3.超高韧性纤维增强水泥基复合材料基本力学性能
纤维增强复合材料的力学性能测试
纤维增强复合材料的力学性能测试纤维增强复合材料是一种由纤维（如碳纤维、玻璃纤维等）与基质（如树脂、金属等）组成的复合材料。
由于其高强度、高刚度以及优异的特性，纤维增强复合材料在工程领域中广泛应用。
然而，为了确保其可靠性和可持续性，对纤维增强复合材料的力学性能进行测试和评估显得尤为重要。
首先，对于纤维增强复合材料的力学性能测试，常见的目标是测量材料的强度、刚度和韧性等参数。
其中，最常用的测试方法是拉伸试验。
这种试验是通过将试样悬挂在两个夹具中，施加拉力来测量材料在拉伸状态下的应力和应变。
通过分析应力-应变曲线，可以得到纤维增强复合材料的弹性模量、屈服强度、断裂强度等力学性能参数。
除了拉伸试验，还可以进行压缩试验和弯曲试验等来评估纤维增强复合材料的力学性能。
压缩试验通常是将试样置于两个夹具之间，施加压力，测量材料在压缩状态下的应力和应变。
而弯曲试验则是通过在试样上施加弯曲力，测量材料在弯曲状态下的应力和应变。
这些试验可以更全面地了解材料在不同加载方式下的行为特性。
除了确定力学性能参数外，纤维增强复合材料的疲劳性能也是需要测试的关键属性之一。
疲劳试验常用于评估材料在循环负载下的抗疲劳性能。
这种试验通过对试样施加循环载荷，使试样在一定的载荷幅值下进行循环加载，持续一定次数，然后观察试样的破坏状态。
通过疲劳试验可以确定材料的疲劳寿命和应力寿命曲线，为材料在实际应用中的设计和使用提供重要依据。
此外，纤维增强复合材料的显微结构也是影响其力学性能的重要因素之一。
通过显微观察和分析，可以揭示纤维增强复合材料的纤维分布、纤维排列和界面结构等细节。
常用的显微观察方法包括光学显微镜、扫描电子显微镜和透射电子显微镜等。
这些方法可以帮助我们深入了解纤维增强复合材料的微观特征，并为优化材料结构和制备工艺提供指导。
最后，除了对纤维增强复合材料进行力学性能测试外，还需要了解其耐久性能和环境适应性。
一些其他的测试方法如热膨胀系数、阻燃性能、耐腐蚀性能和导电性能测试等也可以进行。
纤维增强复合材料的力学性能
纤维增强复合材料的力学性能纤维增强复合材料（Fiber-reinforced composites，简称FRC）是一种重要的工程材料，其具有高强度、高刚度和低密度的特点，被广泛应用于航空航天、汽车和建筑等领域。
本文将重点探讨纤维增强复合材料的力学性能及其对材料性能的影响。
首先，纤维增强复合材料的力学性能主要包括强度、刚度和韧性。
其中，强度是指材料在外力作用下抵抗破坏的能力，通常以拉伸强度来衡量。
纤维增强复合材料的强度主要由其中的纤维决定，而纤维的强度一般远大于基体。
这是因为纤维具有长而细的形状，使其能够有效地承受外力并转移到周围的基体上。
另外，纤维之间的相互作用也会增强整体的强度。
与强度相伴随的是刚度，即材料对外力的抵抗能力。
纤维增强复合材料的刚度主要取决于纤维的刚度和其含量。
由于纤维的高刚度，纤维增强复合材料通常具有较高的刚度，这使得材料在受到外力时能够保持形状的稳定性，并减小变形程度。
这对于一些要求高精度的工程结构来说非常重要。
然而，纤维增强复合材料的脆性也导致其在遇到冲击负载时易发生断裂。
为了提高纤维增强复合材料的韧性，可以采取增加纤维与基体的粘结强度、增加基体的韧性和改变纤维的排列方式等措施。
此外，通过添加填充剂、纤维交替布置等方式也可以提高复合材料的韧性。
除了综合性质，还应该关注纤维增强复合材料的疲劳性能。
由于现实工程环境中的材料往往会受到循环载荷的作用，疲劳性能对于材料的可靠性也是一个重要的考虑因素。
纤维增强复合材料的疲劳性能受到纤维和基体的性质、纤维体积分数、制备工艺等多种因素的影响。
通过优化这些因素，可以提高材料的疲劳寿命。
最后，要提到纤维增强复合材料的温度效应。
在高温环境中，纤维增强复合材料的力学性能会发生变化，甚至会引起材料的失效。
这是因为纤维和基体的材料性质在高温下可能会发生改变，例如纤维的脆化和基体的软化。
因此，在应用纤维增强复合材料时，需要考虑材料在不同温度条件下的性能和稳定性。
混凝土中纤维增强材料的力学性能研究
混凝土中纤维增强材料的力学性能研究一、引言混凝土是一种广泛应用于建筑、桥梁、道路等工程中的材料，但其本身的抗张强度较低，易发生开裂。
为了提高混凝土的抗张性能，纤维增强材料开始被广泛应用于混凝土中，以增强混凝土的力学性能。
本文将探讨混凝土中纤维增强材料的力学性能。
二、纤维增强材料的种类纤维增强材料主要有以下几种种类：1. 碳纤维：碳纤维具有高强度、高模量、低密度等优点，被广泛应用于航空、航天等高端领域；2. 玻璃纤维：玻璃纤维具有低成本、耐腐蚀、绝缘等优点，主要应用于建筑、汽车、电器等领域；3. 金属纤维：金属纤维具有高强度、高耐热性、耐腐蚀性等优点，主要应用于航空、航天、军工等领域。
三、纤维增强混凝土的力学性能1. 抗拉强度：纤维增强混凝土具有较好的抗拉强度，能够有效防止混凝土的开裂；2. 抗压强度：纤维增强混凝土的抗压强度通常与普通混凝土相当或略高；3. 抗弯强度：纤维增强混凝土的抗弯强度较高，能够有效防止混凝土在受力时的断裂；4. 冲击韧性：纤维增强混凝土的冲击韧性较好，能够有效吸收冲击能量，减少损伤。
四、纤维增强混凝土的应用领域1. 道路、桥梁：纤维增强混凝土能够有效减少道路、桥梁的开裂，延长使用寿命；2. 水利、水电：纤维增强混凝土能够有效提高水利、水电建筑物的抗震、抗风、抗冲击能力；3. 建筑、地下工程：纤维增强混凝土能够有效防止建筑、地下工程的开裂，提高安全性。
五、纤维增强混凝土的制备方法纤维增强混凝土的制备方法主要有以下几种：1. 手工制备：将纤维和混凝土手工混合，适用于小规模施工；2. 机械制备：采用混凝土搅拌机等机械将纤维和混凝土混合，适用于大规模施工；3. 喷涂制备：将纤维和混凝土通过喷涂机喷涂在建筑物表面，适用于外墙保温等施工。
六、纤维增强混凝土的应用案例1. 香港特别行政区立法会大楼：该建筑采用了玻璃纤维增强混凝土，提高了建筑物的抗震性能；2. 北京大兴国际机场：该机场采用了碳纤维增强混凝土，提高了跑道的承载能力；3. 上海世博会中国馆：该建筑采用了金属纤维增强混凝土，提高了建筑物的抗风性能。
不同纤维增强水泥基复合材料的基本力学性能研究
168
168
2
2
55. 0
0. 110
267
267
1. 1
1
—
—
1. 6 — 251 276 251 276 1 0. 9 1 1. 0 — — — —
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0. 7
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537
537
3
1
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—
1. 1 — 472 472 472 472 2. 5 2. 5 1 1. 0 — — — —
407
407
图 1 四点弯曲试验 Fig．1 Flexural test with four-point loading
No．1
王文炜等： 不同纤维增强水泥基复合材料的基本力学性能研究
151
2 试验结果与分析
2. 1 临界体积率 拌和试验结果表明，碳纤维 CF1 的临界体积率最低．当纤维体积掺量为 1%时仍能够
2
1
—
—
181
181
51
15
7. 3
1. 210
3. 1 0. 063 180 179 201 189 62 62. 7 9 11. 3 12. 2 10. 2 1. 982 1. 388
176
185
75
10
11. 0
0. 973
四 点 弯 曲 试 件 为 3 分 点 对 称 加 载，净 跨 径 为 300mm，如图 1 所示． 采用 MTS 公司生产的 CMT-5000 万能试验机 进 行 加 载，以 位 移 进 行 控 制，加 载 速 率 为 1mm / min．跨中截面挠度与荷载变化曲线通过计算机 自动采集．
文献标识码： A
超高韧性水泥基复合材料试验研究
超高韧性水泥基复合材料试验研究摘要：本文主要研究了超高韧性水泥基复合材料的试验制备及其性能表征。
通过优化材料选择和工艺流程，成功制备出具有优异韧性的水泥基复合材料。
本文的研究成果对于推动水泥基复合材料的发展具有一定的理论和实践意义。
关键词：超高韧性，水泥基复合材料，材料选择，工艺流程，性能测试。
引言：水泥基复合材料是一种由水泥、增强体和外加剂等组成的新型复合材料。
由于其具有高强度、高韧性、抗腐蚀、耐久性强等特点，被广泛应用于桥梁、道路、建筑等领域。
随着科学技术的发展，人们对水泥基复合材料的要求越来越高，尤其是对其韧性的要求。
因此，开展超高韧性水泥基复合材料的试验研究具有重要的现实意义。
材料选择：在本次研究中，我们选择了高强度水泥、纤维增强体、减水剂等为主要原材料。
其中，高强度水泥提供了优异的强度和耐久性；纤维增强体（如钢纤维、聚丙烯纤维等）可以有效地提高材料的韧性；减水剂则有助于改善材料的可加工性和力学性能。
工艺流程：制备超高韧性水泥基复合材料的工艺流程如下：首先将原材料按照一定比例混合均匀，然后加入适量的水进行搅拌，最后在压力机中压制成型并养护。
其中，搅拌时间的控制、压力机的压制压力和养护条件的设定等因素都会对材料的性能产生影响。
性能测试：为了表征超高韧性水泥基复合材料的性能，我们对其进行了抗压强度、抗折强度、韧性等指标的测试。
测试结果表明，该材料具有优异的力学性能，其抗压强度和抗折强度均高于普通水泥基复合材料，同时，其韧性也得到了显著提高。
通过本次试验研究，我们成功地制备出了具有优异韧性的超高韧性水泥基复合材料。
通过对材料选择和工艺流程的优化，实现了对该材料的力学性能的有效提升。
本文还对制备过程中的影响因素进行了分析，为进一步优化制备工艺提供了理论依据。
然而，本研究仍存在一定的局限性。
例如，对于材料韧性的提高机制以及制备工艺与材料性能之间的内在尚需深入探讨。
未来研究方向可以包括：进一步优化纤维增强体的分散和拌合工艺，探究不同纤维对材料韧性的影响机制，以及开展针对不同应用场景的超高韧性水泥基复合材料的优化设计和制备技术研究。
纤维增强复合材料的力学性能与设计优化
纤维增强复合材料的力学性能与设计优化纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Composites，FRC）是一种由纤维与基体相互结合形成的材料。
纤维通常由高强度的材料如碳纤维、玻璃纤维或有机纤维制成，而基体则由具有良好韧性的树脂材料如环氧树脂或聚合物构成。
FRC具有轻质、高强度、耐腐蚀和优异的耐磨损特性，因此在许多工业领域中得到广泛应用。
力学性能是评价FRC材料性能的重要指标之一。
它涵盖了多个方面，包括强度、刚度、韧性、疲劳性能等。
首先，强度是指材料在承受外部加载时的抵抗力。
在纤维增强复合材料中，纤维起到了增强材料强度的作用，可以通过纤维的类型、体积分数和纤维排列方式来调节材料的强度。
其次，刚度是指材料对变形的抵抗力。
刚度与纤维的排列方式、基体材料的刚度以及纤维和基体界面的黏合强度有关。
韧性是指材料抵抗断裂的能力。
纤维增强复合材料具有良好的韧性，特别是碳纤维增强复合材料，其疲劳性能也十分出色。
设计优化是指通过改变FRC材料的组成和结构，在保持或提高强度、刚度和韧性等力学性能的基础上，使材料尽可能轻、耐久和经济。
设计优化可以通过多种方法实现。
一种常见的方法是通过有限元分析（Finite Element Analysis，FEA）模拟材料的受力情况，利用计算机模拟来预测材料的性能，进而指导设计。
通过调整纤维体积分数、纤维排列方式、基体材料和纤维增强剂等参数，设计优化可以找到最佳组合，使得材料在特定载荷条件下能够承受最大荷载。
此外，设计优化还可以通过增加纤维的层数和改变纤维的分布，来提高材料的强度和刚度。
层数的增加能够有效提高材料在平面内的强度，而纤维分布的改变则可以提高材料在不同方向上的性能。
例如，将纤维按照斜角排列可以提高材料的剪切强度，将纤维按照环向排列可以提高材料的环向刚度。
这些方法可以通过试验和优化算法结合来实现，以找到最佳的设计方案。
除了以上内容，还可以通过添加填充物、表面修饰和纤维合成等方式来优化FRC材料的力学性能。
水泥基复合材料的力学与结构性能分析
水泥基复合材料的力学与结构性能分析随着科技的不断发展，新材料的出现不断挑战着传统材料的地位。
在建筑行业中，水泥基复合材料因其优异的力学和结构性能得到不少关注。
本文将从不同角度来分析水泥基复合材料的力学和结构性能。
一、水泥基复合材料的种类和成分水泥基复合材料是一种由无机材料和有机材料，包括水泥、纤维、钢筋、高分子材料等构成的新型复合材料。
水泥基复合材料的成分和种类十分复杂，以下是一些常见的水泥基复合材料及其组成：1. 钢筋混凝土：由水泥砂浆和钢筋构成，钢筋是主要受力构件，水泥砂浆是钢筋保护层和传递荷载的介质。
2. 玻璃纤维增强水泥基复合材料：由水泥、玻璃纤维、添加剂等构成。
这种材料具有较好的抗拉强度和耐久性。
3. 碳纤维增强水泥基复合材料：由水泥、碳纤维、添加剂等组成，具有优异的抗拉性能和高温稳定性。
二、水泥基复合材料的力学性能分析在建筑行业中，材料的力学性能至关重要。
水泥基复合材料具有一些卓越的力学性能，如抗拉强度、抗压强度、弹性模量等。
1. 抗拉强度水泥基复合材料的抗拉强度一般较低，但加入纤维增强剂可以有效提高材料的抗拉性能。
碳纤维增强剂是目前较为常用的增强材料，研究表明，使用碳纤维增强剂可以有效提高水泥基复合材料的抗拉强度，提高其耐久性。
2. 抗压强度水泥基复合材料的抗压强度是其重要的力学性能之一，它主要取决于水泥的品种、浆料的掺合比和固化方式等因素。
钢筋混凝土具有很高的抗压强度，大约为50~100MPa，而纤维增强水泥基复合材料的抗压强度一般在20~40MPa之间。
3. 弹性模量弹性模量是评价材料强度和刚度的指标之一，它反映了材料受力时的变形能力。
水泥基复合材料的弹性模量一般在30~50GPa之间，而高性能纤维增强水泥基复合材料的弹性模量一般可达到100GPa。
三、水泥基复合材料的结构性能分析在建筑行业中，材料的结构性能是十分关键的。
水泥基复合材料的结构性能需考虑其耐久性、抗冻性、耐久性和防水性。
高延性纤维增强水泥基复合材料的微观力学设计、性能及发展趋势共3篇
高延性纤维增强水泥基复合材料的微观力学设计、性能及发展趋势共3篇高延性纤维增强水泥基复合材料的微观力学设计、性能及发展趋势1高延性纤维增强水泥基复合材料是一种新型的建筑材料，具有很好的耐久性和机械性能，可以应用于广泛的领域，如道路、桥梁、建筑和水利工程等。
本文将从微观力学设计、性能和发展趋势三个方面探讨该复合材料的最新研究进展。
一、微观力学设计高延性纤维增强水泥基复合材料的性能与微观结构密切相关。
为了设计出高性能的材料，需要对其微观结构进行优化。
最近几年，研究者在这方面取得了很多进展。
他们运用多种方法，如有限元分析、半解析法和多尺度方法等，对该复合材料的微观结构进行了建模和分析。
他们发现，纤维的排布和分布、纤维的形状和尺寸以及水泥基材料的组成和结构等因素都会对复合材料的性能产生重要影响。
一个恰当设计的微观结构可以提高该复合材料的强度、韧性和耐久性等性能。
二、性能高延性纤维增强水泥基复合材料具有众多优良性能，体现在以下几个方面。
1.高强度：该复合材料的强度远高于普通混凝土，具有较好的承载能力，适用于桥梁、隧道等大型工程。
2.高延性：该复合材料的延性比普通混凝土更好，能够抵御灾害因素的冲击，增加工程的安全性。
3.优异的耐久性：该复合材料中纤维的存在，能够有效提高其抗裂性和耐久性，使其在复杂环境中更为稳固。
4.良好的耐磨性：由于该复合材料内部含有高强度纤维，能够有效提高其强度，使其在耐久性上更胜一筹。
5.优秀的耐久性：该复合材料能够抵御较强的冲击力，避免出现应力等问题，长久维持良好的表现。
三、发展趋势随着科技的不断进步，高延性纤维增强水泥基复合材料还有很大的发展空间。
研究人员需要从以下几个方面进行深入研究。
1.探究微观结构优化：通过优化微观结构，进一步提高该复合材料的性能。
2.强度与韧性的平衡：进一步平衡复合材料的强度与韧性，使其适用于各种场所。
3.新型纤维材料的运用：运用新型纤维材料，如碳纤维等，进一步提高复合材料的机械性能。
纤维增强水泥基复合材料
纤维增强型水泥基复合材料一、纤维增强型水泥基复合材料的概述纤维增强型水泥基复合材料是以水泥与水发生水化、硬化后形成的硬化水泥浆体作为基体，以不连续的短纤维或连续的长纤维作增强材料组合而成的一种复合材料。
普通混凝土是脆性材料，在受荷载之前内部已有大量微观裂缝，在不断增加的外力作用下，这些微裂缝会逐渐扩展，并最终形成宏观裂缝，导致材料破坏。
加入适量的纤维之后，纤维对微裂缝的扩展起阻止和抑制作用，因而使复合材料的抗拉与抗折强度以及断裂能较未增强的水泥基体有明显的提高。
二、纤维增强型水泥基复合材料的力学性能在纤维增强水泥基复合材料中，纤维的主要作用在于阻止微裂缝的扩展，具体表现在提高复合材料的抗拉、抗裂、抗渗及抗冲击、抗冻性等。
• 2.1 抗拉强度•在水泥基复合材料受力过程中纤维与基体共同受力变形，纤维的牵连作用使基体裂而不断并能进一步承受载荷，可使水泥基材料的抗拉强度得到充分保证；当所用纤维的力学性能、几何尺寸与掺量等合适时，可使复合材料的抗拉强度有明显的提高。
•• 2.2 抗裂性在水泥基复合材料新拌的初期，增强纤维就能构成一种网状承托体系，产生有效的二级加强效果，从而有效的减少材料的内分层和毛细腔的产生；在硬化过程中，当基体内出现第一条隐微裂缝并进一步发展时，如果纤维的拉出抵抗力大于出现第一条裂缝时的荷载，则纤维能承受更大的荷载，纤维的存在就阻止了隐微裂缝发展成宏观裂缝的可能。
• 2.3 抗渗性纤维作为增强材料，可以有效控制水泥基复合材料的早期干缩微裂以及离析裂纹的产生及发展，减少材料的收缩裂缝尤其是连通裂缝的产生。
另外，纤维起了承托骨料的作用，降低了材料表面的析水现象与集料的离析，有效地降低了材料中的孔隙率，避免了连通毛细孔的形成，提高了水泥基复合材料的抗渗性。
2.4 抗冲击及抗变形性能在纤维增强水泥基复合材料受拉（弯）时，即使基体中已出现大量的分散裂缝，由于增强纤维的存在，基体仍可承受一定的外荷并具有假延性，从而使材料的韧性与抗冲击性得以明显提高。
纤维增强水泥基复合材料性能研究综述
纤维增强水泥基复合材料性能研究综述作者：王菲来源：《科学与技术》 2018年第5期摘要：水泥混凝土在工程建设中应用广泛；纤维材料的掺入提高了水泥基材料的抗拉、抗裂、韧性和变形性能。
本文主要介绍了纤维增强水泥基复合材料；尤其是PVA 纤维、混杂纤维物理力学性能研究。
关键字：纤维增强水泥基；PVA 纤维；混杂纤维引言水泥是当代建设中应用较为广泛、用量较多的建筑材料。
但在实际的工程应用中，传统的水泥基材料表现出来的抗拉强度低、脆性大、易开裂、变形能力差等特点，限制水泥应用与发展。
伴随着新材料技术发展，纤维增强水泥基复合材料的概念被提出，在近50 年来得到较快的发展。
通过加入纤维材料提高水泥的抗拉、抗裂、韧性以及变形性能。
目前，较为常用的纤维材料是：碳纤维、玻璃纤维、PVA 纤维等。
1 纤维增强水泥基复合材料性能研究水泥为脆性材料，将纤维材料加入水泥中，不仅改善了水泥的抗拉等力学性能，并且改变其发生的破坏形态，提高延性，纤维的不同特性使纤维增强水泥基复合材料的性能表现出差异。
董岩[2]对于碳纤维增强水泥基材料的研究中，在水灰比一定的条件下，纤维掺量为0.6%时，水泥抗压强度提高了27%，在劈拉试验中，纤维掺量为0.8%时，抗拉强度增强30%，碳纤维的较强的韧性一方面抑制了水泥基裂缝的发展。
在王炜文[3]对于不用纤维增强水泥基复合材料力学性能的试验研究中，对于PVA 纤维、碳纤维、玄武岩纤维、PP纤维增强水泥基复合材料进行四点弯曲试验，得到的各项力学指标中，掺入碳纤维、玄武岩纤维的水泥材料极限荷载为PVA 纤维材料的1.5 倍，但其挠度、裂缝特点等延性特点较差，PVA、PP 纤维增强水泥基复合材料的极限荷载较低，但在破坏中呈现出了多点开裂的现象，裂缝数量较少，其中，PVA 纤维的最大裂缝宽度相对较小。
高延性纤维增强水泥基复合材料(EngineeredCementitious Composite,ECC)最早是在20世纪90 年代，由密歇根大学的Li[4]教授提出的。
超韧水泥基复合材料力学性能试验研究
1.1基体材料的选择 水泥：冀东牌P.O 42.5普通硅酸盐水泥。
粉煤灰：采用II级粉煤灰，比表面积为655m2/kg, 密度为2.43g/m3o
石英砂：采用70-140目石英砂。 水：西安市生活饮用水。 外加剂：增稠剂、减水剂。 1.2纤维的选择 一般情况下，超韧水泥基复合材料在纤维的选取上要 符合下列要求: 1 ）高抗拉强度。纤维的抗拉强度至少要为基材的 100倍以上；
1.1
>1930 35
10
12
2.7
4500 100
8
13
2搅拌工艺
搅拌工艺直接影响纤维在基体中的分散性，进而影响
到纤维增强水泥基复合材料的力学性能，本文通过对比几 种不同的搅拌工艺，最后确定如下工艺为最优搅拌方法。 设置到手动搅拌，开动搅拌机干拌5分钟，等其混合均匀 后加水湿拌5分钟，接着将纤维和外加剂均匀的添加到搅 拌锅中，搅拌5分钟后将叶片和锅壁上的浆体刮入料斗内 继续搅拌10分钟，使其搅拌均匀。
72
2 ）高杨氏模量。纤维的杨氏模量比基材大的越多， 则在荷载的作用下纤维发挥的作用越大；
3 ）高变形能力。纤维的极限延伸率需比基材高10倍 以上，但是也不能高太多，否则会造成纤维过早从基材中
脱离，纤维的作用未能完全发挥；
4） 低泊松比。纤维的泊松比应小于0.40；
5） 高粘结强度。基材与纤维的界面粘结强度需超过 1MPa；
关键词：抗弯；位移；纤维；韧性 Abstract： This paper experimentally compares the compressive strengths of concrete and super-tough cementiiious composites. The results show that although the fiber incorporation does not increase the strength remarkably, it significantly changes the failure mode. At the same time, four-point bending tests are carried out on two domestic fiber rein forced cementitious composites with different amounts of fibers. The size of the specimen is 400mm * 100mm x 15mm. The results show that the specimen with 2% polypropylene fiber has the best ductility, Its mid-span displacement reaches 35.6mm. Keywords: bending resistance; displacement; fiber; ductility 中图分类号:TU528.58 文献标识码：B 文章编号:1003-8965(2019)02-0072-04
纤维增强复合材料加固混凝土结构基本力学性能和长期受力性能研究共3篇
纤维增强复合材料加固混凝土结构基本力学性能和长期受力性能研究共3篇纤维增强复合材料加固混凝土结构基本力学性能和长期受力性能研究1传统的混凝土结构在使用过程中会出现裂缝、变形等问题，降低了结构的承载能力和使用寿命。
为了加强和修复这些受损的混凝土结构，通常采用纤维增强复合材料（Fiber Reinforced Polymer，FRP）加固技术。
纤维增强复合材料是一种由纤维与基体材料复合而成的材料，具有轻质、高强、耐腐蚀、耐疲劳等优点，在工程结构的加固中得到了广泛的应用。
FRP加固技术将FRP片、FRP筋等材料加在混凝土结构受力位置，使得受损的混凝土结构得到了加固和修复，提高了结构的抗震性能和使用寿命。
然而，在进行FRP加固时，需要考虑的问题很多，如FRP加固材料的选择、加固方式的选择、加固数量、加固长度、加固局部施加程度等问题。
因此，在进行FRP加固之前，需要进行充分的基础试验和计算分析，为实际施工提供科学依据。
FRP加固混凝土结构的基本力学性能可以通过多种试验进行研究，如拉伸试验、弯曲试验、剪切试验、压缩试验等。
拉伸试验是最基本的一种试验方法，能够测定FRP加固材料的抗拉强度、弹性模量、玻璃化温度、断裂伸长率等基本性能。
弯曲试验能够模拟混凝土结构在受外力作用下的变形情况，测定FRP加固后结构的抗弯承载力、变形性能等。
剪切试验主要用于测定FRP加固结构在受剪切作用下的抗剪强度、剪切模量等性能。
压缩试验用于研究FRP加固结构在受压作用下的抗压试验、变形性能等。
通过这些试验，可以评估FRP加固材料的力学性能，为混凝土结构的加固提供科学的依据。
FRP加固混凝土结构的长期受力性能也是需要研究的重要问题。
长期受力下，FRP加固结构的性能有可能发生变化，如水解、脱粘等问题，影响加固效果。
因此，在进行FRP加固混凝土结构时，需要进行长期的试验研究，以确定FRP加固的可靠性和耐久性。
长期受力下的FRP加固混凝土结构的性能研究可以采取多种试验方法。
纤维增强复合材料的力学性能分析
纤维增强复合材料的力学性能分析纤维增强复合材料是一种在工程领域中广泛应用的材料，由于其独特的力学性能，使得它成为许多领域的首选材料。
本文将对纤维增强复合材料的力学性能进行分析，包括强度、刚度、断裂韧性和疲劳性能等方面的内容。
1. 强度分析纤维增强复合材料的强度主要由纤维的强度和界面剪切强度决定。
纤维的强度是指纤维本身的抗拉强度，而界面剪切强度是指纤维和基体之间的结合强度。
通过适当的表征方法，可以测量和评估纤维增强复合材料的强度，如拉伸试验、剪切试验和压缩试验等。
这些实验可以得到材料在不同方向上的强度参数，帮助我们全面了解材料的强度特性。
2. 刚度分析纤维增强复合材料的刚度是指材料对应力的响应程度，又称为材料的弹性模量。
纤维增强复合材料的刚度与纤维的刚度以及纤维与基体的界面剪切刚度有关。
通过应力-应变曲线和Hooke定律，可以计算得到材料的弹性模量。
同时，可以利用动态力学测试方法，如振动试验和声学试验，进一步研究材料的刚度特性。
3. 断裂韧性分析断裂韧性是指材料在受力下抵抗破坏的能力，也可以看作是材料对能量吸收的能力。
纤维增强复合材料的断裂韧性主要由纤维和基体的界面特性以及纤维与基体的剥离、拉伸和剪切等行为决定。
通过断裂力学试验，如缺口拉伸试验和冲击试验，可以评估材料的断裂韧性。
4. 疲劳性能分析疲劳性能是指纤维增强复合材料在交变载荷下长时间使用的能力。
疲劳性能的分析可以通过应力-寿命曲线和疲劳寿命评估得到。
材料的纤维类型、纤维体积分数、界面质量、载荷幅值和频率等因素都会影响材料的疲劳性能。
为了提高纤维增强复合材料的疲劳寿命，可以采用增加纤维含量、改善界面质量、降低应力集中等方法。
综上所述，纤维增强复合材料的力学性能对其使用所处环境和预期寿命有着重要影响。
通过详细的力学性能分析，我们可以更好地了解材料的特性，并针对性地进行设计和工程应用。
纤维增强复合材料的力学性能分析是科学设计和工程应用的重要基础，也为材料学和结构力学领域的研究提供了有价值的参考。
纤维增强水泥基复合材料
纤维增强型水泥基复合材料一、纤维增强型水泥基复合材料的概述纤维增强型水泥基复合材料是以水泥与水发生水化、硬化后形成的硬化水泥浆体作为基体，以不连续的短纤维或连续的长纤维作增强材料组合而成的一种复合材料。
普通混凝土是脆性材料，在受荷载之前内部已有大量微观裂缝，在不断增加的外力作用下，这些微裂缝会逐渐扩展，并最终形成宏观裂缝，导致材料破坏。
加入适量的纤维之后，纤维对微裂缝的扩展起阻止和抑制作用，因而使复合材料的抗拉与抗折强度以及断裂能较未增强的水泥基体有明显的提高。
二、纤维增强型水泥基复合材料的力学性能在纤维增强水泥基复合材料中，纤维的主要作用在于阻止微裂缝的扩展，具体表现在提高复合材料的抗拉、抗裂、抗渗及抗冲击、抗冻性等。
• 2.1 抗拉强度•在水泥基复合材料受力过程中纤维与基体共同受力变形，纤维的牵连作用使基体裂而不断并能进一步承受载荷，可使水泥基材料的抗拉强度得到充分保证；当所用纤维的力学性能、几何尺寸与掺量等合适时，可使复合材料的抗拉强度有明显的提高。
• 2.2 抗裂性在水泥基复合材料新拌的初期，增强纤维就能构成一种网状承托体系，产生有效的二级加强效果，从而有效的减少材料的内分层和毛细腔的产生；在硬化过程中，当基体内出现第一条隐微裂缝并进一步发展时，如果纤维的拉出抵抗力大于出现第一条裂缝时的荷载，则纤维能承受更大的荷载，纤维的存在就阻止了隐微裂缝发展成宏观裂缝的可能。
• 2.3 抗渗性纤维作为增强材料，可以有效控制水泥基复合材料的早期干缩微裂以及离析裂纹的产生及发展，减少材料的收缩裂缝尤其是连通裂缝的产生。
另外，纤维起了承托骨料的作用，降低了材料表面的析水现象与集料的离析，有效地降低了材料中的孔隙率，避免了连通毛细孔的形成，提高了水泥基复合材料的抗渗性。
2.4 抗冲击及抗变形性能在纤维增强水泥基复合材料受拉（弯）时，即使基体中已出现大量的分散裂缝，由于增强纤维的存在，基体仍可承受一定的外荷并具有假延性，从而使材料的韧性与抗冲击性得以明显提高。
高韧性纤维增强水泥基复合材料的抗拉性能
强度在
之间
参考文献
冷冰 高韧性纤维增强水泥基复合材料设计与性能研究 北京 清华大学 高淑玲 徐世 纤维增强水泥基复合材料拉伸特性试验研究 大连理工大学学报
高淑玲 纤维增强水泥基复合材料假应变硬化及断裂特性研究 大连 大连理工大学
责任编辑 王冰伟
终导致试件断裂
由上述应力 应变曲线可获得开裂强度 第 阶段结束 抗拉强度及极限抗拉应变 与抗拉强度相
对应的应变值
不同配比抗拉应力 应变曲线及特征参数 图 图 为不同配比的单轴拉伸应力 应变曲线 图
图 单轴拉伸荷载下不同配比 应力 应变曲线
中编号的数值依次为砂胶比 水灰比 粉煤灰掺量比 龄期
图 单轴拉伸荷载下不同配比 应力 应变曲线
应变特性及水胶比 粉煤灰掺量的影响 为该材料工程应用提供必要的试验数据
收稿日期 作者简介 公成旭
辽宁人 硕士生 主要从事纤维增强水泥基复合材料性能研究
试验方法
水泥采用京都
水泥 密度为
砂采用
目的普通石英砂 表观密度为
聚乙烯醇纤维为日本
公司生产 其性能见表 粉煤灰采用低钙灰 减水剂为
缓凝高效减水剂 水为普通自来水 试验中采用 个不同的粉煤灰掺量 具体材料配比如表 所示 编
增强水泥基复合材料拉伸荷载下应力 应变曲线可分为 弹性上升阶段 应变硬化阶段和应变软化阶
段 在所选取的材料及配比区间内
龄期时极限拉应变的最大值可达
临界裂纹宽度 与
极限应力相对应 与极限应变有关 一般规律为极限应变增加 临界裂纹宽度增大 在本文进行的配比
内 最小和最大临界裂纹宽度分别为
和
在水灰比分别为 和 时 复合材料 抗拉
性能的影响
表 聚乙烯醇
超高韧性纤维增强水泥基复合材料基本力学性能
2009年9月水 利 学 报SH UI LI X UE BAO第40卷 第9期收稿日期:2008212212基金项目:国家自然科学基金重点项目(50438010);南水北调工程建设重大关键技术研究及应用(J G ZX JJ2006213)作者简介:徐世 (1953-),男,湖北人,博士,教授,主要从事混凝土断裂力学基本理论与工程应用、新型材料与结构、超高韧性水泥基复合材料和非金属纤维编织网增强混凝土结构研究。
E 2mail :slxu @文章编号:055929350(2009)0921055209超高韧性纤维增强水泥基复合材料基本力学性能徐世 ,蔡向荣(大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室结构分室,辽宁大连 116024)摘要: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。
关键词:超高韧性水泥基复合材料;假应变硬化;多缝开裂;高延性;高韧性;高能量吸收能力中图分类号:T U5281572文献标识码:A1 研究背景水利工程是我国的一项基础产业工程,目前我国正在大规模、高速度地进行水利开发,2008年第四季度国家新增200亿元中央水利建设投资加快水利基础设施建设。
纤维增强水泥基复合材料的性能试验研究
纤维增强水泥基复合材料的性能试验研究摘要：最冷月平均温度≤-10℃或日平均温度≤5℃的天数≥145d的严寒地区在我国分布较广，这些寒冷地区的建筑施工问题一直是亟待解决的技术难题,这主要是因为目前国内建筑体系多采用混凝土结构，而寒冷环境下的混凝土施工需要克服混凝土缓凝以及冻胀破坏等问题,这些问题的存在给严寒地区的混凝土的材质和施工工艺提出了更高的要求。
目前，碳纤维增强水泥基复合材料在混凝土建筑结构中应用较为广泛，而这种复合材料在严寒地区的冻融循环作用下的性能变化规律仍不完全清楚。
本文采用干压成型法制备了碳纤维增强水泥基复合材料，研究了不同冻融循环次数下水泥基复合材料的显微形貌、孔隙率、抗压强度和热电性能，该试验成果已初步探明水泥基复合材料冻融循环作用对其性能影响的变化规律，并将利用这些变化规律解决严寒地区施工技术难题。
关键词：纤维增强水泥基；复合材料；性能试验；措施1纤维水泥基复合材料的相关概念1.1纤维水泥基复合材料纤维水泥基复合材料就是指以水泥砂浆、水泥浆或混凝土为粘结剂，以间歇短纤维或连续长纤维为增强材料的水泥基复合材料。
在水泥砂浆中加进去一定量的纤维不仅能够提升混凝土的刚度和韧性，同时对于水泥基复合材料的抗拉强度、抗弯强度和韧性也有一定的帮助，此外还能够有效抑制裂纹扩展，提高非成形材料的流动性，是改善其性能的最有效途径。
1.2纤维掺入水泥基复合材料的作用将纤维掺入水泥基复合材料具备以下三种作用：1.能够有效地增加水泥的基体的应力，促使水泥基体可以承受更大的外部压力。
2.在一定程度上能够对水泥基体韧性和冲击强度有所帮助，纤维基质的改善比水泥基体韧性的改善效果更加明显。
3.它可以有效地阻止裂纹的扩展或改变裂纹的方向，减小裂纹的宽度和平均裂缝面积。
1.3碳纤维水泥基复合材料碳纤维水泥基复合材料是将碳纤维材料合金化成水泥基复合材料而制成的复合材料，具有抗裂、耐腐蚀、抗静电、耐磨、重量轻等优点。
碳纤维材料对水泥基复合材料的改善主要是由于其优异的力学性能和两种材料的协同作用，以提高其整体力学性能。
超高韧性水泥基复合材料加固混凝土结构的界面力学性能与耐久性能研究
超高韧性水泥基复合材料加固混凝土结构的界面力学性能与耐久性能研究一、本文概述本文旨在深入研究超高韧性水泥基复合材料（Ultra-High Toughness Cementitious Composites，简称UHTCC）在加固混凝土结构中的应用，特别是其在界面力学性能与耐久性能方面的表现。
混凝土结构的加固与修复一直是土木工程领域的重要研究课题，而UHTCC作为一种新型的高性能材料，具有优异的拉伸性能、裂缝控制能力以及耐久性能，因此在加固混凝土结构方面具有广阔的应用前景。
本文将首先介绍UHTCC的基本性能和特点，包括其组成、制备工艺以及力学性能等方面的内容。
随后，将通过实验研究和理论分析，探讨UHTCC与混凝土之间的界面力学性能，包括界面粘结强度、界面破坏模式等方面。
在此基础上，本文将进一步研究UHTCC加固混凝土结构的耐久性能，包括其在长期荷载作用、化学腐蚀、冻融循环等复杂环境下的性能退化规律及机理。
本文的研究结果将为UHTCC在加固混凝土结构中的应用提供理论基础和技术支持，有助于推动土木工程领域的技术创新和可持续发展。
本文的研究也有助于加深对高性能水泥基复合材料性能与行为的理解，为相关领域的学术研究提供有益的参考。
二、超高韧性水泥基复合材料概述超高韧性水泥基复合材料（Ultra-High Toughness Cementitious Composites，简称UHTCC）是一种新型的水泥基复合材料，其以水泥、细骨料、高分子聚合物纤维和特定添加剂为主要组成成分。
相较于传统的混凝土材料，UHTCC具有更高的拉伸强度、断裂能和韧性，这使得它在结构加固和修复领域具有广阔的应用前景。
UHTCC的显著特性在于其纤维增强机制。
通过在高分子聚合物纤维的加入，UHTCC在受到外力作用时，纤维能够有效地桥接裂缝，阻止裂缝的扩展，从而提高材料的延性和韧性。
特定添加剂的使用也能够优化UHTCC的微观结构，提高其力学性能和耐久性。
纤维增强复合材料的力学性能研究
纤维增强复合材料的力学性能研究在当今的材料科学领域，纤维增强复合材料正逐渐崭露头角，凭借其卓越的力学性能，在众多领域得到了广泛的应用。
从航空航天到汽车制造，从体育用品到建筑结构，纤维增强复合材料的身影无处不在。
为了更好地理解和利用这种材料，对其力学性能的深入研究显得至关重要。
纤维增强复合材料通常由纤维和基体两部分组成。
纤维提供了高强度和高刚度，常见的纤维包括碳纤维、玻璃纤维和芳纶纤维等。
基体则将纤维粘结在一起，传递载荷，并保护纤维免受环境的影响，常见的基体有环氧树脂、聚酯树脂等。
这种独特的组合赋予了复合材料优异的性能。
首先，让我们来探讨一下纤维增强复合材料的拉伸性能。
在拉伸试验中，材料所表现出的强度和模量是重要的力学指标。
由于纤维的高强度特性，复合材料在拉伸时往往能够承受较大的载荷。
然而，其拉伸性能并非简单地取决于纤维和基体的性能叠加。
纤维与基体之间的界面结合强度对拉伸性能有着显著的影响。
如果界面结合不良，在拉伸过程中容易出现纤维与基体的脱粘，从而降低材料的整体强度。
复合材料的压缩性能也是一个值得关注的方面。
与拉伸情况不同，在压缩时，纤维可能会发生屈曲或失稳，从而影响材料的抗压能力。
此外，基体的性能在压缩过程中也起着重要的作用。
如果基体的抗压强度较低，可能会导致复合材料在较低的压力下就发生破坏。
弯曲性能是衡量纤维增强复合材料力学性能的另一个重要指标。
在弯曲试验中，材料承受弯曲载荷，其弯曲强度和模量反映了材料抵抗弯曲变形的能力。
纤维的取向和分布对弯曲性能有着重要的影响。
通常，纤维沿受力方向定向排列的复合材料具有更好的弯曲性能。
除了上述基本的力学性能外，纤维增强复合材料的疲劳性能也不容忽视。
在实际应用中，材料往往会受到循环载荷的作用。
与传统金属材料相比，复合材料的疲劳性能具有一定的特殊性。
由于纤维和基体的性能差异以及界面的存在，复合材料的疲劳裂纹扩展机制较为复杂。
疲劳寿命不仅取决于材料的固有性能，还受到加载条件、环境因素等的影响。
高韧性纤维增强水泥基复合材料抗压性能
（ Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ Ｍｕ ｎ ｉ ｃ ｉ ｐ ａ ｌ Ｅ ｎ ｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｉ ｎ ｇ Ｒ ｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ Ｉ ｎ ｓ ｔ ｉ ｔ ｕ ｔ ｅ ，Ｂ ｅ ｉ ｊ ｉ ｎ ｇ １ ０ ０ ０ ３ ７ ， Ｃ ｈ ｉ ｎ ａ ）
象， 纤维 断裂时呈不规则形状 。 关键词 ： 应 变 硬 化 ； 多 缝 开 裂 ； 抗 压 强 度 中图 分 类 号 ： Ｔ Ｕ ５ ２ ８ 文献标识码 ： Ａ 文章编号 ： ２ ０ ９ ５ － ０ ９ ８ ５ （ ２ ０ １ ７ ） ０ ２ — ０ ０ ７ ７ — ０ ４
Ｃｏ ｍ ｐｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｖ ｅ Ｐｒ ｏ ｐ ｅ ｒ ｔ ｉ ｅ ｓ ｏ ｆ Ｅｎｇ ｉ ｎ ｅ ｅ ｒ ｅ ｄ Ｃｅ ｍｅ ｎ ｔ ｉ ｔ ｉ ｏ ｕ ｓ Ｃｏ ｍ ｐｏ ｓ ｉ ｔ ｅ ｓ
ｅ ｘ ｃ ｅ ｅ ｄ ４ ０％ ， Ｓ Ｏ ａ ｓ ｎ ｏ ｔ ｔ ｏ ａ ｆ ｆ ｅ ｃ ｔ ｔ ｈ ｅ ｃ ｏ ｍｐ ｒ ｅ ｓ ｓ ｉ ｖ ｅ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ ｏ ｆ ＥＣＣ． Ｓ ｃ ａ ｎ ｎ ｉ ｎ ｇ ｅ ｌ ｅ ｃ ｔ ｒ ｏ ｎ ｍｉ ｃ ｒ ｏ ｓ ｃ ｏ ｐ ｙ
ｅ ｎ ｓ ｕ ｒ ｅ ｉ ｔ ｓ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎ ｇ ｔ ｈ；ｗｈ ｅ ｎ ｒ ｅ ｐ ｌ ａ ｃ ｉ ｎ ｇ ｐ ａ ｒ ｔ ｉ ａ ｌ ｃ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｗｉ ｔ ｈ ｌｙ ｆ ａ ｓ ｈ，ｔ ｈ ｅ ｒ ｅ ｐ ｌ ａ ｃ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｒ ａ ｔ ｉ ｏ ｉ ｓ ｂｅ ｓ ｔ ｎ ｏ ｔ ｔ ｏ
第３ ４卷第 ２期
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基复合材料和非金属纤维编织网增强混凝土结构研究
土结构的抗裂防渗性能 世纪 年代初美国密歇根大学成功研制了一种中等纤维体积掺量的随机
短纤维增强高性能水泥基复合材料
简称
它采用聚乙烯纤
维或聚乙烯醇纤维作为增强材 以水泥净浆或特制水泥砂浆为基体 通过细观力学 断裂力学和数理统
计方法选择合理的纤维 基体和界面性能参数 这种新型材料在拉伸 弯曲等荷载作用下具有假应变硬
本文将通过单轴拉伸试验
四点弯曲试验 单轴抗压试验 三点弯曲缺口梁断裂试验研究这种超高韧性水泥基复合材料的抗拉 抗
弯 抗压和断裂性能
试验原材料和搅拌工艺
原材料 胶凝材料包括 剂 拌和水为饮用自来水 采用
纤维名称
名义强度
水泥和矿物掺合料 骨料为特制沙 外加剂为商用高效减水
纤维 有关性能参数见表 纤维体积掺量为
进行荷载和变形的数据采集和处理
试验测得的荷载 变形曲线如图 所示
从图 中可以看出 龄期从 增长到 试件的拉伸应变基本没变 而抗拉强度明显增大
由拉伸变形与测量标距的比值计算平均拉伸应变 由抗拉荷载与试件横截面面积的比值计算抗拉强度
计算得 到 的 极 限 应 变 为
抗拉强度为
极限应变为
抗拉强度为
由于矿物掺合料的二次水化反应
条数高达 条之多
图 裂缝宽度和裂缝条数随应变的增长关系
从图 和图 中可以看出 双边切口 的拉伸试件 测量标距内的总变形量明显大于切口
的张开变形量 双边切口
的拉伸试件 测量标距内的总变形量与切口的张开变形量大体相当 由
于试件的变形主要来源于试件上产生的裂缝条数和裂缝宽度 测量结果证明纤维具有非常良好的连接
表
纤维参数
纤维直径
纤维长度
弹性模量
延伸率?
搅拌工艺 首先将胶凝材料和精细沙投入搅拌机中 先干拌而后加水搅拌以使砂浆基体具有良好 的流动性和适宜的黏聚性 最后加入 纤维搅拌 搅拌结束后 纤维分散均匀 没有结团现象 所有 试件均钢模成型 后拆模 放入标准养护室养护 后取出 然后室内放置直至试验
基本力学性能
控制标准大致为 无侵蚀介质无防渗要求时
轻微侵蚀 无防渗要求时
严重侵
蚀 有防渗要求时
为了能更好的控制混凝土在各种荷载和变形下的裂缝宽度 提高混凝
收稿日期
基金项目 国家自然科学基金重点项目
南水北调工程建设重大关键技术研究及应用
作者简介 徐世
男 湖北人 博士 教授 主要从事混凝土断裂力学基本理论与工程应用 新型材料与结构 超高韧性水泥
水泥基复合材料 而且它的开裂形式与混凝土和普通纤维增强水泥基复合材料的开裂形式也明显不同
由于超高韧性水泥基复合材料选择了更为合理的材料参数 使纤维的增强增韧效果得到了更好的发挥
在弯曲荷载作用下 超高韧性水泥基复合材料中的纤维依靠其连接作用控制了裂缝的进一步扩展 并承
担了基体释放的应力 同时依靠界面黏结将应力传递给周围未开裂的基体 诱发新裂缝的产生 使试件
由抗拉荷载与试件切口处横截面面积的比值计算切口试件的名义抗拉强度 双边切口 试件的
名义抗拉强度
双边切口
试件的名义抗拉强度
与无切口试件的抗拉强度对比
可以发现试件的抗拉强度基本不变
弯曲性能 采用薄板试件和梁试件研究超高韧性水泥基复合材料的弯曲性能 试件尺寸分别为
和
试验龄期
分别在 的闭环液压伺服材料试
验机和 的闭环液压伺服材料试验机上进行试验 加载速率分别为
年月 文章编号
水利学报
第 卷第期
超高韧性纤维增强水泥基复合材料基本力学性能
徐世 蔡向荣
大连理工大学 海岸与近海工程国家重点实验室结构分室 辽宁 大连
摘要 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
棱柱体试件还是立方体试件 峰值点以后的下降段与普通混凝土明显不同 没有出现荷载的陡然降低
而是表现出了较为缓慢的下降过程 体现了纤维的增韧效果 表明超高韧性水泥基复合材料较混凝土有
非常明显的峰值后延性
根据抗压全曲线得到的力学性能指标如表 所示 由于立方体抗压强度仅是混凝土划分强度等级
和
加
载方式为三分点加载 采用荷载传感器和
测量抗弯荷载和跨中挠度 德国进口的 全自动数
据采集处理系统进行荷载和变形的数据采集和处理
试验得到的荷载 挠度曲线如图 所示 右侧纵坐标是根据材料力学公式计算得到的抗弯应力
由荷载 挠度曲线可得开裂荷载和开裂挠度 极限荷载和极限挠度 然后分别采用如下公式计算开
裂强度 抗弯强度和极限拉伸应变预测值 计算结果见表
方面具有显著的效果 所以除了应用于水利工程提高水工结构的抗裂 抗侵蚀 抗冻融等耐久性能以
外 它还可以用于桥梁工程 道路路面工程 地下工程 抗震结构 大变形结构 抗冲击结构和修复结构
等
本文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 通过大量试验研究成功配
制了具有类似于 材料性能的超高韧性水泥基复合材料 简称
标准 对韧性指
标定义如下 对于薄板试件 以开裂挠度 对应的荷载 挠度曲线下面积 为基准 分别取
峰值荷载时的挠度 对应荷载 挠度曲线下的面积与 的比值为韧性指标 并依次
记为
和
对于梁试件 以开裂挠度 对应的荷载 挠度曲线下面积 为基准
分别取
峰值荷载时的挠度 对应荷载 挠度曲线下的面积与 的比值为
韧性指标 并依次记为
用个
分别在试件
两侧的对称位置测量压缩变形 对于棱柱体试件 在两个对应的侧面上分别粘贴相互垂直的应变片 测
量试件受压过程中的压缩应变和横向应变 采用德国进口的 全自动数据采集处理系统进行荷载
变形和应变的数据采集和处理
试验测得的抗压全曲线如图 所示 右侧纵坐标是计算得到的抗压强度 从图 可以看出 无论是
为受拉区高度 与构件截面高度 的比值 根据试验得到的裂缝沿构件高度方向的扩展深度进行
估算 为跨中挠度
由计算结果可见 无论是薄板试件还是梁试件 拉伸应变预测值均在 以上 远大于混凝土的极
限拉伸应变 充分体现了
的高延性性能 预测拉伸应变与实测拉伸应变的误差约为
弯曲韧性是评价材料弯曲性能的重要指标之一 根据试验测量结果 参考
在水利建设开发过程中的有效实施
裂缝是影响水工混凝土质量和耐久性的首要因素 如何有效地控制水工混凝土裂缝的产生和扩展
是目前解决水工混凝土结构耐久性问题的关键之一 从材料的角度来讲 控制裂缝的方法主要是减少
水泥用量 使用外加剂和添加纤维 其中纤维的添加可以更为有效地控制混凝土裂缝的形成和扩展 提
高混凝土的延性和韧性 能较好的解决由于荷载作用或其他变形作用引起的混凝土开裂 成为提高水工
编号
开裂挠度 ?
图 荷载 挠度曲线
表
开裂荷载 ?
主要力学性能指标
极限挠度 ?
极限荷载 ?
比例极限强度 ?
拉伸应变 预测值?
抗弯强度 ?
薄板试件 平均值
梁试件
平均值
开裂强度
抗弯强度
极限拉伸应变预测值
式中 为开裂荷载
为极限荷载
为梁的计算跨度
为试件的宽度和高度
为与荷载形式 支承条件等有关的系数 对于大变形情况下的四点弯曲构件 系数
混凝土结构耐久性的有效方法之一
目前各种纤维混凝土的研究和应用已经取得了丰硕的成果 尤其是高性能纤维混凝土的研究和应
用在较大程度上解决了混凝土的开裂问题
但是普通的高性能纤维混凝土通常采用较大的钢纤维
体积掺量 不仅成本增加 重量大 施工困难 而且其裂缝控制宽度一般在几百个微米 尤其当应变超过
时基本上不能再控制裂缝宽度 根据国内外设计规范及有关试验资料 混凝土最大裂缝宽度的
左右 平均裂缝间距 左右 梁试件在荷载开始下降后 仍然保持完整状态 并且随着荷载的进一步
下降 仅在试件的下部可以观测到明显的局部破坏裂缝 而试件的侧面却可以看到大量细密裂缝 由于
受梁试件横截面上的弯拉应力分布的影响 侧面裂缝间距从下往上逐渐增大
综上所述 超高韧性水泥基复合材料在弯曲荷载作用下的变形能力远大于混凝土和普通纤维增强
的纯弯曲段逐渐出现了大量近似平行的细密裂缝 试验中观测到的试件上众多的细密裂缝充分体现了
纤维对基体裂缝的产生和扩展的有效控制作用
抗压性能 试验采用棱柱体试件和立方体试件测定超高韧性水泥基复合材料的抗压性能 试件
尺寸分别为
和
试验龄期
在 的闭环液压
伺服材料试验机上进行单轴抗压试验 采用位移控制 加载速率
作用 可以控制小切口处裂缝的扩展 使小切口试件的多缝开裂形式优于大切口试件 对试件多缝开裂
形式的实际观察也证明了这一点 对比观察两种切口试件的多缝开裂形式 可以看出当双边切口尺寸
较小时 试件在整个测量标距范围内产生均匀分布的多条细裂缝 当双边切口尺寸较大时 多缝开裂仅
限于切口附近 并且裂缝不再近似平行 而是围绕切口呈弧形曲线
以看出除了梁试件中 号试件的 低于 以外
的弯曲残余强度指标都在
具有相对较高的塑性性能
表 残余强度指标
编号
薄板韧性指标
梁韧性指标
从表 中可 以上 说明
平均值
试验中观测试件的变形情况和多缝开裂形式可以发现 薄板试件在峰值荷载时产生较大的弯曲变
形 并且保持良好的试件完整性 仅在试件的底面可以观测到大量近似平行的细小裂缝 裂缝宽度
后期强度增加较大 龄期时抗拉强度较 增
加了
试验中观察拉伸试件的开裂情况 可以看到接近极限抗拉强度时 试件的受拉区内产生了大量近似
平行的细密裂缝 采用