水分含量对PVA-SHCC断裂能及应变硬化的影响

为研究PVA-SHCC在不同水分含量下的断裂能及应变硬化,对全干燥、半干燥(RH=75%重新润湿)和水浸泡PVA-SHCC进行了三点弯曲与四点弯曲试验。实验表明:PVA-SHCC弯曲韧性受温度影响显著;随水分含量的增加开裂应力减小,变形增大;干燥后的PVA-ECC断裂能随着水分含量的增加逐渐增大。

硅灰与高温损伤对PVA-SHCC单轴拉伸性能影响试验研究

对掺入硅灰及未掺硅灰的两组水泥砂浆试件做了单轴拉伸性能试验,结果表明,单方掺入50kg的硅灰大幅度提高了试件的强度,但对试件的极限应变影响不大;同时,模拟了PVA-SHCC在实际工程应用中所面临不同温度的影响,选取6个(20℃、50℃、100℃、150℃、200℃、300℃)温度,对试件进行了2h的温度损伤处理后进行单轴拉伸试验,结果表明,SHCC极限拉应变随着温度的升高而成下降趋势,但在≤200℃极限应变仍在1.2%以上。

PVA-SHCC力学性能研究综述

PVA-SHCC作为一种新型建筑材料,以其优异的准应变硬化特性及多缝无害化开裂能力得到学者们的广泛关注和工程建设领域的逐步应用。PVA-SHCC的力学性能是当前研究的一个热点,也是将其广泛应用于建筑领域的根基。系统的分析了国内外对PVA-SHCC四大基本力学性能的研究进展,并在此基础上为SHCC力学性能进一步研究方向提出了建议。

高韧性PVA-SHCC多缝开裂后吸水特性研究

制备了高韧性PVA-SHCC(聚乙烯醇-应变硬化水泥基复合材料)试件,通过吸水试验和中子成像试验,研究了未开裂和直拉多缝开裂情况下SHCC的吸水特性.结果表明:中子成像能够对无裂缝和多缝开裂SHCC试件的吸水过程进行可视化追踪和定量分析计算;SHCC在无裂缝时吸水很少,中子成像无肉眼可见的水分前锋;多缝开裂后,能够清晰探测到水分沿80～140μm的裂缝迅速侵入材料内部,并通过遭横向拉拔破坏的纤维与水泥基体界面而充满裂缝区;在这种情况下,应从耐久性角度限制SHCC多重裂缝宽度.

防水剂对受荷开裂下PVA-SHCC渗透性能的影响

受荷载时产生的多重裂缝是SHCC的薄弱部位和外界介质侵入的通路,会加速了结构的耐久性劣化。而对SHCC进行防水处理是提高耐久性的有效措施,研究了防水剂对PVA-SHCC试件抗氯离子渗透性能和受荷开裂下的试件水毛细吸收系数的影响。试验结果表明:对PVA-SHCC进行防水处理可以显著降低试件中的氯离子扩散系数,外涂防水剂试件的氯离子扩散系数只是不掺防水剂的试样的8%到20%,内掺防水剂的试件的氯离子扩散系数只是不掺防水剂试件的60%左右。试件在受荷开裂下的抗渗性比未施加应力试件的抗渗性差,采取防水处理可以有效提高受荷试件的抗渗性能,外涂和内掺处理方式对提高抗渗的效果相差不大。SHCC渗透性能的研究可以为SHCC结构耐久性研究和服役寿命预测提供重要参考。

高温后PVA-SHCC力学性能的试验研究

对PVA-SHCC的高温后力学性能进行了试验研究,观察高温后掺加北京纤维和日本纤维的高性能混凝土的抗压、抗折强度以及质量损失的不同,并分析了在各个温度区间内抗压、抗折强度降低以及质量损失的原因。结果表明:高温对PVA-SHCC的质量损失影响严重,对PVA-SHCC的力学性能也产生了重大影响,但是由于日本纤维和北京纤维的熔点不同,在相同的温度区间内力学性能及质量损失不同。

应变硬化水泥基复合材料(SHCC)弯曲韧性研究

砂浆、混凝土等水泥基复合材料易于开裂、耐久性低劣的主要原因是其抗拉强度低、韧性差。高模量聚乙烯醇(PVA)纤维的添加可以增强水泥基材料的韧性,使其呈现准应变硬化和多微缝开裂特性,从而显著改善结构的耐久性。通过四点弯曲试验研究了PVA纤维体积掺量分别为0、0.75%、1.5%的抗折强度,按照ASTM方法确定了SHCC的弯曲韧度指数,通过JCI方法得到了SHCC的弯曲韧性系数。结果表明,最大抗弯承载力和最大挠度均随纤维掺量的增加而增加,结果可由纤维增强材料的应变硬化特性来解释。同时,与数值模拟结果的比较也证实了上述结论。

应变硬化水泥基材料轴拉荷载下的氯离子渗透

钢筋混凝土结构因为易于开裂而通常难于达到预期的设计使用寿命.原因之一就是水泥基材料在拉伸状态下的应变太小.通过添加聚乙烯醇纤维,水泥基复合材料的拉应变可以提高几百倍.多微缝开裂是准应变硬化水泥基复合材料(Strain Hardening Cement-based Composites(SHCC))的基本特征,然而,只有在外加拉应变下的裂缝不引起水、CO2、氯离子或硫酸根离子等对混凝土结构的侵蚀量显著地增加,这种大应变才对结构的安全性和耐久性有益,从而可以提高结构的使用寿命,降低全寿命周期成本.通过不同拉应变下SHCC的毛细吸水和氯离子渗透试验研究了SHCC的抗渗性能,并探讨了内掺硅烷乳液防水剂对SHCC在不同拉应变下的抗渗性能的影响.结果表明,毛细吸收试验是表征复合受力状态下的水泥基材料耐久性能的简便有效的试验方法;复合受力下极限拉应变不能作为耐久性设计的依据,必须根据渗透性确定能够保证使用寿命的临界拉应变极限状态;内掺硅烷乳液的防水处理方式能够防止SHCC吸收过多的水分或水溶离子,可以使其高应变能力得到更广泛的应用.

添加聚乙烯醇纤维水泥复合材料的硬化拉伸性能（英文）

在应变硬化水泥基复合材料(纤维杂交)中,用聚丙烯部分取代聚乙烯醇(PVA)纤维,可以改善材料的力学性能。通过引入低模量、疏水聚丙烯纤维,提高聚乙烯醇纤维水泥复合材料(PVA-SHCC)的拉伸性和应变硬化性能。拉伸试验结果表明,加入聚丙烯纤维增强了掺杂复合材料的载荷拉伸性能。聚丙烯纤维的几何形状(即截面形状和长度)是提高复合材料应变能力的重要因素。

应变硬化水泥基复合材料-SHCC韧性性能试验研究(英文)

水泥基材料抗拉强度低、韧性差是其易开裂的主要原因之一。高模量PVA纤维可增强基材韧性,使其呈现准应变硬化和多缝开裂特征,改善结构耐久性。通过四点弯曲试验得出了不同加载速率和配比SHCC的力-变形曲线并用CON-SOFT软件计算断裂能。结果表明,硅灰使材料抗压强度有所提高,但最大抗弯承载力和变形下降,断裂能降低。甲基纤维素使SHCC脆性增大。加载速率降低,材料表现出更好的应变硬化性能,微裂缝条数增多。SHCC砂子最大粒径高于ECC,虽达不到后者的最大拉应变,但可降低成本并满足工程需要。韧性性能研究给出了基于耐久性能优化设计和评定SHCC的实用方法。

水泥基整体防水材料在多缝开裂环境下抗氯离子侵蚀试验

在水泥砂浆中掺入聚丙烯纤维制备应变硬化水泥基材料(PVA-SHCC),同时向其中掺入不同比例的硅烷乳液制备水泥基整体防水材料试件,通过四点弯曲试验和氯离子侵蚀试验,测定了不同试件在不同养护龄期、不同应力的多缝开裂环境下抗氯离子侵蚀性能。试验结果表明,氯离子含量随着养护龄期的增加而减小、应变的提高而增加,不同应力环境下,掺入硅烷乳液的试件有较好的抵抗氯离子侵入的能力,可提高试件的抗渗透性,从而延长其耐久性能。

混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料的弯曲性能预测

基于混凝土断裂力学与细观力学理论,同时考虑钢纤维(SF)/聚乙烯醇(PVA)混杂纤维对应变硬化水泥基复合材料(SHCC)弯曲性能的影响,提出了一种适用于SF/PVA纤维混杂SHCC(SF-PVA/SHCC)弯曲性能的预测方法.开展了SF-PVA/SHCC弯曲性能试验,分析了纤维种类和掺量对SHCC抗弯强度、极限弯曲挠度及弯曲荷载挠度曲线的影响.结果表明所提出的弯曲性能计算方法可以较好地预测SF-PVA/SHCC的抗弯强度和极限弯曲挠度.

应变硬化水泥基材料在拉伸作用下的渗透性研究

对应变硬化水泥基材料(PVA-SHCC)试件进行拉伸试验,使试件达到预定的应力及应变后保持不变,静置一段时间后在持续拉伸应力环境下进行抗水渗透性试验和抗氯离子渗透性试验,以测定其在不同应力、应变水平下的抗水和抗氯离子渗透性能。结果表明:试件中毛细吸水量、毛细吸水系数、氯离子含量,均随着应力和应变的提高而增大,当应变达到极限应变的2%时,试件的毛细吸水系数是试件未受荷时的5.5倍。

车辆荷载作用下微开裂LEM-SHCC路桥连接板受力性能研究

为掌握微开裂LEM-SHCC路桥连接板在车辆荷载作用下的受力性能,首先进行混合两种PVA纤维长度(8mm和12mm)LEM-SHCC材料的基本材性(弹性模量、抗压强度及抗拉性能)试验,分析PVA纤维长度对LEM-SHCC材料性能的影响,其次制备混合两种PVA纤维长度的LEMSHCC路桥连接板,研究其在系统温度荷载作用下的吸纳变形能力、裂缝分布规律以及受力特点,随后在微开裂的LEM-SHCC路桥连接板最不利位置模拟车辆荷载作用,研究车辆荷载作用下微开裂LEM-SHCC路桥连接板变形特性,最后进行LEM-SHCC路桥连接板的敏感参数(包括PVA纤维长度、板厚、基层顶面当量回弹模量等)有限元对比分析。研究结果表明:采用混合两种PVA纤维长度LEM-SHCC材料较使用单一纤维LEM-SHCC材料的抗压强度和弹性模量分别提高32%和36%,抗拉初裂应力和极限抗拉强度分别提高51%和8.8%;低周反复拉/压混合两种PVA纤维长度的LEM-SHCC路桥连接板,板面裂缝靠近张拉端多而密,靠近锚固端少而间距大,卸载后表面裂缝可自行闭合,且LEM-SHCC板张拉端和锚固端的内力随着张拉次数的增加而减小;微开裂LEM-SHCC路桥连接板随着车辆荷载增加竖向变形增大,回弹弯沉为0.235mm,小于计算弯沉0.345mm,满足路桥连接板的强度要求;当LEM-SHCC材料的PVA纤维长度为10mm,LEM-SHCC板的设计厚度为150mm,基层顶面当量回弹模量为800MPa时,LEM-SHCC板的最大伸长量、最大应力、拉伸损伤等各项性能最优,该研究成果为LEM-SHCC路桥连接板的设计提供参考。

PVA纤维增强应变硬化水泥基材料韧性性能研究

水泥基材料抗拉强度低、韧性差是其易于开裂、导致结构耐久性低劣的主要原因之一。高模量聚乙烯醇(PVA)纤维可增强水泥基材料韧性,使其呈现准应变硬化和多缝开裂特征,从而改善结构耐久性。本文通过四点弯曲试验得出了不同加载速率和不同配比应变硬化水泥基复合材料(PVA-SHCC)的力-变形曲线并用CONSOFT软件计算断裂能。结果表明,硅灰使材料的抗压强度有所提高,但最大抗弯承载力和变形下降,断裂能随之降低;甲基纤维素使PVA-SHCC脆性增大;随着加载速率的降低,材料表现出更好的应变硬化性能,微裂缝条数增多。

应变硬化水泥基复合材料轴压荷载下的渗透性

钢筋混凝土结构中的混凝土腐蚀和钢筋锈蚀都与混凝土的渗透性密切相关。提高水泥基材料的抗渗性有助于提高其使用寿命,减少使用期内的维修次数,降低全寿命周期内的成本,降低建筑垃圾排放量和能源消耗量。聚乙烯醇纤维增强的应变硬化水泥基复合材料(strain hardening cement-based composites(SHCC))具有超高韧性和应变强化等优异特性,但由于纤维的存在,增加了基材中的微孔隙,如果微孔隙造成材料的渗透性增高,则不利于SHCC在严酷环境下的应用。通过不同轴压荷载下SHCC的毛细吸水和氯离子渗透试验研究其抗渗性,探讨了内掺硅烷乳液防水剂对SHCC在不同轴压应变下的抗渗性能的影响。结果表明,毛细吸收试验是检测水泥基材料复合受力状态下耐久性能的便捷试验方法;内掺硅烷乳液的防水处理方式能够防止SHCC吸收过多的水分或水溶有害离子,可以使其高应变能力得到发挥。

应变硬化水泥基复合材料收缩性能的试验研究

湿度变化引起的收缩开裂在工程裂缝中占很大比重,而裂缝是混凝土结构性能退化和使用寿命缩短的主要原因之一。高模量聚乙烯醇(PVA)纤维的添加可以增强水泥基材料的韧性,使其呈现准应变硬化和多微缝开裂特性,从而显著改善结构的耐久性。自由收缩试验结果表明,应变硬化水泥基复合材料(SHCC)14d龄期能完成80%以上的总收缩,但纤维掺量对自由收缩的影响不显著。限制收缩试验表明,纤维掺量为1.5%的SHCC裂缝控制率可以达到90%以上,同时最大裂缝宽度控制在40μm左右,成为工程上认为的无害裂缝。因此,SHCC作为修复材料或新建结构的永久性模板,可带来巨大的经济效益和社会效益。圆环试验给出了基于耐久性能优化设计SHCC材料的一种实用方法。