性指标和多缝开裂形式。试验结果表明四点弯曲试验可以反映UHTCC的应变硬化、多缝开裂、高延性和高韧性性能。基于理论分析和试验结果推导了极限拉伸应变的计算公式,并通过试验结果进行了验证,结果表明通过计算公式得到的预测值与试验结果吻合较好。因此四点弯曲试验可以代替单轴拉伸试验成为评价UHTCC特殊力学性能的简单实用的试验方法。     

UHTCC单轴受压韧性的试验测定与评价指标

韧性指标是评价超高韧性水泥基复合材料(简称UHTCC)独特力学性能的重要指标。对比各国关于钢纤维混凝土弯曲韧性的测定与评价标准,该文以美国ASTMC1018标准、德国纤维混凝土标准和奥地利喷射混凝土标准为基础,分别采用等效抗压强度feq,n和开裂后的变形能Anp、韧性等级、评价纤维增韧作用的相对韧性指标RT1和评价UHTCC峰值后韧性的相对韧性指标RT2,从不同的角度详细定量地评价UHTCC的受压韧性性能。通过对棱柱体抗压强度在33MPa―52MPa之间的6组不同抗压强度的UHTCC进行单轴抗压试验表明,随着棱柱体抗压强度的增加,UHTCC开裂后所吸收的变形能和等效抗压强度增加;相对韧性指标计算结果表明添加体积分数为2%的PVA纤维使UHTCC的韧性性能达到相应基体韧性性能的2.6倍―3.8倍;使UHTCC峰值后的韧性性能达到峰值前的1.7倍―2.2倍,并证明纤维的作用主要体现在基体开裂后的韧性提高上;UHTCC的受压韧性等级主要在一级和二级之间。各组韧性指标均证明UHTCC具有较高的受压韧性性能和塑性变形能力,以及开裂后的高荷载承受能力。     

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     

大掺量粉煤灰对高韧性纤维增强 水泥基复合材料性能的影响

为了提高高韧性纤维增强水泥基复合材料的可持续发展指标,发展绿色环保型高韧性水泥基复合材料,以大掺量粉煤灰为基础,以粉煤灰掺量为参变量,研究不同粉煤灰掺量对高韧性纤维增强水泥基复合材料的流动度、抗压强度和弯曲性能的影响。研究结果表明,在大掺量粉煤灰情况下,随着粉煤灰掺量的增加,复合材料的流动度呈先增长后下降的趋势;抗压强度呈线性降低,且试件破坏时没有出现砂浆剥落现象,抗压破坏属于延性破坏;极限抗弯荷载呈现降低、增加又降低的变化趋势;极限挠度呈下降趋势,弯曲弹性刚度呈增加趋势。     

Uniaxial compressive properties of ultra high toughness cementitious composite

Uniaxial compression tests were conducted to characterize the main compressive performance of ultra high toughness cementitious composite (UHTCC) in terms of strength and toughness and to obtain its stress-strain relationships. The compressive strength investigated ranges from 30 MPa to 60 MPa. Complete stress-strain curves were directly obtained, and the strength indexes, including uniaxial compressive strength, compressive strain at peak stress, elastic modulus and Poisson’s ratio, were calculated. The comparisons between UHTCC and matrix were also carried out to understand the fiber effect on the compressive strength indexes. Three dimensionless toughness indexes were calculated, which either represent its relative improvement in energy absorption capacity because of fiber addition or provide an indication of its behavior relative to a rigid-plastic material. Moreover, two new toughness indexes, which were named as post-crack deformation energy and equivalent compressive strength, were proposed and calculated with the aim at linking up the compressive toughness of UHTCC with the existing design concept of concrete. The failure mode was also given. The study production provides material characteristics for the practical engineering application of UHTCC.