超高韧性水泥基材料桥面连续构造的疲劳试验

通过3个桥面连续构造节点的疲劳试验,分析不同材料(普通混凝土和超高韧性水泥基材料(UHTC))和配筋下桥面连续构造的疲劳性能.试验结果表明:在疲劳荷载作用下,UHTC材料表现出了明显的多缝开裂和延性破坏特征;在同等应力条件下,UHTC材料桥面连续构造节点的疲劳寿命是普通钢筋混凝土试件的3倍以上;相同荷载作用下,相比于普通混凝土,UHTC能有效减缓钢筋应变幅的增长,减缓桥面连续构造在疲劳荷载作用下的刚度退化,从而大大提高了桥面连续构造的疲劳寿命.

超高韧性水泥基材料新型框架节点性能研究

进行了9个超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)新型框架节点的抗震试验。研究了轴压比和核心区箍筋间距对新型节点承载能力、滞回特性和耗能能力的影响。结果表明,UHTCC节点出现了大量裂缝间距仅为1mm左右的微细斜向裂缝,节点的开裂荷载和抗剪承载力都有明显的提高。UHTCC材料可降低甚至消除节点核芯区箍筋的用量。在试验基础上,对UHTCC新型框架节点的开裂荷载和极限承载力进行了理论计算,计算值和试验结果总体吻合较好。

超高韧性水泥基材料增强框架节点抗震性能有限元分析

为了研究超高韧性水泥基材料增强框架梁柱节点的抗震性能,采用Opensees有限元软件对3榀框架梁柱中节点进行了非线性有限元分析。通过调整混凝土本构模型中抗拉阶段的荷载-位移关系,模拟了超高韧性水泥基材料的应变硬化性能。计算得到了试件的滞回曲线、骨架曲线和能量耗散系数,并与试验结果进行了对比。两者吻合良好,表明所采用的材料本构关系和建立的非线性有限元模型能够较准确的模拟超高韧性水泥基材料增强框架节点的抗震性能。

超高韧性水泥基材料的制备技术

分别采用活性粉末混凝土(RPC)和渗浇钢纤维混凝土(SIFCON)两种制备工艺,根据水泥基材料结构的多尺度特征,研究了由碳酸钙晶须和微钢纤维复合增强的超高韧性水泥基材料(Ultra-High-Toughness Cementitious Composite,简称UHTCC)的制备技术,测试UHTCC不同配比的抗压强度、抗折强度、抗弯强度以及单轴拉伸性能,采用折压比、韧性指数等多个指标对UHTCC的韧性进行了评价。试验表明:UHTCC的抗压强度、抗折强度、抗弯强度以及延性和韧性都远高于普通钢纤维混凝土,其抗弯强度最高达65.1MPa、韧性指数I20最高达49.21,单轴拉伸试验时呈现明显的假应变硬化行为,极限拉应变可达4%~8%。相对而言,利用SIFCON工艺制得的水泥基材料韧性更高。

超高韧性水泥基材料及其抗震性能

超高韧性水泥基材料(ECC)具有超高的韧性、剪切延性、能量损耗和高损伤承受力的特性。结合ECC的研究应用现状,对ECC及其抗震研究与应用进行了综述,重点对对ECC材料的设计、受压和受拉性能、抗震性能方面的研究与应用进行了综述。

国产PVA/PE纤维混杂超高韧性水泥基复合材料拉压性能试验研究

研究分析了粉煤灰掺量、国产纤维掺量及混杂方式对超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)抗压及直接拉伸性能的影响。结果表明:单掺PVA纤维/PE纤维或混杂使用都可制备出极限拉应变超3%的UHTCC;在相同的纤维混杂方案下(除单掺PVA),各配比抗压强度随粉煤灰掺量的增加整体呈逐渐下降的趋势;当PVA和PE纤维混杂使用时,UHTCC极限拉应变存在明显的正向混杂效应,混杂纤维UHTCC的极限拉应变均大于PVA-UHTCC和PE-UHTCC利用线性插值计算得到的极限拉应变;PVA-UHTCC拉伸失效后的裂缝宽度明显大于PE-UHTCC,当2种纤维混杂时,随着PE纤维掺量增加,裂缝宽度得到有效降低。

沙漠砂超高韧性水泥基复合材料抗冲击荷载试验研究

为研究不同取代率沙漠砂(20%、30%、40%)和聚乙烯纤维掺量(1.0%、1.5%、2.0%)等影响因素对超高韧性水泥基复合材料抗冲击性能的影响,采用落锤冲击试验装置对沙漠砂聚乙烯纤维超高韧性水泥基复合材料试件的抗冲击性能进行了试验研究,并对其冲击耗能和延性系数等指标进行了分析。结果表明:加入一定的沙漠砂和纤维之后,超高韧性水泥基复合材料的抗冲击性能有一定的提升,延性性能得到改善,当沙漠砂取代率为30%,纤维掺量为1.5%时,超高韧性水泥基复合材料的抗冲击性能最好。

盐雾干湿循环作用下超高韧性水泥基复合材料动态压缩性能试验研究

为研究滨海盐雾环境下超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)的动态压缩力学性能,对2组不同腐蚀程度的UHTCC(腐蚀周期为0 d和60 d)开展3组不同应变率(10^(−4)s^(−1)、10^(−3)s^(−1)和10^(−2)s^(−1))的动态压缩力学试验,获得了材料的动态压缩应力-应变曲线和破坏形貌,分析了应变率对不同腐蚀程度的UHTCC弹性模量、峰值强度以及峰值应变的影响。结果表明:相比于未腐蚀试件,60 d盐雾干湿循环作用会导致UHTCC动态压缩强度分别提高44.5%、54.4%和62.4%,动态弹性模量分别提高19.4%、15.3%和28.4%,压缩强度的应变率敏感性上升。通过X射线电子计算机断层扫描(XCT)技术发现盐雾干湿循环环境下材料的孔隙率降低,微观结构变得更加密实。

不同应变率下超高韧性水泥基复合材料力学性能

为了评估不同应变率对超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)力学性能的影响,采用不同的应变率(10^(-5)s^(-1),10^(-4)s^(-1),10^(-3)s^(-1),10^(-2)s^(-1)和10^(-1)s^(-1))对UHTCC进行了单轴压缩试验和四点弯曲试验,分析压缩峰值应力、压缩峰值应变、动态增强因子(DIF)、弯曲极限强度和峰值荷载处的挠度随应变率的变化规律。结果表明:在低应变率下UHTCC材料的压缩性能具有应变率敏感性,压缩峰值应力、压缩峰值应变、动态增强因子(DIF)、弯曲极限强度总体上随着应变率的增加而增加,而峰值荷载处的挠度随着应变率的增加呈下降趋势,在较低应变率下UHTCC材料具有较好的弯曲韧性。

采用超高韧性水泥基复合材料提高钢筋混凝土梁弯曲抗裂性能研究(II):试验研究

基于微观力学建立的第一起裂应力准则和裂缝稳态开裂准则研发的超高韧性水泥基复合材料（英文缩写为UHTCC）在较小纤维掺量下（通常2％体积）拉应力应变曲线表现出明显的伪应变硬化特征，极限拉伸应变可高达3％～5％，极限荷载时平均裂缝宽度仅为60-80μm，实现了宏观有害裂缝向微细无害裂缝的转变，是一种具有高耐久性的新材料。使用UHTCC材料替换钢筋混凝土梁受拉区的部分混凝土，进行三组不同配筋率的UHTCC材料增强钢筋混凝土复合梁的弯曲试验，观察加载开始至破坏整个过程中承载力、变形、与钢筋变形的协调性以及裂缝开展情况的变化，并与普通钢筋混凝土梁做了对比。结果表明，同一配筋率下，在钢筋混凝土梁受拉区使用UHTCC替换部分混凝土较普通钢筋混凝土梁不仅承载力有所提高，而且能够有效地控制裂缝宽度，正常使用阶段裂缝宽度不超过0．1mm，极大提高了结构的耐久性。使用根据梁理论推导的受弯加载各阶段内力变形的解析公式计算了试验粱的弯矩-曲率以及荷载-变形曲线，与试验结果吻合很好。

超高韧性水泥基复合材料单轴受压应力-应变全曲线试验测定与分析

对13组共273个试件进行抗压试验,研究超高韧性水泥基复合材料的抗压性能,测得材料的抗压强度、弹性模量、泊松比以及棱柱体单轴抗压应力-应变全曲线,并与相应基体的抗压性能进行对比分析。根据试验结果得出不同尺寸立方体抗压强度的关系、立方体抗压强度与棱柱体抗压强度的关系、弹性模量和抗压强度的关系。根据实测棱柱体抗压应力-应变全曲线,针对构件的正截面承载力计算和结构的非线性分析,分别提出相应的计算模型。研究成果可为超高韧性水泥基复合材料在实际工程中的应用提供材性依据和理论模型。

超高韧性水泥基复合材料抗冻耐久性能试验研究

超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)具有拉伸应变硬化特性,并伴随多条细密裂缝特征,具有良好的裂缝控制功效,但作为一种新型建筑材料,其在冻融循环条件下的性能是否发生显著改变也是我们关心的一个问题。通过对比试验系统地研究UHTCC与同强度等级的普通混凝土、引气混凝土和钢纤维混凝土在相同冻融循环条件下的性能变化,包括动弹性模量损失、质量损失、弯曲抗拉强度、弯曲韧性、裂缝状态以及UHTCC薄板冻融后的弯曲抗拉强度。结果表明,经过300次冻融循环,UHTCC仍然能较好的保持其原有的应变硬化特征以及拉应力状态下的多条细密裂缝特征,能够完全满足寒冷地区工程的需要。

超高韧性水泥基复合材料研究进展及其工程应用

系统介绍超高韧性水泥基复合材料名称由来、分类、基本性能、材料设计方法及其在实际工程中的应用情况。在基本性能部分,详细地介绍超高韧性水泥基复合材料高于混凝土的受压变形能力、在直接拉伸荷载作用下表现出显著的准应变硬化特征和产生多条细密裂缝的能力、在弯曲荷载作用下表现出的超高韧性和产生多条细密裂缝的能力、在剪切荷载作用下表现出具有明显延性特征的破坏模式、与钢筋的变形协调性能,简要介绍UHTCC对缺口的不敏感性、显著的韧性断裂特征,以及约束收缩特性。在材料设计方法部分,详细介绍准应变硬化模型、准应变硬化性能参数,以及材料中纤维、基体和界面各组分的选择。在实际工程应用部分,介绍材料在提高结构耐久性、进行耐久性修补和在新型结构方面的应用,及其在新建、扩建工程中的使用情况。最后简要分析超高韧性水泥基复合材料在工程中的应用前景,并结合国内外的研究现状提出进一步研究的方向。

超高韧性水泥基复合材料自愈合研究进展

在总结了最近几年国内外相关研究进展的基础上,对超高韧性水泥基复合材料(ECC)及裂缝自愈合进行了综述。着重介绍了裂缝自愈合的最大允许宽度限值以及自愈合机制。提出利用ECC所独具的对裂缝宽度的可控性及紧密细小的微裂纹、较低的水胶比及矿物掺合料的二次水化效应可实现其良好的自愈合特性。最后指出该研究领域所面临的挑战及今后的研究方向,为ECC裂缝自愈合的研究提供有价值的理论参考。

超高韧性水泥基复合材料功能梯度板接触爆炸数值模拟

超高韧性水泥基复合材料(Ultra-High Toughness Cementitious Composites,UHTCC)具有优异的韧性和吸能效果,采用UHTCC和UHPC材料制成的功能梯度板具有优越的抵抗爆炸冲击性能。为了更好地研究UHTCC材料在爆炸荷载下的损伤规律,设计出性能优良的防护结构,该文利用LS-DYNA软件对UHTCC功能梯度板接触爆炸进行了数值模拟。探讨了靶体材料、炸药量、配筋情况、能量吸收层厚度对结构抗爆性能的影响。研究结果表明,UHTCC功能梯度板可以有效减少爆炸荷载下的开坑、震塌以及靶体损伤,同时吸收更多的爆炸冲击波,从而达到优良的抗爆效果。配置拉结筋并合理设置能量吸收层厚度能有效减少靶体损伤。

超高韧性水泥基复合材料直接拉伸试验研究

对已有应变硬化水泥基复合材料薄板型试件的直接拉伸试验方法进行改进,并利用改进后的测试方法研究超高韧性水泥基复合材料(Ultra High Toughness Cementitious Composite,简称UHTCC)的受拉性能,通过试验系统地给出利用国产基体原材料配制的超高韧性水泥基复合材料的直接拉伸特性,具体包括直接拉伸应力-应变曲线和极限裂缝宽度等特征指标。试验结果表明,所研制的超高韧性水泥基复合材料的极限拉应变可以稳定地达到3%以上,并具有良好的裂缝宽度控制能力,在荷载达到峰值的情况下对应的裂缝宽度可以有效地控制在100μm以内,有些甚至在50μm以内,可称为"无缝混凝土"。还利用该方法对具有不同初始缝高比的双边对称开口薄板试件进行系统地研究,试验表明超高韧性水泥基复合材料对缺口不敏感,即使在初始缝高比达到0.5的情况下,超高韧性水泥基复合材料仍具有显著的应变硬化性能及良好的裂缝无害化分散能力。超高韧性水泥基复合材料这些优异的性能将使其在结构防裂、防水、抗震、耐久性修补与防护等方面发挥显著作用。

PVA纤维对超高韧性纤维增强水泥基复合材料力学性能的影响

通过对超高韧性纤维增强水泥基复合材料制作的立方体试件、棱柱体试件,进行了抗压、抗折和I型断裂试验,研究了不同配合比下各组试块的抗压强度等力学指标与纤维掺量及基体材料强度的关系,研究了荷载与变形的关系、及不同切口高度试件的抗裂性能等。试验结果表明:合理的配合比及最佳PVA掺量能提高纤维增强水泥基复合材料的抗压强度、抗折强度以及抗裂韧度;研究了国产PVA纤维与进口PVA纤维的合理掺量,在相同力学指标的前提下,利用国内PVA纤维造价低的优势,可实现部分代替超高性能水泥基复合材料中的进口PVA纤维,从而达到这种复合材料国产化、本地化的目的。

超高韧性纤维增强水泥基复合材料基本力学性能

研制了采用高强高弹模聚乙烯醇纤维作为增强材,以精制水泥砂浆为基体的超高韧性水泥基复合材料。本文通过单轴拉伸试验、四点弯曲试验、单轴抗压试验、三点弯曲断裂试验研究了这种新型材料的抗拉、抗弯、抗压和抗裂性能。试验结果表明,该材料在拉伸和弯曲荷载作用下具有假应变硬化和多缝开裂特性,以及高延性、高韧性和高能量吸收能力。极限荷载时的最大裂缝宽度在50μm左右。拉伸和弯曲试验测得的极限拉伸应变在3%以上,平均裂缝间距1mm左右。其抗压强度类似于混凝土,抗压弹性模量较低,但受压变形能力比普通混凝土大很多。通过三点弯曲断裂试验证明,该材料的峰值荷载及其对应变形都较基体有明显的提高。缺口拉伸试件和缺口梁试件均证明,该材料可以将单一裂缝细化成多条细裂缝,同时该材料具有对小缺口不敏感的特性。4种试验的结果证明该材料在各种破坏荷载作用下均能保持良好的整体性,不发生碎裂破坏。

用纳米压痕技术表征超高韧性水泥基复合材料(ECC)的裂缝自愈合特性

为了探究ECC裂缝自愈合体系中不同物相的微观力学性能,应用纳米压痕技术对经历10个干湿循环环境后裂缝自愈合ECC体系中不同物相的荷载-位移、接触刚度-位移、弹性模量及硬度进行了研究。结果表明:当荷载相同时,压入深度大小顺序为:纤维>ITZ>SHP>基体>粉煤灰>砂子;接触刚度与压入深度近似呈线性关系;粉煤灰和砂子的弹性模量及硬度是体系中最高的,远远高于其他相,其次是基体,接下来是SHP、ITZ,最差的是纤维。

超高韧性水泥基复合材料与既有混凝土黏结性能

通过共256块超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)与既有混凝土黏结而成的立方体试件的劈拉和剪切试验,研究了既有混凝土黏结面粗糙度、抗压强度、黏结面干湿状态以及UHTCC浇筑方位等因素对该2种材料黏结劈拉强度、黏结剪切强度的影响.研究表明:在相同浇筑条件下,各种因素对UHTCC与既有混凝土黏结劈拉强度和黏结剪切强度的影响趋势基本一致;黏结强度(黏结劈拉强度、黏结剪切强度)随既有混凝土黏结面粗糙度以及抗压强度的增大而升高;黏结面为湿饱和状态的黏结试件黏结强度高于黏结面为干燥状态的黏结试件;水平向黏结面浇筑试件的黏结强度高于竖直向黏结面浇筑试件.