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ECC的研究进展 苏磊 材料科学与工程学院，无机非金属材料专业，班级：12材4，学号：201214030406 [摘要]：综述纤维分类及对水泥基复合材料阻裂、增强、增韧等力学性能的增强效果；分析了纤维增强水泥基复合材料的增强机理及作用。通过对ECC的研究，认为其前景广泛，意义重大。 [关键词]：水泥基复合材料；纤维；ECC； 混凝土是目前世界上应用最广泛的建筑材料。在实际工程应用中，混凝土主要存在以下不足: 一是极限受拉荷载下的脆性破坏。混凝土的抗拉强度较低，当受到拉应力作用时极易发生脆性破坏，如剥落、破碎等。二是混凝土的耐久性问题。如混凝土收缩、化学侵蚀以及热效应等环境因素所引起的耐久性问题，同时混凝土表面不断扩展的裂缝也会极大地影响结构的耐久性，缩短结构的服役寿命。 近年来，以ECC ( Engineering CementitiousComposites) 为代表的纤维增强水泥基复合材料引起国内外广泛关注。与普通混凝土、钢纤维混凝土以及高性能混凝土相比，其在韧性、耐久性和抗疲劳性能等方面都有大幅度的提高和改善。在美国、日本和欧洲等国家及地区，ECC 已经开始大量应用于边坡加固、桥面修复、桥梁连接板及高层建筑连梁等领域。在国内，ECC 的研究主要还集中在试验室条件下的材料性能研究，尚没有ECC的工程应用实例。 1、纤维的分类 纤维混凝土中常见的纤维按其材料性质可分为：金属纤维（如钢纤维、不锈钢纤维），无机纤维（如石棉等天然矿物纤维、抗碱玻璃纤维、抗碱矿棉、碳纤维等人造纤维），有机纤维（如聚丙烯、聚乙烯、尼龙、芳族聚酰亚胺等合成纤维和西沙尔麻等天然植物纤维）。 按其弹性模量可分为高弹模纤维（如钢纤维、碳纤维、玻璃纤维等）和低弹模纤维（如聚丙烯纤维、某些植物纤维等）。 按其长度可分为非连续的短纤维和连续的长纤维（如玻璃纤维无捻粗纱、聚丙烯纤化薄膜等）。制造纤维混凝土主要使用短纤维，但有时也使用长纤维或纤维制品（如玻璃纤维网格布和玻璃纤维毡等）。 表1-1 部分纤维的性能 纤维种类 相对 密度 直径 （μm） 拉伸强度（MPa） 弹性模量（MPa） 断裂应变（%） 钢纤维 7.80 100-1000 500—2600 210000 0.5-3.5 抗碱玻璃纤维 2.7 12-20 1500-3700 80000 2.5-3.6 丙烯酸纤维 1.18 5-17 200-1000 17000-19000 28-50 芳族聚酰胺纤维 1.44 10-12 2000-3100 62000-120000 2-3.5 尼龙纤维 1.14 23 1000 5200 20 聚酯纤维 1.38 10-80 280-1200 10000-18000 10-50 聚乙烯纤维 0.96 25-1000 80-600 5000 12-100 聚丙烯纤维 0.9 20-200 450-700 3500-5200 6-15 碳纤维 1.90 8-10 1800-2600 23000-38000 0.5-1.5 2、纤维增强水泥基复合材料的力学性能 在纤维增强水泥基复合材料中，纤维的主要作用在于阻止微裂缝的扩展，具体表现在提高复合材料的抗拉、抗裂、抗渗及抗冲击、抗冻性等。 2.1 抗拉强度 内部缺陷是水泥基复合材料破坏的主要因素，任意分布的短切纤维在复合材料硬化过程中改变了其内部结构，减少了内部缺陷，提高了材料的连续性。在水泥基复合材料受力过程中纤维与基体共同受力变形，纤维的牵连作用使基体裂而不断并能进一步承受载荷，可使水泥基材的抗拉强度得到充分保证；当所用纤维的力学性能、几何尺寸与掺量等合适时，可使复合材料的抗拉强度有明显的提高。 2.2 抗裂性 在水泥基复合材料新拌的初期，增强纤维就能构成一种网状承托体系，产生有效的二级加强效果，从而有效的减少材料的内分层和毛细腔的产生；在硬化过程中，当基体内出现第一条隐微裂缝并进一步发展时，如果纤维的拉出抵抗力大于出现第一条裂缝时的荷载，则纤维能承受更大的荷载，纤维的存在就阻止了隐微裂缝发展成宏观裂缝的可能。宏观上看，当基体材料受到应力作用产生微裂缝后，纤维能够承担因基体开裂转移给它的应力，基体收缩产生的能量被高强度、低弹性模量的纤维所吸收，有效增加了材料的韧性，提高了其初裂强度、延迟了裂缝的产生，同时，纤维的乱向分布还有助于减弱水泥基复合材料的塑性收缩及冷冻时的张力。研究表明体积掺量0.05%的杜拉纤维混凝土抗裂能力提高近70%。 2.3 抗渗性 内部孔隙率、孔分布和孔特征是影响水泥基复合材料抗渗性的主要因素。以纤维作为增强材料，可以有效控制水泥基复合材料的早期干缩微裂以及离析裂纹的产生及发展，减少材料的收缩裂缝尤其是连通裂缝的产生。另外，纤维起了承托骨料的作用，降低了材料表面的析水现象与集料的离析