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超高韧性水泥基复合材料喷射性能及其结构基本应用的研究

周斌  
【摘要】:超高韧性水泥基复合材料(Ultra High Toughness Cementitious Composites,简称UHTCC)是一种使用短纤维增强,且纤维掺量不超过复合材料总体积的2.5%,硬化后具有显著应变硬化特征,在拉伸荷载下呈现稳态多缝开裂,极限拉应变稳定达到3%以上的水泥基材料。超高韧性水泥基复合材料优异的变形性能、裂缝无害化分散能力和卓越的能量耗散能力,使它特别适用于水利工程、港海工程、交通工程、桥隧工程、地下工程等工程结构的建设和修复加固,可以有效提高结构的耐久性和抗震性,从根本上保证重大基础设施的安全运行,产生可观的长期经济、社会效益。 随着工程建设的发展,喷射混凝土技术正日益受到关注,所具备的免振捣、适用性强等特点为实现特殊条件下的结构快速施工及加固修复提供了可能。对于超高韧性水泥基复合材料而言,如何实现一种简单、快速的喷射工艺并在此基础上进行结构定量化增强和控裂,已经成为备受关注的问题。然而,现有UHTCC材料在喷射施工过程中存在难泵送、易堵管和与结构面粘结性能的问题,为实现UHTCC材料在工程建设以及既有结构修复中的规模化应用,研制一种可用于喷射施工,同时保持原有力学性能的UHTCC材料意义深远。在国家科技支撑计划项目(2012BAJ13B04)的资助下,本文研制了一种适合喷射施工的JHTCC,并对其喷射性能和力学性能进行了系统研究。研究结果显示,所述喷射UHTCC泵送性能良好、堵管率低、与结构面粘结牢、回弹率低、性能稳定,可以实现大厚度、连续性喷射施工。与此同时,喷射UHTCC基本力学性能良好,极限拉伸应变稳定达到1.2%以上,具备应变硬化和多缝开裂特性,适用于表面修补和结构加固等工程应用。在此基础上,本文使用喷射工艺制备了UHTCC材料功能梯度复合梁构件、板构件,研究了不同UHTCC层厚度和不同喷射方式对构件力学性能和控裂效果的影响。最后,本文通过喷射工艺对预裂的钢筋混凝土梁进行修复,相应的四点弯曲试验结果表明修复效果良好。


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