高韧性低收缩纤维增强水泥基复合材料特性及应用

基于细观力学设计的高韧性纤维增强水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composite-ECC)是当前比较成功的具有应变硬化特性的水泥基材料。本文介绍了近期通过改进传统ECC基材,研制的低收缩ECC材料的主要力学特性,包括干燥性能,单轴拉伸与压缩性能,弹性模量及极限拉压应变等主要力学参数。试验结果显示,采用低收缩基材的ECC的28d干燥收缩值分别为传统ECC干燥收缩值的0.12～0.20。单轴拉伸结果表明,采用低收缩基材的ECC的极限应变、裂纹宽度等参数与传统ECC相比,也有了明显的改进。在0.55～0.25范围内调整水胶比可以制备出抗压强度为20～60MPa,并保持应变硬化和多点开裂特性不变的水泥基复合材料。除拉伸时表现出显著的塑性变形外,在抗压试验中,该材料在压应力峰值过后也同样表现出明显的类似于金属材料屈服的塑性变形特性。最后对该材料近期应用研究作了介绍。

低收缩延性纤维增强水泥基复合材料抗氯离子渗透性能

为研究低收缩延性纤维增强水泥基复合材料(LSECC)抗氯离子渗透性能,首先研究了水胶比、成型方法以及养护龄期对未开裂LSECC抗氯离子渗透性的影响;然后基于LSECC抗弯力学性能特点,通过四点抗弯方法,并同时控制试件底部受拉区变形值,对不同水胶比LSECC进行预开裂损伤;最后分别采用ASTM C1202电通量法和NEL扩散系数法来评价开裂LSECC的抗氯离子渗透性.结果表明:采用挤压成型且水胶比较低、养护龄期较长的未开裂LSECC抗氯离子渗透性较好;开裂LSECC抗氯离子渗透性可分为基材开裂前和基材开裂后2个阶段;随着水胶比的降低,基材开裂后的裂缝数量和宽度均有所减小,抗氯离子渗透性衰减速度减弱;NEL扩散系数法测试结果对开裂LSECC抗氯离子渗透性变化不敏感.

低干缩延性材料-混凝土复合梁抗弯性能

为研究延性材料对普通混凝土的增强增韧效果,本文采用低干缩高延性纤维增强水泥基复合材料(LSECC)与普通混凝土复合的方式,从试验与模拟两个方面研究了复合梁的抗弯性能.结果表明,在梁底复合低干缩延性材料后不仅可以提高梁的抗弯承载能力,还大幅提升了梁的延性.当LSECC的强度比上层混凝土的强度高时,复合梁的峰值荷载受LSECC层厚的影响明显,随着层厚的增加而增大.当上层混凝土的强度较高时,复合梁的峰值荷载随LSECC层厚度的变化不明显.基于开裂强度和材料应力裂纹宽度关系的抗弯模型可良好地预测不同材料复合梁的弯曲性能,模型结果与实测值吻合良好,可用于组合结构优化设计.

纤维网增强水泥基复合材料加固低延性RC柱抗震性能研究

为明确纤维网增强水泥基(TRC)复合材料加固对低延性钢筋混凝土(RC)柱抗震性能的提升作用,对6根TRC加固RC柱和2根未加固柱分别进行低周反复加载试验,研究TRC加固层纤维织物网层数、剪跨比、轴压比及配箍率对RC柱地震破坏模式的影响,分析TRC加固对低延性RC柱承载能力、变形性能、荷载-位移曲线及耗能能力的影响规律,并给出TRC加固柱等效阻尼比计算方法。结果表明:TRC加固可以明显改善RC柱的低延性地震破坏特性;与未加固柱相比,TRC加固柱的屈服荷载、侧向承载力、延性及耗能能力均有不同程度的提高,且提高幅度随加固层中纤维网布设层数的增加而增大,当采用4层纤维网加固时,柱屈服荷载、承载力、延性提高程度分别可达31.3%、37.8%、109.2%,且总滞回耗能是未加固柱的11倍;所建立的RC柱等效黏滞阻尼比计算模型,可用于地震作用下TRC加固弯剪破坏型RC柱耗能能力评估。

后浇LSECC装配整体式梁受力性能试验研究

该文基于一种新型高韧性低收缩ECC材料-LSECC,提出了两种后浇LSECC装配整体式框架节点方案,以达到提升高烈度区装配整体式框架节点抗震性能并简化配筋的目标。以节点模型为基础构建了对应的梁式构件,完成了5根后浇LSECC装配整体式梁的静力单调加载试验。通过对承载力、刚度、破坏形态与裂缝发展的分析,初步论证了LSECC应用于装配整体式节点的可行性和优势,并对界面(包括热接和冷接)构造、纵筋锚固等关键基础问题进行了探究,提出了合理的构造措施,为后续大比例梁柱节点抗震性能试验奠定了基础。试验表明:采用LSECC的装配整体式梁具有等同现浇梁的承载力和延性,且裂缝宽度相比混凝土梁明显减小;梁跨中采用ECC的范围越大,初始刚度越低,在加载过程中刚度退化越缓慢;ECC与钢筋具有更好的协同工作能力和粘结强度,其锚固搭接长度相比混凝土节点可显著降低,在装配整体式节点处应用该材料能够保证足够的粘结锚固能力;适当的界面构造配筋可有效提升后浇ECC与预制混凝土界面的力学性能,确保界面不成为薄弱面。

FRCC连梁核心筒数值模拟

根据纤维增强水泥基复合材料(FRCC)材性试验结果,建立该材料的应力-应变本构关系.运用有限元模拟软件ABAQUS建立钢筋混凝土核心筒数值模型CW-1,对模型在低周反复荷载作用下的抗震性能进行数值计算,计算结果与试验结果基本一致.将所建核心筒模型连梁材料由普通混凝土替换为同强度等级FRCC,进行数值计算.结果表明,用FRCC替代普通混凝土作为连梁基体,可以显著提高核心筒结构的延性和抗剪承载力,减缓刚度退化.