ECC与既有混凝土粘结界面抗剪性能研究
高延性水泥基复合材料(ECC)正交试验
Hans Journal of Civil Engineering 土木工程, 2023, 12(3), 298-306 Published Online March 2023 in Hans. https:///journal/hjce https:///10.12677/hjce.2023.123034高延性水泥基复合材料(ECC)正交试验吴倩倩1，蔡海兵1*，胡 时1，丁祖德21安徽理工大学土木建筑学院，安徽 淮南 2昆明理工大学建筑工程学院，云南 昆明收稿日期：2023年2月27日；录用日期：2023年3月19日；发布日期：2023年3月29日摘 要本文利用正交试验设计原理，开展了9组高延性水泥基复合材料(ECC)的坍落度、立方体抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度试验，研究了硅灰、改性脱硫石膏、膨胀剂和减水剂四种因素对ECC 物理、力学性能的影响，并采用多元线性回归的方法，建立了ECC 的性能预测模型。
试验结果表明：最优组为硅灰掺量20%，脱硫石膏掺量4%，膨胀剂掺量6%，减水剂掺量1.9%；通过对正交试验的结果进行回归分析，得出了ECC 物理、力学性能预测模型，模型精度较高。
关键词正交试验，高延性水泥基复合材料，力学性能，修复工程Orthogonal Test of High DuctilityEngineering Cementitious Composites (ECC)Qianqian Wu 1, Haibing Cai 1*, Shi Hu 1, Zude Ding 21School of Civil Engineering and Architecture, Anhui University of Science and Technology, Huainan Anhui 2Faculty of Civil Engineering and Mechanics, Kunming University of Science and Technology, Kunming YunnanReceived: Feb. 27th, 2023; accepted: Mar. 19th, 2023; published: Mar. 29th, 2023AbstractIn this paper, using the orthogonal experiment design principle, carry out 9 groups of high ductili-ty Engineering Cementitious Composites (ECC) of the slump, cube compressive strength, splitting ten-sile strength and flexural strength test, study the effect of silica fume, modified desulfurization gyp-sum, expansive agent and water reducing agent of four factors on the physical and mechanical proper-ties of ECC, and adopt multiple linear regression method. The performance prediction model of ECC was established. The results show that the optimal group is silica fume content of 20%, desulfuri-*通讯作者。
混凝土梁抗剪性能的研究进展
混凝土梁抗剪性能的研究进展刘君阳;闫亚汐;栾力文【摘要】影响混凝土梁抗剪机理的因素有很多, 其中包括剪跨比、混凝土强度、水平钢筋屈服强度和竖向钢筋屈服强度. 对于混凝土构件的抗剪机理的研究是一个复杂的过程, 因此, 混凝土构件的抗剪机理是国内外工程领域非常关注的一个问题. 本文分别介绍了国内外对混凝土构件抗剪性能研究的主要成果, 并对今后拟开展的研究工作提出了建议.【期刊名称】《四川建材》【年(卷),期】2016(042)001【总页数】2页(P28-29)【关键词】混凝土梁;抗剪性能;影响因素【作者】刘君阳;闫亚汐;栾力文【作者单位】华北理工大学轻工学院, 河北唐山 063000;华北理工大学轻工学院, 河北唐山 063000;华北理工大学轻工学院, 河北唐山 063000【正文语种】中文【中图分类】TU375.1混凝土构件的抗剪是钢筋混凝土结构诸多重要问题中的经典问题之一。
在钢筋混凝土结构设计中要求尽可能避免构件发生脆性破坏。
典型的脆性破坏是构件的剪切破坏。
为了避免构件发生剪切破坏，就需要研究构件发生剪切破坏的机理，再采取针对性的措施。
目前国内外针对集中荷载作用下混凝土梁的抗剪性能已经进行了大量的试验研究。
本文对钢筋混凝土梁的抗剪性能进行了总结和分析，以期对今后开展研究和工程应用具有一定的参考价值。
如图1所示[1]，钢筋混凝土梁的抗剪承载力是由混凝土和钢筋共同承担的，图中VCZ、Va、Vs、Vd分别表示受压区未开裂混凝土梁的抗剪贡献、骨料咬合作用、腹筋抗剪作用和纵筋的销栓作用，VC表示这些项抗剪作用之和。
影响混凝土梁抗剪机理的因素有很多。
下面分别从混凝土强度、剪跨比、水平腹筋和竖向腹筋对钢筋混凝土梁的抗剪性能的影响做简要介绍。
混凝土强度对抗剪强度有直接的影响，这一点是显而易见的，因为剪切破坏是由于混凝土达到极限强度而发生的，所以混凝土强度越高，抗剪强度就越高，而且对于普通混凝土构件来说，一般认为抗剪强度与混凝土强度是呈线性关系的。
ECC研究进展与应用：综述
ECC研究进展与应用：综述摘要：ecc是engineered cementitious composites的简称，是一种具有超强韧性的乱向分布短纤维增强水泥基复合材料。
ecc不同于普通的纤维增强混凝（frc），它是一种经细观力学设计的先进材料，具有应变一硬化特性，在纤维体积掺量小于2%的情况下，其极限拉应变通常在3%—7%的范围内。
经过大量的试验与研究表明，ecc材料具有很多优良的性能，能够适用于土建工程中的很多领域。
关键字：ecc；韧性；应用一、引言近年来，我国国民经济得到了长足的发展，同时对公路事业的发展也提出了更高的要求，带动了高等级公路在我国的蓬勃发展。
水泥混凝土路面因具有强度高，稳定性好，持久耐用和养护费用低等优点而被广泛使用。
但是，水泥基材料在工程中还出现了诸多的问题，主要有两个方面：（1）极限荷载条件下的脆性破坏，如剥落、破碎等，均与混凝土低韧性密切相关；（2）正常工作状态下的破坏，如混凝土裂纹扩展导致有害离子引入，引发混凝土及钢筋的破坏。
因此，要发展绿色高性能甚至超高性能混凝土就要求混凝土既要有足够的强度，又要有良好的延性，以及必要的耐久性。
二、ecc发展概况新型的超强韧性纤维混凝土ecc（ engineered cementitious composites）是以水泥、砂、水、矿物掺合料和化学外加剂构成基体，用纤维体积掺量低于 3% 高强高弹模短纤维做增韧材料，硬化后具有应变–硬化和多重稳定开裂特征的新型高性能纤维增韧水泥基复合材料。
该水泥基复合材料是基于微观物理力学原理优化设计的具有应变硬化特性和多缝开裂特征的一种新型工程用水泥基复合材料.这种复合材料是在二十世纪九十年代由美国密歇根大学的li.v.c提出来的。
试验研究已经证实它的应变能力可达几个百分点，最高可达6%，耗能能力是常规纤维混凝土的几倍，抗压强度在高强混凝土范围之内，是一种具有很大应变-硬化性能的复合材料。
目前美国与日本等国家已经对强韧性纤维混凝土ecc进行了大量的理论与试验研究工作，并已经在实际工程中得到了广泛的推广和应用。
浅谈ECC与混凝土的界面黏结性能
浅谈ECC与混凝土的界面黏结性能摘要：现代社会的整体进步推动着我国土木工程行业的快速发展，城镇化进程的不断深入对建筑材料的质量和性能提出了更高的要求。
ECC作为一种具有较强抗压、抗拉伸性能的复合材料，与混凝土叠合使用时可以大大提高混凝土的耐久性。
而ECC与混凝土界面的黏结性能是影响ECC与混凝土叠合使用效果的关键因素，因此，本文从劈拉、抗剪、抗折以及断裂性能等方面分析ECC与混凝土界面的黏结性能，希望为提高ECC与混凝土叠合使用的效果提供理论参考。
关键词：ECC；混凝土；界面黏结性能；引言城市化的进程加大了道路、桥梁、建筑等的建设需求，混凝土成为现代社会需求量最大、应用范围最广的建筑材料之一。
但普通的混凝土一般会有较严重的抗拉性能差、脆性较强以及抗裂性能较低的缺点，难以满足现代工程建设对高性能建筑材料的需求。
而在混凝土中添加ECC则可以大大改善这些缺点，提高建筑材料的整体性能。
当ECC与混凝土混合使用时，两者接触界面的黏结性能会影响其混合使用效果，因此，研究ECC与混凝土的界面黏结性能对提升两者混合使用效果具有重要理论指导意义。
一、工程用水泥基复合材料（ECC）概述（1）工程用水泥基复合材料（ECC）简介ECC是工程用水泥基复合材料的简称，它是在水泥、水、砂石等的基础上，掺入纤维、增稠剂以及矿物掺合料等组成的新型工程用水泥基复合材料。
通常情况下，掺入的纤维为短纤维，且掺入量一般不超过复合材料总量的2.5%，主要起到改善水泥复合材料使用性能的作用。
目前已有许多比较成熟的研究资料表明，工程用水泥基复合材料（ECC）不管是在抗侵蚀性、耐磨性和抗冲击性方面，还是在结构的延伸性和耗能能力方面都比普通混凝土强，在土木工程项目建设中具有巨大的应用价值。
（2）工程用水泥基复合材料（ECC）特点工程用水泥基复合材料（ECC）是依据断裂力学、微观物理力学以及统计学等学科的原理优化设计得到的新型复合材料，应变硬化是该复合材料硬化后最明显的特征，概括起来主要表现在以下两个方面：首先，工程用水泥基复合材料（ECC）的应变硬化与金属材料的时效硬化和冷拉强化有很大差别，该复合材料的应变硬化一般会由于材料的拉伸作用产生许多裂缝，当硬化外力消除后，这些已经产生的裂缝会逐渐愈合消失，这可以看做是一种通过积累损伤达到增强材料强度目的的过程。
浅谈ECC材料的性能研究与应用
ｆ） １ 抗疲 劳能力强 。Ｅ Ｃ可以用 于承受 反复荷载作 用的结构 ， Ｃ 如桥 面板 、 桥梁连接板 、 飞机跑道和铁轨枕木等。 （） ２有很强 的变形能力 。Ｅ Ｃ的极限拉应变可以达到 ３ Ｃ ％左 右 ， 是普 通混凝土极限拉应 变的 ３０ ０ 倍左右。 （ 抗爆 、 冲击性能好 。Ｅ Ｃ ３ ） 抗 Ｃ 在冲击和爆 炸荷载作用下 ， 基体中分 布 的纤维 能产生“ 桥联 ” 效应 ， 到耗能 、 冲和连接各个碎片 的作 用 ， 起 缓 使得 Ｅ Ｃ Ｃ 可以应用于军事工程等特殊领域。 （ 控制裂缝效果好 、 ４ ） 耐久性好 。Ｅ Ｃ的多缝 开裂特性可 以把 裂缝 Ｃ
并 结 合 具 体 ＿ 程 实例 阐述 了Ｅ Ｔ － ＣＣ材 料 在 土 木 工程 领 域 的广 泛 应 用 。
［ 关键词］ 水泥基工程复合材料 Ｅ Ｃ 性 能 优势 应用 Ｃ
０前 言 ．
随着混 凝土结构应用 领域的不断扩 大 ， 混凝土结构 的规模也 日 渐 增大 ， 统的结构工 程向空间更高 、 度更大 、 传 跨 荷载更重 的方 向不断发 展， 同时 ， 对建筑材 料性能的要求也 变得越来越高 。一些特殊 的结构或 构件 ， 如海 洋平 台 、 军事工 程 、 梁柱节 点等 ， 要求建筑材料具有很 高的耐 久性能 、 韧性 、 抗爆性 能 、 冲击性能及抗疲 劳性能等 ， 抗 传统 的水泥基材 料往往 无法 满足 这些 要求 ， 而应 运 而生 的水泥 基工 程复合 材料 Ｅ Ｃ Ｃ （ ｎ ｉ ｅ ｄ ｅ ｅ ｔ ｏｓ ｏ ｐ ｓｅ ） Ｅ ｇ ｅｒ ｍ ｎ ｔ ｕ ｍ ｏｉ ｓ则是 一种基 于细观力学设 计 的具 ｎ ｅＣ ｉ Ｃ ｉ ｔ 有超 强韧性 的乱向分布短纤 维增 强水泥基 复合材料 其 具有 的良好性 ， 能可 以满足这些工程应用对材料性能的特殊要求。
PVA-ECC与既有混凝土黏结面抗渗及劈裂抗拉试验
PVA-ECC与既有混凝土黏结面抗渗及劈裂抗拉试验DING Zude;WEN Jincheng;LI Xiaoqin;HUANG Juan;YANG Xiao【摘要】采用相对渗透系数法和劈裂抗拉法,开展了聚乙烯醇纤维增强混凝土(PVA-ECC)与既有普通混凝土黏结面抗渗及劈裂抗拉试验,分析界面处理方式、界面剂种类和养护时间对黏结面抗渗性能及劈裂极限力的影响.结果表明:随着界面粗糙度的增加,黏结面渗透系数减小,劈裂极限力增大,抗渗性能和黏结性能得以提高;不同界面剂中,采用膨胀水泥浆处理的黏结面抗渗性能最好,而采用环氧树脂界面剂处理的黏结面劈裂极限力最大;养护时间从14d增加到28 d时,刷毛平界面-膨胀水泥浆(S-P)复合试件的渗透系数下降了75.2％,劈裂极限力增大35.0％;PVA-ECC与既有普通混凝土黏结面的渗透系数与渗水后的劈裂极限力呈线性关系,且前者随后者的增大而减小.【期刊名称】《建筑材料学报》【年(卷),期】2019(022)003【总页数】7页(P356-362)【关键词】结构加固;聚乙烯醇纤维增强混凝土(PVA-ECC);既有混凝土;黏结面;抗渗性能;劈裂极限力【作者】DING Zude;WEN Jincheng;LI Xiaoqin;HUANG Juan;YANG Xiao 【作者单位】;;;;【正文语种】中文【中图分类】TU528.5作为一种脆性材料，普通混凝土韧性低，易产生裂缝.因而，有相当比例的运营隧道及地下混凝土结构存在开裂、渗漏水等病害，直接影响着结构的安全性和耐久性[1-4].高韧性纤维增强水泥基复合材料(engineered fiber reinforced cementitious composites， ECC)的出现为地下结构以及混凝土大坝等的开裂、渗漏水处治提供了新的解决方案，已初步在日本、瑞士等国家得到应用并展现出广阔的前景[5].ECC材料超高的韧性和良好的裂缝控制能力使得其极限拉伸应变能够达到3%以上[6-7]，并且能在峰值荷载时，将裂缝宽度控制在50μm以内[8].由于纤维能对早期收缩裂缝的出现和发展起到有效的抑制作用，因此ECC具有良好的抗渗能力[9].养护28d无裂缝状态下的ECC渗透系数仅为同强度普通混凝土的1/4[10]，当拉伸应变达到1.5%时，ECC的裂缝宽度仅为40～50μm，渗透系数仍能保持在10-10m·s-1 的数量级，而相同拉伸应变下砂浆的抗渗系数达到10-4m·s-1数量级[11].在地下、水工混凝土结构的加固与修复中，ECC与混凝土的黏结面可能成为抗裂、抗剪、抗渗的薄弱环节.其黏结性能及抗渗性能对地下及水工结构加固设计至关重要，若黏结面处理不好，将成为渗漏水通道.王楠等[12]研究了ECC与既有普通混凝土黏结面的力学性能，结果表明在无界面剂、无锚筋等增强黏结状态的措施下，单纯通过改变既有普通混凝土构件的表面粗糙度和抗压强度可使ECC与其黏结面的劈裂抗拉强度、剪切强度分别达到普通混凝土相应强度的72.8%和52.9%以上.Wang等[13]和Sahmaran等[14]发现界面剂、既有混凝土强度和表面粗糙度是影响ECC与既有混凝土黏结面抗剪强度的主要因素，各处理条件下的黏结面抗剪强度差异超过60%，而即使在最优黏结面处理条件下，黏结面抗剪强度也仅为ECC的57%.Tayeh等[15]和Muoz等[16]的研究结果显示钢纤维混凝土与普通混凝土黏结面的劈裂抗拉强度在最优黏结面处理条件下仅为钢纤维混凝土的23%～43%.现有对于ECC-混凝土黏结面力学性能的研究已较为全面，虽然ECC与既有混凝土黏结面的抗剪强度及劈裂抗拉强度未能达到较高水平，但不影响工程应用[13-17].在针对混凝土黏结面抗渗性能的报道中，李平先等[18]和Qian等[19]对传统新-老普通混凝土试件开展了水压渗透法试验，结果表明既有混凝土表面粗糙度、界面剂种类和基底混凝土的抗压强度及养护时间等因素是影响黏结面渗透性能的主要因素.高丹盈等[20]使用同样的试验方法研究了钢纤维混凝土与普通混凝土黏结面的抗渗性能，发现当钢纤维体积分数为1.5%～2.0%时，钢纤维对黏结面抗渗性能的改善效果最好，增益比达到27%.Tayeh等[15]发现钢纤维混凝土与普通混凝土黏结面具有较好的抗渗性能，其抗渗性能比普通混凝土高46%.上述研究成果集中在ECC与混凝土黏结面力学性能、传统混凝土抗渗性能方面.虽有部分成果涉及到钢纤维混凝土与普通混凝土黏结面抗渗性能，但尚没有针对聚乙烯醇纤维增强混凝土(PVA-ECC)与普通混凝土黏结面抗渗性能及其影响因素的试验报道.此外，混凝土在高孔隙水压渗透后其黏结面力学性能会有所下降[21]，而此类黏结面渗水后的劈裂抗拉性能目前尚不明确.基于此，本文结合现有混凝土黏结面性能研究成果，采用相对渗透系数法和劈裂抗拉法，开展PVA-ECC与既有普通混凝土黏结面的抗渗性能和渗水后劈裂抗拉试验，分析界面处理方式、界面剂种类和养护时间对PVA-ECC与既有普通混凝土黏结面抗渗性能和黏结性能的影响，以期为工程应用提供科学指导.1 PVA-ECC与普通混凝土抗渗及劈裂抗拉试验由于聚乙烯醇(PVA)纤维具有抗拉强度高、弹性模量高、与水泥化学相容性良好以及与水泥基材间界面黏结力良好等特点[22]，本次试验采用PVA纤维来制作ECC(以下统称PVA-ECC).在进行PVA-ECC与既有普通混凝土界面渗透试验之前，先确定PVA-ECC和普通混凝土材料本身的抗渗性能.根据GB/T 50108—2008《地下工程防水技术规范》的要求，地下结构常采用抗渗等级不低于P8的防水混凝土，换算成渗透系数不超过2.61×10-11m·s-1[23]，因此，既有普通混凝土(NC)选用公路隧道衬砌常用C25抗渗混凝土.以往研究发现，水灰比(质量比，下同)对混凝土的抗渗性能有较大影响，因而选取了极限拉伸应变为3%～6%，但水灰比不同的2种PVA-ECC进行试验，其水灰比分别为0.57和1.03[24]，记作低水灰比PVA-ECC(EL)和高水灰比PVA-ECC(EH).普通混凝土(NC)和2种水灰比PVA-ECC的配合比见表1.其中，PVA-ECC采用P·O 42.5普通硅酸盐水泥、标准石英砂、Ⅰ级粉煤灰、聚羧酸高效减水剂和Kuraray公司生产的PVA纤维来制备. 按照GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》中的相对渗透系数法对标准抗渗试件进行试验.采用GB/T 50081—2016《普通混凝土力学性能试验方法标准》中的劈裂抗拉试验方法测定完成加压试件的劈裂极限力和断面的平均渗水高度.通过式(1)计算混凝土的平均渗透系数K：(1)式中：Dm为平均渗水高度，m；H为水压力，以水柱高度表示，m；t为恒压时间，s；a为混凝土的吸水率，一般为0.03.文中混凝土的平均渗透系数K以1组6个试件测试值的平均值作为试验结果.普通混凝土(NC)、低水灰比PVA-ECC(EL)和高水灰比PVA-ECC(EH)的抗渗及劈裂抗拉试验结果见表1.表1 材料配合比及试验结果Table 1 Mix proportion of materials and test resultsMaterialMix proportion(by mass)CementFly ashSandCoarse aggregateWaterWater-reducing agentFiberK/(m·s-1)Splitting ultimate force/kNNC1.00000.20003.00004.20000.66000.006009.15×10-12101.40EL1.00001.20000.72000.57000.00300.03792.40×10-13205.60EH1.00001.72000.70001.03000.00100.05513.19×10-11217.10由表1可见：EH试件在抗渗试验过程中完全渗透，渗透系数为3.19×10-11 m·s-1，而NC和EL试件在抗渗试验过程未有水渗出，测得其渗透系数分别为9.15×10-12，2.40×10-13 m·s-1；渗透试验后EH试件的劈裂极限力为217.1kN，EL试件的劈裂极限力为205.6kN，前者比后者高出5.6%，而NC试件的劈裂极限力为101.4kN，明显小于PVA-ECC试件.综上，EH试件有较高的劈裂极限力但其抗渗性能不能满足要求，因此下文仅开展低水灰比PVA-ECC与普通混凝土界面抗渗及劈裂抗拉试验.2 PVA-ECC与普通混凝土黏结面抗渗及劈裂抗拉试验PVA-ECC与普通混凝土黏结面抗渗及劈裂抗拉试验设计了11组试验工况，共计66个圆台形复合试件.各工况每组取6个试件测量值的平均值作为该工况的试验结果.分别考察界面处理方式、界面剂种类和养护时间对PVA-ECC与普通混凝土黏结面抗渗性能的影响.复合试件尺寸及界面设置如图1所示.试验采用3种方式对既有普通混凝土表面进行处理：(1)无处理平界面(W)，即仅用钢丝刷清除既有普通混凝土半圆台试件表面的污物；(2)刷毛平界面(S)，即选用在既有普通混凝土半圆台试件表面刷毛的处理方式[25]，刷去表面水泥砂浆露出的粗骨料(平均灌砂深度为2～3mm)[18]，以确保界面达到最大粗糙度时不损伤界面[20]；(3)波纹型界面(B)，即采用波纹板模具(图1(b))制成波纹型界面混凝土半圆台试件，波纹尺寸为波峰(波谷)间距60mm，波纹起伏度15mm.图1 PVA-ECC-普通混凝土复合试件尺寸及界面设置Fig.1 Size and interface setting of PVA-ECC-NC composite specimen(size:mm)试验采用3种工程中常用的界面剂[18]，分别为水泥净浆(J)、膨胀水泥浆(P)和环氧树脂界面剂(H).各界面剂配合比见表2.表2 界面剂配合比Table 2 Mix proportion(by mass) of interfaceagentsInterfacial agentCementFly ash(class Ⅰ)WaterUEA expansive agentEpoxy resin(liquid)Epoxy resin(powder)Cementpaste(J)1.00.10.4000Cement expansion paste(P)1.00.10.40.100Epoxy resin interface agent(H)00001.05.0各界面处理方式下既有普通混凝土半圆台试件及PVA-ECC-普通混凝土复合试件见图2.PVA-ECC-普通混凝土复合试件制作及试验过程如下：(1)在抗渗试模中放置1片梯形薄钢板或梯形波纹板，将抗渗试模隔成2半，然后在隔板1侧浇筑普通混凝土形成普通混凝土半圆台试件，标准养护28d后备用；(2)将普通混凝土半圆台试件按上述3种方式进行界面处理后，在水池中浸泡2h使界面充分湿润，取出清洗干净，得到图2(a)，(b)，(c)所示半圆台试件；(3)在既有混凝土半圆台试件表面涂抹界面剂，放置在抗渗试模中，然后在另一侧浇筑PVA-ECC，振捣密实后抹平表面，常温覆膜放置48h后脱模，标准养护28d即制成PVA-ECC-普通混凝土复合试件(图2(d)).在HS-4S型数显抗渗仪上对PVA-ECC-普通混凝土复合试件进行水压渗透.采用劈裂抗拉试验方法将完成加压的试件沿黏结面劈开，测定劈裂面的渗水高度和劈裂极限力，计算其渗透系数.沿中轴面分别劈开试件的普通混凝土侧和PVA-ECC侧，观察材料内部渗水高度.图2 各界面处理方式及PVA-ECC-普通混凝土复合试件Fig.2 Interface treatments and ECC-concrete composite specimen3 试验结果分析3.1 界面渗透及黏结特征图3展示了部分典型PVA-ECC-普通混凝土复合试件渗水试验后的照片，图中各试件剖面的平均渗水高度用白线标出.由图3可见：除个别试件外，PVA-ECC侧的渗水高度均低于普通混凝土侧，PVA-ECC侧的渗水高度则一直保持在较低水平(1～2mm)，可见通过合适的界面处理，复合试件的黏结面不会成为渗透的薄弱环节(图3(a))；采用不同界面处理方式的复合试件在其黏结面处的渗水高度各不相同，而不同试件的普通混凝土侧、PVA-ECC侧的渗水高度差异不大.同样的规律也出现在其他工况的复合试件中，说明界面处理方式对黏结面的抗渗性能有影响.在渗水后试件的黏结面劈裂抗拉试验中发现，PVA-ECC-普通混凝土复合试件的破坏面均发生在紧贴既有普通混凝土侧的黏结面上，说明与界面剂黏结的既有普通混凝土薄层是黏结界面的薄弱环节.图3 渗水试件照片Fig.3 Photos of permeated specimens in various working conditions3.2 界面处理方式的影响各界面处理方式下，试件黏结面的平均渗水高度标准差为9.5～36.2mm，其渗透系数见图4.由图4可见：除W-H试件外，其余复合试件黏结面的抗渗性能均强于普通混凝土本身.这是因为W-H试件采用了无处理平界面，而界面剂H凝固时的体积变化较大且变化不均匀，可能导致黏结面出现微缝隙，降低了黏结面的抗渗性能.由图4还可知，刷毛平界面S的平均渗透系数最小，波纹型界面B次之，而无处理平界面W最大，其3种界面处理方式下试件的平均渗透系数分别为1.70×10-12，3.99×10-12，7.81×10-12m·s-1.刷毛处理的黏结面抗渗性能最佳，这是由于粗糙界面增大了机械啮合力，使得黏结更紧密.图4 各界面处理方式下试件黏结面渗透系数Fig.4 Permeability coefficients of specimen bonding interface with different interface treatments各界面处理方式下，试件界面的劈裂极限力标准差为5.9～32.4kN，其劈裂极限力对比如图5所示.由图5可见，刷毛平界面S渗水后，3种界面剂处理的试件黏结面平均劈裂极限力最大，为73.11kN，无处理平界面W次之，为60.86kN，波纹界面B则仅为57.39kN，前者劈裂极限力分别比后两者高20.1%和27.4%，表明界面粗糙度对其黏结性能有直接影响.界面粗糙度越高，界面间的接触面积越大，界面间的机械啮合力和界面化学作用力越强.波纹型界面B的劈裂极限力与无处理平界面W仅相差6%，表明波纹界面B黏结性能与无处理平界面W大致相当，波纹型界面处理方式对提高界面黏结性能没有明显贡献.图5 各界面处理方式下试件黏结面劈裂极限力Fig.5 Interfacial splitting ultimate force of specimen bonding interface with different interface treatments3.3 界面剂种类的影响由图4可见，采用界面剂P的黏结面抗渗性能优于其他2种界面剂，其平均渗透系数仅为1.69×10-12 m·s-1，界面剂J次之，为5.41×10-12 m·s-1，界面剂H最大，为6.39×10-12 m·s-1.这是由于膨胀水泥浆P所具有的微膨胀性抑制了混凝土干缩时基体内产生的微裂缝，减少了水的渗流通道，从而提高了黏结面的抗渗性能.水泥净浆J在搭配3种界面处理方式时的黏结面抗渗性能虽不及膨胀水泥浆P，但均比普通混凝土本身的渗透系数小，不会成为抗渗的薄弱环节.环氧树脂界面剂H在搭配3种界面处理方式时的渗透性能差异较大，对于S-H试件，其黏结面抗渗性能接近S-P试件黏结面的抗渗性能.由图5可见，采用界面剂H的黏结面平均劈裂极限力最大，为72.42kN，界面剂P次之，为66.72kN，界面剂J最低仅为52.22kN.所有复合试件中，S-H试件黏结面劈裂极限力最大，能达到普通混凝土劈裂极限力的83.2%.界面剂种类对黏结面劈裂极限力与抗渗性能的影响有所不同：从抗渗性能看，膨胀水泥浆界面剂最佳；从劈裂性能来看，环氧树脂界面剂最优.3.4 养护时间的影响在上述试验结果中，S-P试件黏结面呈现较好的抗渗性能和黏结性能，且由于膨胀水泥浆材料易得、界面刷毛处理施工难度小等特点，使得其具有非常强的工程实用价值.基于此，进一步开展养护时间对S-P试件黏结面抗渗性能及劈裂极限力的影响试验.分别制作1组S-P试件及1组普通混凝土试件，每组6个试件，试件制作方法同前，养护14d后进行抗渗及劈裂抗拉试验，并与养护28d试件的试验结果进行对比，如图6所示.图6 不同养护时间下S-P试件的试验结果Fig.6 S-P specimen interface test results under different curing times由图6(a)可知，普通混凝土试件的渗透系数在养护14d时为10.64×10-12 m·s-1，而在28d时降低到9.15×10-12 m·s-1，降低了14.0%.S-P试件黏结面的渗透系数在养护28d时比养护14d时降低了75.2%.说明养护时间越长，混凝土本身以及S-P试件黏结面的抗渗性能越好，而且S-P试件黏结面抗渗性能的提升比普通混凝土更明显.由图6(b) 可知，普通混凝土和S-P试件的劈裂极限力随养护时间的增加而增大，养护28d的普通混凝土劈裂极限力比养护14d的提高了13.3%，S-P试件则提高了35.0%.3.5 PVA-ECC与普通混凝土黏结面抗渗性能与抗拉强度的关系以上述PVA-ECC与普通混凝土黏结面的试验数据为样本(其中，W-H试件黏结面试验数据差异较大，舍弃该工况)，得到渗透系数与劈裂极限力之间的关系散点图，见图7.通过一元线性回归拟合，可得回归方程为：y=-0.1566x+13.1510(2)其相关系数R=0.8358，通过一元线性回归法中相关系数R与置信度关系检验，可知其置信度达到99%，说明PVA-ECC与普通混凝土黏结面抗渗性能与渗水后劈裂极限力之间存在线性关系，其渗透系数随劈裂极限力增加呈线性减小.图7 界面渗透系数-劈裂力关系Fig.7 Relationship of interfacial permeability coefficient and splitting ultimate force4 结论(1)界面处理粗糙度越高，PVA-ECC与既有混凝土黏结面抗渗性能就越好，劈裂极限力也越大.界面剂对黏结面抗渗性能的影响与劈裂极限力不同，膨胀水泥浆处理的黏结面抗渗性能最好，而环氧树脂界面剂处理的黏结面劈裂极限力最大. (2)随着养护时间的增加，S-P试件黏结面的渗透系数下降了75.2%，劈裂极限力提高了35.0%.可见，确保界面剂的充分水化凝结对于黏结面黏结性能的提升十分重要.(3)PVA-ECC与普通混凝土黏结面的渗透系数与渗水后劈裂极限力呈线性关系，且随劈裂极限力增大而减小.(4)低水灰比PVA-ECC本身的抗渗性能和黏结性能明显优于普通混凝土，在合理的界面处理方式下，PVA-ECC与普通混凝土黏结性能好，黏结面抗渗性能已超过普通混凝土本身，在地下结构等加固与修复中有巨大应用优势.参考文献：【相关文献】[1] 张顶立.隧道及地下工程的基本问题及其研究进展[J].力学学报,2017,49(1):3-21.ZHANG Dingli.Essential issues and their research progress in tunnel and underground engineering[J].Chinese Journal of Theoretical and Applied Mechanics,2017,49(1):3-21.(in Chinese)[2] 罗鑫.公路隧道健康状态诊断方法及系统的研究[D].上海：同济大学,2007.LUO Xin.Research on quantitative diagnosis method and system for health condition of highway tunnel[D].Shanghai:Tongji University,2007.(in Chinese)[3] 邹育麟,何川,周艺,等.重庆高速公路现役营运隧道渗漏水病害统计及成因分析[J].公路交通科技,2013,30(1):86-93,101.ZOU Yulin,HE Chuan,ZHOU Yi,et al.Statistics and cause analysis of leakage diseases in operating expressway tunnels in Chongqing[J].Journal of Highway and Transportation Research and Development,2013,30(1):86-93,101.(in Chinese)[4] 董飞,房倩,张顶立,等.北京地铁运营隧道病害状态分析[J].土木工程学报,2017,50(6):104-113.DONG Fei,FANG Qian,ZHANG Dingli,et al.Analysis on defects of operational metro tunnels in Beijing[J].China Civil Engineering Journal,2017,50(6):104-113.(in Chinese)[5] 徐世烺,李贺东.超高韧性水泥基复合材料研究进展及其工程应用[J].土木工程学报,2008,41(6):45-60.XU Shilang,LI Hedong.A review on the development of research and application of ultra high toughness cementitious composites[J].China Civil Engineering Journal,2008,41(6):45-60.(in Chinese)[6] 徐世烺,李贺东.超高韧性水泥基复合材料直接拉伸试验研究[J].土木工程学报,2009,42(9):32-41. 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工程纤维增强水泥基复合材料(ECC)耐久性能研究进展及应用
高其 韧性 ， 从而 有 效 地抑 制 裂 缝 的形 成 和 发展 。工 程 纤 维增 强水 泥基 复合材 料 （ Ｅ Ｃ Ｃ） 具有 较 高 的延 性
２ Ｅ Ｃ Ｃ耐 久 性 能试 验研 究
２ ． １ 抗 收缩 性能试 验
和裂缝 控制 能力 ， 大 大 改 善 了水 泥基 材 料 的抗 裂性 能¨ ， 是有 望解 决工 程结 构 耐 久 性 问题 的一 种 新 型
Ｒｅ ｓ ｅ ａ ｒ ｃ ｈ ＆ Ａｐ ｐｌ ｉ ｃ ａ ｔ ｉ ｏ ｎ ｏ ｆ Ｂｕｉ ｌ ｄ ｉ ｎｇ Ｍａ ｔ ｅ ｒ ｉ ａ ｌ ｓ
性 和 良好 的裂 缝控 制 能 力 ¨ ３ Ｊ ， 它 的韧性 与铝 合 金 非
・
８・
裂 作用 ， 使 得 试 件 内部 应 力 能 稳 定 地 传 递 并 扩 散 。 另 一方 面 ， 纤维 可 以挤压 甚 至阻塞 砂浆 内的毛 细管 ， 使 砂浆 表 面失水 面 积减 少 ， 水 分迁 移 困难 ， 降低 毛 细
公司， 山西 太原
摘
４ ５ ４ ０ ０ ３ ； ２ ． 中化 二建 集 团有 限
０ ３ ０ ０ ２ １ ）
要： 普通钢筋混凝 土结构存 在着严 重 的耐久性 问题 ， 工
常相似 ］ 。图 １ 为Ｐ Ｖ Ａ纤 维体 积掺 量 为 ２ ％的 Ｅ Ｃ Ｃ 在 单轴 拉伸 荷载 作用 下 的典型 应力 一应 变 曲线 。
ECO-ECC的制备技术、性能、微观机理及仿真分析的开题报告
ECO-ECC的制备技术、性能、微观机理及仿真分析的开题报告一、研究背景随着环境污染和气候变化问题的日益严重，绿色环保材料的研究和开发越来越受到关注。
ECO-ECC是一种新型的环保水泥基复合材料，是在传统高性能混凝土的基础上加入了再生纤维和化学掺合料，其力学性能和耐久性能都有非常显著的提高，且完全符合环保要求。
因此，ECO-ECC在建筑结构、道路桥梁、环保绿化等领域都有广泛的应用前景。
目前国内外对于ECO-ECC的研究较为少见，其制备技术、性能、微观机理以及仿真分析的研究也尚未深入展开。
因此，本文旨在对于ECO-ECC的研究进行深入探究，以期为其在实际应用中提供可靠的基础和理论支撑。
二、研究内容1、制备工艺研究：针对传统高性能混凝土的配合比和工艺，结合再生纤维和化学掺合料的特性，研究出ECO-ECC的最佳配合比和制备工艺。
2、性能测试研究：对于制备好的ECO-ECC进行力学性能测试和耐久性能测试，分析其强度、抗裂性、抗冻融性、耐化学腐蚀性等各方面性能指标。
3、微观结构分析研究：通过扫描电镜、X射线衍射仪等技术对于ECO-ECC的微观结构进行分析，探究其材料内部的结构特征和组成比例。
4、仿真分析研究：利用有限元软件对于ECO-ECC的受力性能及断裂机理进行数值仿真，为其在实际应用中提供理论指导。
三、研究意义和创新性1、ECO-ECC是一种新型的环保材料，其研究和开发对于解决环境污染和气回收问题具有重要意义。
2、本文对于ECO-ECC的制备技术、性能测试、微观结构分析以及仿真分析进行深入探究，为其在实际应用中提供了理论指导和技术支撑。
3、本文考虑到环境保护和可持续发展，在ECO-ECC的制备过程中加入了再生纤维等环保元素，是一项非常具有创新性和可持续性的研究工作。
四、研究方法1、基础试验：包括混凝土配合比的确定、性能测试、微观结构分析等；通过实验数据的分析和处理，得出ECO-ECC的基本性质和特点。
ECC混凝土黏结界面断裂试验研究
ECC全包裹普通混凝土复合试件的力学性能
ECC全包裹普通混凝土复合试件的力学性能康迎杰;郭自利;叶斌斌;潘鹏【期刊名称】《材料导报》【年(卷),期】2024(38)3【摘要】为综合利用工程用水泥基复合材料(ECC)在力学性能上和普通混凝土在成本上的优势,本工作提出了一种制备ECC全包裹普通混凝土复合试件的方法,通过进行抗压、抗拉及抗弯等试验系统研究了其基本力学性能,并采用数值分析方法对配筋复合梁进行了正截面受弯性能研究。
结果表明:在复合试件受力破坏时,ECC和混凝土界面未出现滑移,两种材料黏结可靠实现了协同受力;相对普通混凝土试件而言,复合试件的抗压强度、抗拉强度及抗弯强度均有所提升,尤其是抗弯强度的提升最为显著,对于截面尺寸为100 mm×100 mm的梁,当ECC厚度分别为10 mm和15 mm时,抗弯强度可提高27.4%和57.1%;复合试件具有良好的延性变形能力,破坏后可保持一定的完整性,整体具备高韧性特征;与普通钢筋混凝土梁相比,配筋复合梁有效利用了ECC材料的性能优势,显著提升了配筋梁的承载和变形能力。
【总页数】6页(P104-109)【作者】康迎杰;郭自利;叶斌斌;潘鹏【作者单位】石家庄铁道大学省部共建交通工程结构力学行为与系统安全国家重点实验室;河北省风工程和风能利用工程技术创新中心;石家庄铁道大学土木工程学院;清华大学土木工程系;清华大学土木工程安全与耐久教育部重点实验室【正文语种】中文【中图分类】TU528.1【相关文献】1.FRP编织网/ECC复合加固钢筋混凝土圆柱力学性能的试验研究2.全级配混凝土弯拉试件动态力学性能试验研究3.普通硅酸盐-硫铝酸盐复合胶凝体系混凝土的力学性能研究4.FRP-ECC复合约束混凝土圆柱反复受压力学性能因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
ECC-既有混凝土界面黏结性能研究
ECC-既有混凝土界面黏结性能研究
杨少伟;刘孜睿;杜义;赵爱宁
【期刊名称】《混凝土与水泥制品》
【年(卷),期】2024()6
【摘要】利用工程水泥基复合材料(ECC)对混凝土结构进行维修和加固时,新旧材料的界面黏结强度至关重要。
研究了不同养护条件(标准养护、20℃水养、-10℃自然养护、40℃自然养护)下,涂刷界面剂[乙酸乙烯酯(VA)、乙酸乙烯酯-乙烯(VAE)、乙酸乙烯酯-叔碳酸乙烯酯(VA/VeoVa)]对ECC-既有混凝土界面黏结性能的影响,并在标准养护条件下,对比分析了涂刷VA/VeoVa、凿毛、凿毛+涂刷
VA/VeoVa对ECC-既有混凝土界面黏结性能的影响。
结果表明:与VA、EVA相比,VA/VeoVa在各养护条件下均能有效提高试件的拉伸黏结强度;标准养护条件下,凿毛+涂刷VA/VeoVa对试件拉伸黏结强度的提高效果最好,其次是凿毛,最后是涂刷VA/VeoVa。
【总页数】4页(P64-67)
【作者】杨少伟;刘孜睿;杜义;赵爱宁
【作者单位】山东省建筑科学研究院有限公司;山东建科建筑材料有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】TU528.572
【相关文献】
1.ECC-混凝土黏结界面断裂试验研究
2.高延性地聚合物与既有混凝土界面的黏结性能
3.灌浆料与既有混凝土界面黏结性能试验研究
4.超高性能混凝土与普通混凝土的界面黏结性能研究
5.预制超高性能混凝土修复层与既有混凝土界面黏结短期性能研究
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ECC的研究进展
ECC的研究进展苏磊材料科学与工程学院，无机非金属材料专业，班级：12材4，学号：201214030406 [摘要]：综述纤维分类及对水泥基复合材料阻裂、增强、增韧等力学性能的增强效果；分析了纤维增强水泥基复合材料的增强机理及作用。
通过对ECC的研究，认为其前景广泛，意义重大。
[关键词]：水泥基复合材料；纤维；ECC；混凝土是目前世界上应用最广泛的建筑材料。
在实际工程应用中，混凝土主要存在以下不足: 一是极限受拉荷载下的脆性破坏。
混凝土的抗拉强度较低，当受到拉应力作用时极易发生脆性破坏，如剥落、破碎等。
二是混凝土的耐久性问题。
如混凝土收缩、化学侵蚀以及热效应等环境因素所引起的耐久性问题，同时混凝土表面不断扩展的裂缝也会极大地影响结构的耐久性，缩短结构的服役寿命。
近年来，以ECC ( Engineering CementitiousComposites) 为代表的纤维增强水泥基复合材料引起国内外广泛关注。
与普通混凝土、钢纤维混凝土以及高性能混凝土相比，其在韧性、耐久性和抗疲劳性能等方面都有大幅度的提高和改善。
在美国、日本和欧洲等国家及地区，ECC 已经开始大量应用于边坡加固、桥面修复、桥梁连接板及高层建筑连梁等领域。
在国内，ECC 的研究主要还集中在试验室条件下的材料性能研究，尚没有ECC的工程应用实例。
1、纤维的分类纤维混凝土中常见的纤维按其材料性质可分为：金属纤维（如钢纤维、不锈钢纤维），无机纤维（如石棉等天然矿物纤维、抗碱玻璃纤维、抗碱矿棉、碳纤维等人造纤维），有机纤维（如聚丙烯、聚乙烯、尼龙、芳族聚酰亚胺等合成纤维和西沙尔麻等天然植物纤维）。
按其弹性模量可分为高弹模纤维（如钢纤维、碳纤维、玻璃纤维等）和低弹模纤维（如聚丙烯纤维、某些植物纤维等）。
按其长度可分为非连续的短纤维和连续的长纤维（如玻璃纤维无捻粗纱、聚丙烯纤化薄膜等）。
制造纤维混凝土主要使用短纤维，但有时也使用长纤维或纤维制品（如玻璃纤维网格布和玻璃纤维毡等）。
高延性纤维增强水泥基复合材料在建筑结构中的应用现状
高延性纤维增强水泥基复合材料在建筑结构中的应用现状陈杨;章红梅【摘要】高延性水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composite,ECC)是一种使用微观力学、断裂力学对复合材料进行系统分析得到的具有超高韧性的纤维增强水泥基复合材料.ECC作为一种高性能新材料,能够显著改善结构构件的力学性能,将其合理的应用于结构构件中也是其重要的发展趋势.对ECC材料进行了介绍,综述了ECC材料性能、ECC在建筑结构中的研究应用现状,就现有的应用形式方面的不足进行了评述和展望.%Engineered Cementitious Composite (ECC) is a fiber reinforced cement based composite material systematically designed based on the micromechanics and fracture mechanics and engineered to achieve the ultrahigh toughness.As a kind of new material with high performance,ECC can significantly improve the mechanical properties of structural members and it is an important development trend of the ECC to be reasonably applied in the structural component.This paper introduces the performance and the state of the research and application in structure of ECC.Meanwhile,the existing problems in the form of application are reviewed and prospected.【期刊名称】《结构工程师》【年(卷),期】2017(033)003【总页数】14页(P208-221)【关键词】水泥基复合材料;力学性能;应变硬化;多缝开裂;耐久性;应用现状【作者】陈杨;章红梅【作者单位】同济大学结构工程与防灾研究所,上海20092;同济大学结构工程与防灾研究所,上海20092【正文语种】中文混凝土作为我国建筑领域应用最广泛的建筑材料,以其取材便利,应用方便,抗压能力强被广泛应用于各类建筑结构中。
ECC增强混凝土构件研究综述
作者简介:陈玉珩（1991-），男，内蒙古人，本科，助理工程师，研究方向：结构。
摘要:工程水泥基复合材料（engineered cementitious compos-ite ，ECC ）是经系统的微观力学设计，在拉伸和剪切荷载下呈现高延展性的一种纤维增强水泥基复合材料。
研究表明，ECC 具有应变-硬化特性，在力学、安全方面具有优于普通纤维增强混凝土的特殊性能。
ECC 受拉破坏时的极限拉应变是普通混凝土的近500倍，具有极强的韧性并对裂缝起到了一定的控制作用，可以极大地提高结构的安全性和耐久性。
经四点弯曲试验，研究人员得出ECC 极限挠度高达普通混凝土的40倍。
此外，ECC 材料的抗冻融循环和抗收缩性能也十分优异。
这些突出的力学性能使得近年来该材料在实际工程设计和施工中得到了越来越广泛的运用。
关键词:ECC ；裂缝控制；延性；研究综述中图分类号:TU375文献标志码:A文章编号:1007-7359(2018)03-0082-02DOI :10.16330/ki.1007-7359.2018.03.035ECC 是一种经细观力学设计的先进材料，具有应变-硬化特性,在纤维体积掺量小于2%的情况下，其极限拉应变通常在3%~7%的范围内[1]。
ECC 具有多缝稳态开裂的特点，在安全性、耐久性、适用性等方面有着优异的性能，可以很好地解决传统混凝土由于易脆性、弱拉伸性而导致的种种缺陷，在水泥基制品开发、桥梁道路施工、结构加固补强等领域有着广阔的应用前景。
ECC （Engineered Cementitious Composites ）的材料组分包括水、水泥、一级粉煤灰、石英砂、纤维和化学添加剂等。
由于粗骨料会影响复合材料的延性，因此ECC 材料中不包含粗骨料。
通常来说，2%的纤维含量能够满足ECC 材料达到应变硬化性能的要求；另外，由于基体韧度不能太高，石英砂的平均粒径通常在110μm 。
通常情况下水灰比小于0.5，纤维体积掺量不大于2%[2]。
型钢–高延性水泥基复合材料(ECC)界面粘结性能综述
型钢–高延性水泥基复合材料(ECC)界面粘结性能综述
许士博;潘姣姣;黄镇斌
【期刊名称】《土木工程》
【年(卷),期】2024(13)1
【摘要】利用高延性水泥基复合材料(ECC)良好的变形和控裂能力将其与型钢组合形成型钢–ECC组合结构,可以提高结构的延性和抗震性能。
型钢–ECC界面粘结是保证两种材料协同工作、共同承载的基础。
本文综述了国内外关于型钢–ECC界面粘结滑移性能的研究现状和进展,介绍了型钢–ECC及构件基本性能、型钢–ECC界面粘结性能、型钢–ECC界面粘结强度、型钢–ECC粘结应力–滑移本构关系,分析了目前存在的问题,并对型钢–ECC的未来发展前景进行展望,以期为今后ECC材料在型钢–ECC组合结构中的应用提供参考。
【总页数】9页(P72-80)
【作者】许士博;潘姣姣;黄镇斌
【作者单位】西京学院土木工程学院西安;西京学院西安
【正文语种】中文
【中图分类】TU3
【相关文献】
1.高延性水泥基复合材料(ECC)在r桥面铺装工程中的应用
2.高延性水泥基复合材料(ECC)在钢桥面铺装中的应用性能研究
3.高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC)连续梁模型在地震荷载下的响应及其敏感性分析
4.高延性水泥基复合材料(ECC)正
交试验5.不同长径比聚乙烯醇(PVA)/高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC)动态压缩性能
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ECC与既有混凝土粘结界面抗剪性能研究
ECC与既有混凝土粘结界面抗剪性能研究魏鹏;周明洋【摘要】为研究工程纤维增强水泥基复合材料(ECC)与既有混凝土粘结界面的抗剪切性能,对24个ECC与既有混凝土Z型粘结试件和6个混凝土Z型整体试件进行抗剪切性能研究,考察界面粗糙度对ECC与既有混凝土粘结剪切性能的影响,并建立抗剪切性能与界面粗糙度的函数关系表达式.结果表明:抗剪切性能与界面粗糙度成线性关系,界面粗糙度的增加能明显地提高试件的抗剪切强度.该研究结果可为今后的ECC加固混凝土结构研究提供参考.【期刊名称】《中原工学院学报》【年(卷),期】2019(030)004【总页数】6页(P49-54)【关键词】ECC;受剪性能;界面粘结;粗糙度【作者】魏鹏;周明洋【作者单位】河南理工大学土木工程学院,河南焦作454003;中铁北京工程局集团有限公司机场工程分公司,北京100000【正文语种】中文【中图分类】TU502近几年来，我国的房屋建筑因自然灾害的原因导致大量受损，针对受损房屋的修复加固势在必行[1]。
现在建筑物常用的加固方法有增大截面法、粘贴钢板加固法、外加预应力加固法、增设支点加固法和粘贴纤维复合材料加固法等[2]。
但这些方法都存在一些不足，如增大截面加固法和增设支点加固法对净空有较大影响，粘贴钢板加固法只适用于受弯或受拉构件，外加预应力法不适用于高湿度环境下的混凝土结构，粘贴纤维材料复合加固法早期对混凝土构件刚度提升小。
工程纤维增强水泥基复合材料(Engineering Fiber Reinforced Cementitious Composites，简称ECC)是一种用于加固的复合材料，具有较高的韧性、延展性和耐久性，同时具有较高的抗裂性能和裂缝控制能力[3-6]。
将ECC应用在房屋建筑的修复加固中，可解决现在常用加固方法存在的问题。
然而在用复合材料对既有混凝土结构进行修复加固时，往往因粘贴面两侧材料在受力时变形不同步而产生滑移，导致修复后的构件发生剪切破坏[7-9]。
ECC基本力学性能及工程应用
6 lj g 坊Sichuan Building Materials第45卷第5期2019年5月Vol.45,No.5May, 2019ECC 基本力学性能及工程应用吴镇铎(华南理工大学，广东 广州510641)摘 要:传统混凝土材料因拉伸脆性、裂缝宽度大等缺点对结构耐久性造成严重影响。
工程设计水泥基复合材料(ECC)是通过设计、调整材料微观结构得到的具备高延性、高韧性 和高裂缝宽度控制能力等优点的纤维增强水泥基复合材料，其极限拉伸应变能够达到3%以上，受压、受弯时具有较大的变形能力。
大量工程应用表明，ECC 替代混凝土能带来较好的综合效益。
关键词:ECC ；基本性能；工程应用中图分类号:TU528.58文献标志码:B文章编号：1672 -4011(2019)05 -0026 -02DOI ：10. 3969/j. issn. 1672 - 4011. 2019. 05. 0111基本性能ECC 以水泥、粉煤灰、微硅粉等为胶凝材料,PVA 、PE 等 纤维为增强材料，最粗骨料通常为精细砂，骨料直径在300ptrn 以下，以保证基体的均匀性。
在纤维体积掺量低于2% 的情况下,硬化后的复合材料表现出与金属相似的应变硬化 特性，极限拉伸应变通常达到普通混凝土的300 ~500倍;受拉、受弯时裂缝宽度控制在100 以下，阻裂性能优异。
使用ECC 材料替代混凝土，能显著提高结构的变形能力和耐久性能。
1.1单轴压缩性能ECC 不含粗骨料，压缩弹性模量低于普通混凝土，通常 为15-22 GPa o 抗压强度取决于配合比及原材料种类,28 d 强度一般为30 -80 MPa,最高可达到150 MPa [1]o 受压时，水泥基体开裂后,ECC 内部纤维发挥作用，阻止断裂界面剥离，试件表面出现大量裂纹而不脱落,变形能力较强，极限压应变可达到普通混凝土的2〜3倍，单轴压缩性能见图l o1.2直接拉伸性能直接拉伸作用下,ECC 基体开裂后，开裂截面处应力由纤维承担，荷载瞬时下降后恢复。
高延性混凝土在结构加固应用中的研究进展
引言老旧建筑维修加固后继续使用，不仅可以节省人力物力资源，还可以一定程度上解决建筑垃圾对环境的污染，践行可持续发展原则。
针对结构老化、使用功能变更等问题，目前已有技术规范对常用的加固方法作出了相应的规定，FRP（Fiber Reinforced Plastic）常被用于结构加固，然而现有的补强加固方法并没有从根本上解决混凝土材料的脆性和带裂缝工作的特性，有些方法还存在施工困难等问题。
现有的纤维复合材料加固也因造价高、材料利用率较低等问题，其应用并不是十分广泛，所以找到一种理想经济的新型材料弥补现有的不足，成为当下一项有意义的研究方向。
由于混凝土材料在抗震、抗冻、抗裂等方面都存在很多不足，虽然如今混凝土依然是应用最广泛的建筑材料，但由于其本身的脆性，目前需要研究出一种材料既能继承其优点又能改善其缺点。
高延性水泥基复合材料ECC（Engineered Cementitious Composites）在拉伸和剪切作用下呈现多裂缝同时开展和应变硬化特征，很大程度上弥补了混凝土材料的缺点，具有延展性高、抗疲劳性强、韧性大和抗裂性好等优点[1]。
基于ECC制备理论，有学者制备了高延性混凝土（HDC）并系统地研究了其力学性能。
相较于普通混凝土，HDC自身的诸多优点，在建筑工程和结构构件加固修护方面具有广泛的应用前景。
1、HDC构件的力学性能邓明科等[2]对高延性纤维混凝土的抗压强度开展试验，结果表明，在高延性纤维混凝土的纤维侨联作用下，试块的拉伸变形受到限制，致使其强度比值系数较RC有所增加，并且韧性和变形能力增加，破坏后形态完好。
在原有理论基础上，考虑高延性纤维混凝土材料自身特性，给出其抗压强度标准值计算方法；与普通混凝土大偏压柱相比，HDC大偏压柱具有良好的抗裂性能，且当偏心距加大时，伴随着承载能力的降低其延性明显提升。
在考虑高延性混凝土受拉作用的前提下，推导出HDC偏压构件的承载力计算公式。
董志芳等[3]开展并统计了49组纤维织物增强HDC试件的单轴拉伸试验结果，试验表明，配网率和掺入PVA一方面可以提高混凝土试块的极限强度，同时也可以改善其变形能力，掺量越大提升越明显。
高阻尼ECC及CFRP筋混凝土带暗支撑剪力墙抗震性能试验研究
第４０卷第５期２０２０年１０月 地 震 工 程 与 工 程 振 动ＥＡＲＴＨＱＵＡＫＥＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＡＮＤＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＤＹＮＡＭＩＣＳＶｏｌ．４０Ｎｏ．５ Ｏｃｔ．２０２０ 收稿日期：２０１９－１２－１０； 修订日期：２０２０－０３－０２ 基金项目：国家自然科学基金项目（５１５７８２２５，５２０７８２０３） Ｓｕｐｐｏｒｔｅｄｂｙ：ＮａｔｉｏｎａｌＮａｔｕｒａｌＳｃｉｅｎｃｅＦｏｕｎｄａｔｉｏｎｏｆＣｈｉｎａ（５１５７８２２５，５２０７８２０３） 作者简介：汪梦甫（１９６５－），男，教授，主要从事结构抗震研究．Ｅ ｍａｉｌ：ｗａｎｇｍｅｎｇｆｕ＠１２６．ｃｏｍ文章编号：１０００－１３０１（２０２０）０５－００２４－１１ＤＯＩ：１０．１３１９７／ｊ．ｅｅｅｖ．２０２０．０５．２４．ｗａｎｇｍｆ．００３高阻尼ＥＣＣ及ＣＦＲＰ筋混凝土带暗支撑剪力墙抗震性能试验研究汪梦甫，朱旭帆（湖南大学土木工程学院，湖南长沙４１００８２）摘 要：文中提出了两种方式来进一步改善钢筋混凝土带钢板暗支撑剪力墙的抗震性能，其一是采用具有高延性和高韧性的高阻尼ＥＣＣ材料来浇筑墙身，其二是在暗柱区域配置具有高抗拉强度和线弹性力学性能的ＣＦＲＰ筋。
为研究这两种方式对剪力墙抗震性能的影响，本文完成了１片高阻尼ＥＣＣ带钢板暗支撑剪力墙和１片ＣＦＲＰ筋混凝土带钢板暗支撑剪力墙的低周往复加载试验，得到了两片剪力墙的破坏模式、承载力、延性、耗能能力和刚度退化等抗震性能指标。
通过与传统钢筋混凝土带钢板暗支撑剪力墙的试验结果进行对比后得出：高阻尼ＥＣＣ带钢板暗支撑剪力墙的承载力、延性和耗能能力均有较大提高，抗震性能得到显著改善；ＣＦＲＰ筋混凝土带钢板暗支撑剪力墙延性和耗能能力均有小幅度提高，抗震性能有一定程度改善，其自复位性能提高明显。
关键词：高阻尼ＥＣＣ；ＣＦＲＰ筋；钢板暗支撑；剪力墙；低周往复加载试验；抗震性能中图分类号：ＴＵ３５２．１ 文献标志码：ＡＥｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｓｔｕｄｙｏｎｓｅｉｓｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｈｉｇｈｄａｍｐｉｎｇＥＣＣａｎｄＣＦＲＰｂａｒｓｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｓｈｅａｒｗａｌｌｗｉｔｈｃｏｎｃｅａｌｅｄｂｒａｃｉｎｇＷＡＮＧＭｅｎｇｆｕ，ＺＨＵＸｕｆａｎ（ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＨｕｎａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙ，Ｃｈａｎｇｓｈａ４１００８２，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｉｎｔｈｉｓｐａｐｅｒ，ｔｗｏｍｅｔｈｏｄｓａｒｅｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｆｕｒｔｈｅｒｉｍｐｒｏｖｅｔｈｅｓｅｉｓｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎ ｃｒｅｔｅｓｈｅａｒｗａｌｌｗｉｔｈｓｔｅｅｌｐｌａｔｅｃｏｎｃｅａｌｅｄｂｒａｃｉｎｇ．Ｉｎｔｈｅｆｉｒｓｔｍｅｔｈｏｄ，ｎｏｒｍａｌｃｏｎｃｒｅｔｅｉｎｓｈｅａｒｗａｌｌｗａｓｒｅｐｌａｃｅｄｂｙｈｉｇｈｄａｍｐｉｎｇＥＣＣ（ＥｎｇｉｎｅｅｒｅｄＣｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓ）ｍａｔｅｒｉａｌｗｈｉｃｈｈａｓｈｉｇｈｄｕｃｔｉｌｉｔｙａｎｄｈｉｇｈｔｏｕｇｈ ｎｅｓｓ．Ｉｎｔｈｅｓｅｃｏｎｄｍｅｔｈｏｄ，ｔｈｅｌｏｎｇｉｔｕｄｉｎａｌｓｔｅｅｌｂａｒｓｉｎｂｏｕｎｄａｒｙｚｏｎｅｏｆｓｈｅａｒｗａｌｌｗｅｒｅｒｅｐｌａｃｅｄｂｙｔｈｅＣＦＲＰｂａｒｓｗｈｉｃｈｈａｓｈｉｇｈｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈａｎｄｌｉｎｅａｒｅｌａｓｔｉｃｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ．Ｉｎｏｒｄｅｒｔｏｉｎｖｅｓｔｉｇａｔｅｔｈｅｅｆｆｅｃｔｉｖｅ ｎｅｓｓｏｆｔｈｅｔｗｏｉｍｐｒｏｖｅｄｍｅｔｈｏｄｓ，ｔｈｅｑｕａｓｉ ｓｔａｔｉｃｃｙｃｌｉｃｌｏａｄｉｎｇｔｅｓｔｓｏｆｏｎｅｐｉｅｃｅｏｆｈｉｇｈｄａｍｐｉｎｇＥＣＣｓｈｅａｒｗａｌｌｗｉｔｈｓｔｅｅｌｐｌａｔｅｃｏｎｃｅａｌｅｄｂｒａｃｉｎｇａｎｄｏｎｅｐｉｅｃｅｏｆＣＦＲＰｂａｒｓｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔｃｏｎｃｒｅｔｅｓｈｅａｒｗａｌｌｗｉｔｈｓｔｅｅｌｐｌａｔｅｃｏｎｃｅａｌｅｄｂｒａｃｉｎｇｗｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔ．Ｔｈｅｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｓ，ｌｏａｄｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｉｅｓ，ｄｕｃｔｉｌｉｔｙｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓ，ｅｎｅｒｇｙｄｉｓｓｉ ｐａｔｉｏｎａｂｉｌｉｔｙａｎｄｓｔｉｆｆｎｅｓｓｄｅｇｒａｄａｔｉｏｎｏｆｔｈｅｔｗｏｔｅｓｔｅｄｓｈｅａｒｗａｌｌｓｗｅｒｅｏｂｔａｉｎｅｄ．Ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｏｆｔｒａｄｉｔｉｏｎａｌｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｓｈｅａｒｗａｌｌｗｉｔｈｓｔｅｅｌｐｌａｔｅｃｏｎｃｅａｌｅｄｂｒａｃｉｎｇ，ｔｈｅｂｅａｒｉｎｇｃａｐａｃｉｔｙ，ｄｕｃｔｉｌｉｔｙａｎｄｅｎｅｒｇｙｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎｃａｐａｃｉｔｙｏｆｔｈｅｈｉｇｈｄａｍｐｉｎｇＥＣＣｓｈｅａｒｗａｌｌｗｉｔｈｓｔｅｅｌｐｌａｔｅｃｏｎｃｅａｌｅｄｂｒａｃｉｎｇｈａｖｅｂｅｅｎｇｒｅａｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄ．ＴｈｅｄｕｃｔｉｌｉｔｙａｎｄｅｎｅｒｇｙｄｉｓｓｉｐａｔｉｏｎｃａｐａｃｉｔｙｏｆＣＦＲＰｂａｒｓｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｏｎｃｒｅｔｅｓｈｅａｒｗａｌｌｗｉｔｈｓｔｅｅｌｐｌａｔｅ第５期汪梦甫，等：高阻尼ＥＣＣ及ＣＦＲＰ筋混凝土带暗支撑剪力墙抗震性能试验研究ｃｏｎｃｅａｌｅｄｂｒａｃｉｎｇｈａｖｅｂｅｅｎｓｌｉｇｈｔｌｙｉｍｐｒｏｖｅｄ，ｂｕｔｉｔｓｓｅｌｆ ｃｅｎｔｅｒｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｈａｓｂｅｅｎｉｍｐｒｏｖｅｄｏｂｖｉｏｕｓｌｙ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｈｉｇｈｄａｍｐｉｎｇＥＣＣ；ＣＦＲＰｂａｒｓ；ｓｔｅｅｌｐｌａｔｅｃｏｎｃｅａｌｅｄｂｒａｃｉｎｇ；ｓｈｅａｒｗａｌｌ；ｑｕａｓｉ ｓｔａｔｉｃｃｙｃｌｉｃｌｏａｄｉｎｇｔｅｓｔ；ｓｅｉｓｍｉｃｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ引言剪力墙是高层以及超高层建筑结构中一种常用的抗侧力构件，其承载力和延性使它能有效地吸收消耗地震作用下输入结构的能量，对整体结构的抗震能力起着十分重要的作用。
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混凝土设计强度等级 Ｃ３０
中原工学院学报
表 １ 混 凝 土 配 合 比
水泥
砂
４０７ｋｇ·ｍ－３
６４０ｋｇ·ｍ－３
２０１９ 年 第 ３０ 卷
石子 １１３８ｋｇ·ｍ－３
水 ２１５ｋｇ·ｍ－３
ＥＣＣ 设计强度等级 Ｅ４０
ＰＶＡ 纤维 ２４ｋｇ·ｍ－３
表２ ＥＣＣ 配合比
水泥
第 ３０ 卷 第 ４ 期 ２０１９ 年 ８ 月
中原工学院学报 ＪＯＵＲＮＡＬ ＯＦ ＺＨＯＮＧＹＵＡＮ ＵＮＩＶＥＲＳＩＴＹ ＯＦ ＴＥＣＨＮＯＬＯＧＹ
Ｖｏｌ．３０ Ｎｏ．４ Ａｕｇ．２０１９
文 章 编 号 ：１６７１－６９０６（２０１９）０４－００４９－０６
ＥＣＣ 与既有混凝土粘结界面抗剪性能研究
本文拟对 ＥＣＣ 与原 混 凝 土 Ｚ 型 粘 结 试 件 进 行 试 验研究，分析４种不同类型的界面粗糙度对 ＥＣＣ 与 原
混凝土界面粘结抗剪性切能的影响规律。
１ 试 验 概 况
１．１ 试 验 材 料 所用材料为老混凝土，它为提前浇筑的一批尺寸为
１５０ｍｍ×１５０ｍｍ×１５０ｍｍ 的普通混凝土试块。老混 凝土由以下材料组成：普 通 硅 酸 盐 水 泥 Ｐ·Ｏ４２．５；细 骨料，为最大粒径５ｍｍ 普通河砂；粗骨料，为粒径５～ ２５ｍｍ 的碎石；普通自来水。混凝土２８ｄ抗压强度为 ３４．２６ ＭＰａ，其配合比如表１所示。
收 稿 日 期 ：２０１９－０７－０３ 引文格式：魏鹏，周明洋．ＥＣＣ 与既有混凝土粘结界面抗剪性能研究［Ｊ］．中原工学院学报，２０１９，３０（４）：４９－５４．
ＷＥＩ Ｐｅｎｇ，ＺＨＯＵ Ｍｉｎｇｙａｎｇ．Ｓｔｕｄｙ ｏｎ ｔｈｅ ｓｈｅａｒ ｂｅｈａｖｉｏｒ ｏｆ ｂｏｎｄ ｉｎｔｅｒｆａｃｅ ｂｅｔｗｅｅｎ ＥＣＣ ａｎｄ ｅｘｉｓｔｉｎｇ ｃｏｎｃｒｅｔｅ ［Ｊ］．Ｊｏｕｒｎａｌ ｏｆ Ｚｈｏｎｇｙｕａｎ Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ ｏｆ Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，２０１９，３０（４）：４９－５４（ｉｎ Ｃｈｉｎｅｓｅ）．
魏 鹏１，周 明 洋２
（１．河南理工大学 土木工程学院，河南 焦作 ４５４００３；２．中铁北京工程局集团有限公司机场工程分公司，北京 １０００００ ）
摘 要： 为研究工程纤维增强水泥基复合材料（ＥＣＣ）与既有混凝土粘结界面 的 抗 剪 切 性 能，对 ２４ 个 ＥＣＣ 与 既 有 混 凝 土 Ｚ型粘结试件和６个混凝土 Ｚ型整体试件进行抗剪切性能研究，考察界面粗糙度对 ＥＣＣ 与既有混凝土粘结 剪 切 性 能 的影响，并建立抗剪切性能与界面粗糙度的函数关系表达 式。结 果 表 明：抗 剪 切 性 能 与 界 面 粗 糙 度 成 线 性 关 系 ，界 面 粗 糙度的增加能明显地提高试件的抗剪切强度。该研究结果可为今后的 ＥＣＣ 加固混凝土结构研究提供参考。 关 键 词 ： ＥＣＣ；受 剪 性 能 ；界 面 粘 结 ；粗 糙 度 中 图 分 类 号 ： ＴＵ５０２ 文 献 标 志 码 ： Ａ ＤＯＩ：１０．３９６９／ｊ．ｉｓｓｎ．１６７１－６９０６．２０１９．０４．０１１
近几年来，我国 的 房 屋 建 筑 因 自 然 灾 害 的 原 因 导 致大量受 损，针 对 受 损 房 屋 的 修 复 加 固 势 在 必 行 。 ［１］ 现在建筑物常用的加 固 方 法 有 增 大 截 面 法、粘 贴 钢 板 加 固 法 、外 加 预 应 力 加 固 法 、增 设 支 点 加 固 法 和 粘 贴 纤 维复合材 料 加 固 法 等 。 ［２］ 但 这 些 方 法 都 存 在 一 些 不 足，如增大截面加固 法 和 增 设 支 点 加 固 法 对 净 空 有 较 大 影 响 ，粘 贴 钢 板 加 固 法 只 适 用 于 受 弯 或 受 拉 构 件 ，外 加预应力法不适用于 高 湿 度 环 境 下 的 混 凝 土 结 构，粘 贴纤 维 材 料 复 合 加 固 法 早 期 对 混 凝 土 构 件 刚 度 提 升 小 。 工 程 纤 维 增 强 水 泥 基 复 合 材 料 （Ｅｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ Ｆｉｂｅｒ Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓ Ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，简称 ＥＣＣ）是 一 种 用 于 加 固 的 复 合 材 料 ，具 有 较 高 的 韧 性 、延 展 性 和 耐 久性，同时具有较高的抗裂 性 能 和 裂 缝 控 制 能 力 。 ［３－６］ 将 ＥＣＣ 应用在房屋建筑的修复加固中，可解决现在常 用加固方法存在的问题。然而在用复合材料对既有混 凝土结构进行修复加 固 时，往 往 因 粘 贴 面 两 侧 材 料 在 受力时变形不同步而 产 生 滑 移，导 致 修 复 后 的 构 件 发 生剪切破 坏 。 ［７－９］ 因 此，提 高 修 复 结 构 的 整 体 工 作 性 能，关键在于提高修 复 材 料 与 既 有 混 凝 土 构 件 粘 结 面 的抗剪切能力。
ＥＣＣ配合比强度设计值为４０ ＭＰａ，所用材 料 为水 泥、Ⅰ级粉煤灰、细砂（粒径小于０．６ｍｍ）、ＰＶＡ 纤维（日 本 Ｋｕｒａｒａｙ 公 司 生 产 的 Ｋ－ ⅡＲＥＣ１５ 型，其 性 能 见 表３）、减 水 剂、水。ＥＣＣ２８ｄ 抗 压 强 度 为４２．５ ＭＰａ， 其 配 合 比 如 表 ２。 １．２ 试 件 制 作
为了使粘结试件 截 面 上 的 应 力 分 布 均 匀，且 在 加 载时能保持试件粘结 面 与 加 载 方 向 一 致，结 合 相 关 试 验资料 ，本 ［１０－１１］ 文采 用 Ｚ 型 试 件 对 ＥＣＣ 与 老 混 凝 土 粘结试件和混凝土整体试件的抗剪切性能进行试验研 究。Ｚ 型试件尺寸（单位为 ｍｍ）如图１所示。
砂子
５５５ｋｇ·ｍ－３ ４９０ｋｇ·ｍ－３
粉煤灰 ６８０ｋｇ·ｍ－３
水 ４４７ｋｇ·ｍ－３
减水剂 １．７２％
直径 ３９ ｍｍ
长度 １２ ｍｍ
表３ ＰＶＡ 纤维性能
抗拉强度
极限延伸率
１ ６２０ ＭＰａ
７．０％
弹性模量 ４２．８ＧＰａ
密度 １．２ｇ·ｍ－３