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超高韧性水泥基复合材料试验研究

李贺东  
【摘要】: 超高韧性水泥基复合材料(Ultra High Toughness Cementitious Composites,简称UHTCC)是一种新型的高性能纤维水泥基复合材料,它利用不超过2.5%体积率的短纤维增强,使用常规的搅拌工艺便可加工成型,硬化后的复合材料具有显著的应变硬化特性,极限拉应变能力在3%以上,并可以有效地将极限裂缝宽度限制在100μm以内,有的甚至可以限制在50μm以内,在某种意义上可称为“无缝混凝土”。UHTCC的开发与应用必将有助于解决我国混凝土结构因混凝土韧性差、易开裂、开裂后裂缝宽度难以控制等缺点所引起的一系列工程难题。本文结合自然科学基金项目(50438010)和南水北调项目(JGZXJJ2006-13)开展了一系列的研究,主要内容总结如下: 1.配制了23组应变硬化水泥基复合材料,利用改进的直接拉伸试验方法测试其直接拉伸性能,并依此判定属于UHTCC的配比。 2.依据直接拉伸试验过程和试验结果,合理描述UHTCC应变硬化以及试件开裂的全过程。 3.依据UHTCC直接拉伸应力应变试验曲线,对UHTCC材料在极限抗拉强度之前的应力应变关系进行了合理简化,并给出了相应的抗拉本构方程。 4.利用双边对称开口薄板直接拉伸试验证明了UHTCC材料极限抗拉强度具有对缺口的不敏感性。 5.利用四点弯曲试验研究了UHTCC的抗弯力学性能及在弯曲荷载条件下UHTCC材料的裂缝无害化分散能力。 6.根据UHTCC抗弯力学性能特点,在参考已有纤维混凝土弯曲韧性评价方法的基础上,考虑材料显著的变形硬化特征,提出了适用于评价UHTCC的弯曲韧性评价方法。 7.关于使用四点弯曲试验反分析确定UHTCC的极限抗拉应变,结合材料受弯及受拉特性,在分析JCI及UM反分析方法的基础上,提出了更为合理且简单易行的反分析法。 8.使用UHTCC制作小尺寸的平板式永久性模板和U型永久性模板,用这些模板浇注混凝土复合梁试件,而后进行的四点弯曲试验证明了UHTCC材料是制作参与性永久性混凝土模板的理想选择之一,它不仅可以明显提高结构的极限承载力改善结构延性,更能有效地将混凝土中的有害裂缝分散为多条细密的无害扁平裂缝,尤其是U型UHTCC永久性模板,能够有效地将裂缝宽度在整个梁深都控制在非常细的范围内。


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