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《大连理工大学》 2010年
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超高韧性水泥基复合材料基本力学性能和应变硬化过程理论分析

蔡向荣  
【摘要】: 超高韧性水泥基复合材料(Ultra high toughness cementitious composites, UHTCC)是一种采用中等纤维体积掺量的乱向短纤维增强的高性能水泥基复合材料。它在拉伸和弯曲荷载作用下具有应变硬化和多缝开裂特性,拉伸应变可以达到3%以上,最大裂缝宽度可以控制在0.1mm以下。将该材料应用于混凝土结构,有望解决现代混凝土结构所面临的安全性和耐久性等问题。本文通过试验研究和理论分析,研究UHTCC的性能: (1)通过单轴拉伸试验研究UHTCC的抗拉性能,试验结果显示UHTCC在拉伸荷载作用下具有假应变硬化和多缝开裂特性,以及高延性、高韧性和高裂缝宽度控制能力。极限拉伸应变在3%以上,极限荷载时的最大裂缝宽度在0.1mm以下。而且,UHTCC试件在具有双边切口的情况下,仍然具有应变硬化和多缝开裂特性。 (2)通过四点弯曲试验研究UHTCC的抗弯性能,试验结果显示UHTCC在弯曲荷载作用下具有非常显著的变形硬化特性、多缝开裂特性和高韧性性能。极限挠度高达30mm以上,如此大的变形能力足可以与铝、钢等金属材料相媲美。 (3)通过单轴抗压试验研究UHTCC的抗压性能,试验结果显示UHTCC在压缩荷载作用下仍具有多缝开裂。在试件破坏过程中,这些微裂缝逐渐贯通并形成剪切斜裂缝。UHTCC的抗压强度类似于普通混凝土,抗压弹性模量约是混凝土的1/2-1/3,峰值应变约是普通混凝土的两倍,峰值荷载后的延性和韧性明显增加。 (4)通过对比拉、弯性能指标建立了UHTCC拉弯对应关系,对比结果显示四点弯曲试验可以代替单轴拉伸试验,成为评价UHTCC独特力学性能的简单实用的试验方法。 (5)根据抗压试验结果,参考现有的各种混凝土本构模型,分别针对结构或构件的承载能力极限状态分析和非线性分析,建立适合于描述UHTCC抗压特性的本构模型,为超高韧性水泥基复合材料在工程中的广泛应用提供必要的理论基础。 (6)对比各国关于钢纤维混凝土弯曲韧性的测定与评价标准,建立了UHTCC抗压韧性评价体系,该体系通过5个抗压韧度参数从不同的角度定量的分析了UHTCC的受压韧性性能。分析结果表明UHTCC具有较高的受压韧性和塑性变形性能以及开裂后的荷载承受能力。 (7)针对UHTCC的多缝开裂行为和后多缝开裂行为,在微观力学、断裂力学和数理统计的基础上,分析了UHTCC的应变硬化过程,并建立了相应的理论模型。所建立模型既可以用于复合材料的优化设计,也可以用于复合材料宏观性能的预测。
【学位授予单位】:大连理工大学
【学位级别】:博士
【学位授予年份】:2010
【分类号】:TU528

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【引证文献】
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中国博士学位论文全文数据库 前4条
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【参考文献】
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【共引文献】
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【同被引文献】
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【二级引证文献】
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中国硕士学位论文全文数据库 前3条
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中国博士学位论文全文数据库 前5条
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4 王冰;超高韧性水泥基复合材料与混凝土的界面粘结性能及其在抗弯补强中的应用[D];大连理工大学;2011年
5 刘问;超高韧性水泥基复合材料动态力学性能的试验研究[D];大连理工大学;2012年
6 何娟;建筑复合材料界面改性研究[D];华南理工大学;2011年
7 蔡新华;超高韧性水泥基复合材料耐久性能试验研究[D];大连理工大学;2010年
8 郁军;沥青基碳及其复合材料制备与性能研究[D];太原理工大学;2010年
9 王楠;超高韧性水泥基复合材料与既有混凝土粘结工作性能试验研究[D];大连理工大学;2011年
10 何锐;高韧性水泥混凝土铺装材料特性与结构分析[D];长安大学;2013年
中国硕士学位论文全文数据库 前10条
1 钟传国;水泥基复合材料破坏过程细观数值模拟[D];暨南大学;2013年
2 姜海峰;自感知碳纳米管水泥基复合材料及其在交通探测中的应用[D];哈尔滨工业大学;2012年
3 李昕杨;环保型水泥基复合材料制备工艺及性能的试验研究[D];沈阳工业大学;2012年
4 黄东;超高韧性水泥基复合材料拉伸力学行为解析模型[D];大连理工大学;2010年
5 盛莉;稻草-EPS复合轻质保温墙体材料的研究[D];南昌大学;2011年
6 李翠凡;水泥基复合材料抹面胶浆抗裂性研究[D];河北理工大学;2005年
7 高丽花;聚合物对水泥基复合材料性能影响的研究[D];河北理工大学;2005年
8 王国辉;压电纤维及其水泥基复合材料的制备与性能研究[D];哈尔滨工业大学;2011年
9 唐家元;高亲水聚合物改性水泥基复合材料的研究[D];合肥工业大学;2013年
10 薛常喜;自感知镍粉水泥基复合材料及其应用研究[D];哈尔滨工业大学;2013年
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