超高韧性纤维增强水泥基复合材料基本力学性能.pdf

水 　　利 　　学 　　报 　2009 年 9 月 SHUIL I 　　XUEBAO 第 40 卷 　第 9 期 ( ) 文章编号 2009 超高韧性纤维增强水泥基复合材料基本力学性能 徐世　 ,蔡向荣 (大连理工大学 海岸与近海工程国家重点实验室结构分室 ,辽宁 大连 　116024) 摘要 :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 μ 和高能量吸收能力 。极限荷载时的最大裂缝宽度在 50 m 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 。 通过三点弯曲断裂试验证明 ,该材料的峰值荷载及其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 ,该材料可以将单一裂缝细化成多条细裂缝 , 同时该材料具有对小缺口不敏感的特性 。4 种试验的结果证 明该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 。 关键词 :超高韧性水泥基复合材料 ;假应变硬化 ;多缝开裂 ;高延性 ;高韧性 ;高能量吸收能力 中图分类号 :TU528572 文献标识码 :A 1 　研究背景 水利工程是我国的一项基础产业工程 , 目前我国正在大规模 、高速度地进行水利开发 ,2008 年第四 季度国家新增 200 亿元中央水利建设投资加快水利基础设施建设 。水利工程建设耗资巨大 ,如果水利 工程结构耐久性不足 ,将增加建筑物使用过程中的修理与加固费用 ,影响或限制结构的正常使用功能并 缩短结构的使用年限 ,影响效益和安全 ,不仅造成经济损失 ,而且严重浪费资源 ,引发社会问题 。因此有 必要全方位 、多渠道地提高水工混凝土的质量和耐久性 ,延长工程使用寿命 ,确保国家可持续发展战略 在水利建设开发过程中的有效实施 。 裂缝是影响水工混凝土质量和耐久性的首要因素 ,如何有效地控制水工混凝土裂缝的产生和扩展 是 目前解决水工混凝土结构耐久性问题的关键之一 。从材料的角度来讲 ,控制裂缝的方法主要是减少 水泥用量 、使用外加剂和添加纤维 。其中纤维的添加可以更为有效地控制混凝土裂缝的形成和扩展 ,提 高混凝土的延性和韧性 ,能较好的解决由于荷载作用或其他变形作用引起的混凝土开裂 ,成为提高水工 混凝土结构耐久性的有效方法之一 。 目前各种纤维混凝土的研究和应用已经取得了丰硕的成果 ,尤其是高性能纤维混凝土的研究和应 用在较大程度上解决了混凝土的开裂问题[ 1 - 4 ] 。但是普通的高性能纤维混凝土通常采用较大的钢纤维 体积掺量 ,不仅成本增加 ,重量大 ,施工困难 ,而且其裂缝控制宽度一般在几百个微米 ,尤其当应变超过 15 %时基本上不能再控制裂缝宽度[5 ] 。根据国内外设计规范及有关试验资料 ,混凝土最大裂缝宽度的 控制标准大致为 :无侵蚀介质无防渗要求时 03～04mm ;轻微侵蚀 、无防渗要求时 02～03mm ;严重侵 蚀 、有防渗要求时 01～02mm 。为了能更好的控制混凝土在各种荷载和变形下的裂缝宽度 ,提高混凝 收稿 日期 ( ) ( ) 基金项 目: 国家自然科学基金重点项 目;南水北调工程建设重大关键技术研究及应用 J GZXJJ200613 ( ) 作者简介 :徐世　 1953 - ,男 ,湖北人 ,博士 ,教授 ,主要从事混凝土断裂力学基本理论与工程应用 、新型材料与结构 、超高韧性水泥