高韧性纤维增强水泥基复合材料的抗拉性能
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。
超高韧性水泥基纤维复合材料UHTCC
超高韧性水泥基纤维复合材料（UHTCC）
“超高韧性水泥基纤维复合材料（UHTCC）”作为一种先进的轻质高强材料，在国民经济的众多行业领域有着广泛的用途，已成为国际新材料革命的一个重要发展方向。
与传统类似产品所具有的拉伸应变软化特性（脆性大、易开裂、开裂后裂缝宽度难以得到有效控制）截然不同，该产品具有显著的应变硬化特性，其极限拉应变可达3%以上，是混凝土的300倍至700倍，极限裂缝宽度可稳定控制在0.1mm以内，在结构处于正常使用状态下其裂缝宽度甚至可以稳定控制在0.05mm以内（对承载及耐久性无不利影响，可视为无害裂缝），即使是在各种恶劣环境下，UHTCC 材料仍然能够保持良好的裂缝控制能力，满足所有规范中规定的即使是最恶劣的暴露环境下的耐久性要求。
更值得一提的是，在一定的环境条件下UHTCC 还具有裂缝自愈性；除高韧性和高变形性能力外，该产品还具有良好的抗冻融性能、抗渗性能、抗碳化性能及抗冲击性能等诸多适用于水利大坝、港口码头、高层建筑、道路桥梁路面以及节能环保等行业领域基础设施修复、更新和加固的优异特性，属于典型的高新技术产品。
PVA纤维水泥基复合材料的抗拉性能及韧性研究_薛会青
PVA 纤维 39
表 2 材料配合比 Tab 2 M ix p ropor tion s of m ater ials 纤维质 纤维体 / ( kg m PV 1 PV 2 PV 3 4 5 6
- 3
水泥
- 3
石英砂 / ( kg
-3
水 /( kg
- 3
减水剂 /( kg ) m- 3) 4. 875 4. 875 4. 875
图 1 PVA- ECC 的 - 全曲线 Fig . 1 T ensile stre ss- strain( - ) cu rves for PVA- ECC
400 mm试块. 试件成型 24 h 后拆模 , 放入标准养 护室养护 28 d , 试验前 3 h 拿出试件晾干准备试 验 . 每种纤维掺量的配合比完成 3 个试件的韧性 试验. 按照美国 ASTM 方法, 用三分点梁进行韧性 试验, 梁跨度为 300 mm. 试验在 Instron1343 伺服 系统机上进行 , 加载按恒位移控制 . 为了提高梁 挠度测试的精度 , 在挠度记录中不包括在支座处 的沉降、 加载点的位移及钢板与试件间的缝隙和 钢板的 弹 性 变 形 等. 梁 挠 度 的 测 定 采 用 日 本 [ 1] YOKE 方法 . 将夹式引伸仪置于试件的中性轴 测定梁的挠度, 位移速率 0 . 1 mm /m in , 计算机自 动采集数据 , 得到纤维混凝土荷载 - 挠度曲线 .
PVA 纤维水泥基复合材料的抗拉性能及韧性研究
薛会青, 邓宗才, 李建辉
( 北京工业大学 建筑工程学院 , 北京 100124) 摘 要 : 聚乙烯醇 ( PVA ) 纤维是一种具有高抗 拉 、 高弹模 , 亲水 性好 , 特别是 与波特 兰水泥 有良好 的相
《PVA纤维增韧水泥基复合材料制备及其高温力学性能研究》
《PVA纤维增韧水泥基复合材料制备及其高温力学性能研究》一、引言随着现代建筑技术的不断发展，对建筑材料性能的要求日益提高。
水泥基复合材料因其优异的物理力学性能和良好的耐久性，在建筑领域得到了广泛应用。
然而，传统的水泥基材料在受到冲击或震动时易产生裂纹，影响了其使用性能。
为了改善这一不足，研究人员开始探索将纤维加入到水泥基材料中，以提高其韧性和抗裂性能。
其中，PVA（聚乙烯醇）纤维因其优良的物理性能和与水泥基材料的良好相容性，成为了增强水泥基复合材料的重要选择。
本文旨在研究PVA纤维增韧水泥基复合材料的制备工艺及其在高温环境下的力学性能。
二、PVA纤维增韧水泥基复合材料的制备1. 材料选择制备PVA纤维增韧水泥基复合材料所需的主要材料包括水泥、PVA纤维、水和其他添加剂。
其中，PVA纤维的选择对于提高复合材料的性能至关重要。
应选择具有高强度、高韧性和良好亲水性的PVA纤维。
2. 制备工艺制备过程主要包括材料混合、搅拌、浇筑和养护等步骤。
首先，将水泥、PVA纤维、水和添加剂按照一定比例混合；然后，通过搅拌使各组分充分混合均匀；接着，将混合物浇筑到模具中，进行养护；最后，脱模并得到PVA纤维增韧水泥基复合材料。
三、高温力学性能研究1. 实验方法为了研究PVA纤维增韧水泥基复合材料在高温环境下的力学性能，采用高温炉对试样进行加热，并利用万能材料试验机进行力学性能测试。
通过改变加热温度和加热时间，探究不同条件下复合材料的力学性能变化。
2. 实验结果与分析（1）抗拉强度：随着温度的升高，PVA纤维增韧水泥基复合材料的抗拉强度呈现先增加后降低的趋势。
在较低温度下，PVA纤维能够有效地提高复合材料的抗拉强度；而在较高温度下，由于纤维与基体的热膨胀系数差异较大，导致复合材料内部产生较大的热应力，从而降低其抗拉强度。
（2）抗压强度：与抗拉强度类似，PVA纤维增韧水泥基复合材料的抗压强度在高温环境下也呈现先增加后降低的趋势。
纤维参数对水泥基复合材料力学性能影响研究综述
交通与土木工程河南科技Henan Science and Technology总第876期第5期2024年3月收稿日期：2023-07-03作者简介：刘煜辉（1999—），男，硕士生，研究方向：地质、岩土工程。
纤维参数对水泥基复合材料力学性能影响研究综述刘煜辉 郑文珂 赵玉凯（华北水利水电大学，河南 郑州 450000）摘 要：【目的】旨在为纤维增强水泥基复合材料的理论研究和工程应用提供参考和启示。
【方法】综述纤维增强水泥基复合材料的分类、力学性能及其影响因素，重点介绍不同纤维参数对水泥基复合材料性能的作用效果。
【结果】研究表明，纤维增强水泥基复合材料是一种由纤维和灌浆料组成的新型复合材料，具有高强度、高韧性、低密度、耐腐蚀等优点。
【结论】纤维参数是影响水泥基复合材料力学性能的重要因素，需要根据不同工程需求选择合适的纤维参数。
关键词：水泥基复合材料；纤维参数；力学性能；影响机理中图分类号：TU528 文献标志码：A 文章编号：1003-5168（2024）05-0067-04DOI ：10.19968/ki.hnkj.1003-5168.2024.05.014Review on the Influence of Fiber Parameters on the Mechanical Properties of Cement-Based CompositesLIU Yuhui ZHENG Wenke ZHAO Yukai（North China University of Water Resources and Electric Power ，Zhengzhou 450000, China ）Abstract: [Purposes ] This paper aims to provide reference and inspiration for the theoretical researchand engineering application of fiber reinforced cementitious composites. [Methods ] This paper aims to review the types, properties and influencing factors of fiber reinforced cementitious composites, and toanalyze the role of fiber parameters. [Findings ] Research shows fiber reinforced cementitious composites are new types of composite material composed of fibers and grout, which have high strength, high tough⁃ness, low density and corrosion resistance. [Conclusions ] Fiber parameters are the key factors determin⁃ing the properties of cementitious composites, and need to select appropriate fiber parameters accordingto engineering requirements.Keywords: cementitious composites; fiber parameters; mechanical properties; influencing mechanism0 引言水泥基材料是建筑工程中最常用的材料之一，是一种由水泥、骨料、水和其他掺合料组成的人造复合材料，具有成本低、施工方便、适应性强等优点。
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。
碱激发型高韧性纤维增强沙漠砂水泥基复合材料基本力学性能
碱激发型高韧性纤维增强沙漠砂水泥基复合材料基本力学性能碱激发型高韧性纤维增强沙漠砂水泥基复合材料基本力学性能摘要：本文通过实验研究了碱激发型高韧性纤维增强沙漠砂水泥基复合材料的基本力学性能。
结果表明，加入高韧性纤维可以显著提高沙漠砂水泥基复合材料的抗拉强度和韧性。
此外，通过X射线衍射（XRD）和扫描电子显微镜（SEM）分析，发现纤维的加入改善了复合材料的微观结构和界面结合，提升了其力学性能。
因此，碱激发型高韧性纤维增强沙漠砂水泥基复合材料具有广阔的应用前景。
关键词：复合材料，高韧性纤维，沙漠砂，水泥，力学性能引言沙漠地区的沙土是一种典型的非强制构建材料，其粗粒和多孔性限制了其在工程建设中的使用。
针对这一问题，研究人员一直在探索提高沙漠砂材料性能的方法。
近年来，纤维增强复合材料因其在抗拉强度和韧性方面的优势被广泛应用。
然而，由于沙漠砂的特殊性，纤维增强复合材料的研究仍存在一定的挑战。
实验方法本研究选取经过筛选的沙漠砂为基础材料，碱激发型高韧性纤维作为增强材料，并添加适量的水泥组成复合材料。
利用标准试样制备技术，制备了不同纤维含量的试样，通过测试仪器对复合材料的抗拉强度和韧性进行了评估。
同时，采用XRD和SEM对复合材料的微观结构和界面结合进行了分析。
结果与讨论通过对比实验发现，纤维增强材料的加入明显提高了沙漠砂水泥基复合材料的抗拉强度和韧性。
随着纤维含量的增加，试样的抗拉强度逐渐提高。
该结果可以归因于高韧性纤维的加入使得复合材料中的结构更加致密。
此外，复合材料的断裂模式也由脆性变为延性，具有更好的韧性。
XRD和SEM分析结果显示，纤维的加入改善了复合材料的微观结构和界面结合。
纤维与基础材料之间形成的交联网络提供了更好的界面结合力，增强了复合材料的整体性能。
同时，纤维还填充了复合材料内部的孔隙，增加了复合材料的致密性和强度。
结论通过实验研究，我们验证了碱激发型高韧性纤维在提高沙漠砂水泥基复合材料力学性能方面的有效性。
高性能纤维增强水泥基复合材料及其墙材制品性能试验研究
1.1主要原材料
纤维 ： 基甲基纤维素（HPMC ）。
水泥：峨胜水泥集团股份有限公司提供的P・O 42.5R级水泥，比表面积350 m2/kg%
纤维:四川维尼纶厂生产的PVA短纤维,直径
" 39 m,长度6 mm,抗拉强度1 430 MPa，伸长率
硅灰:半加密硅灰。
I 粉煤灰：四川宜宾发电厂提供的 级粉煤灰。
100 mmX100 mmX160 mm, 热
300 mmX300 mmX30 mm%
依据GB/T 13475—2008《建筑构件稳态热传递
性质的 热
和防护热 性
》，
WTRZ-1212
墙的传热性能,
1 400 mmX1 400 mmX100 mm%
2试验结果与分析
2.1 高性 纤维增强水泥基复合材料基材的性
复合 ，
通过
工
！65%的
，
-47 -
2021年第7期
混凝土与水泥制品
总第303期
再在空心墙板内浇筑泡沫混凝土制得复合墙板，研
I 生产的 级微珠。
究高性能纤维增强水泥基复合材料及其墙材制品
减水剂：自制聚竣酸类高性能减水剂,减水率
的力学性能和热工性能。
为35%，固含量为50%o
1 试验概况
泡剂：
泡剂。
SO3 3.10 8.470 — 0.165
%
P2O5 0.100 1.160
— 1.210
1.2 复合墙 的 墙板的
2%
及制
表2
，构造形式如图1、
表2墙板的组成部分
类型
壳材料
空心墙板 高性 纤维增强水泥基复合材料
复合墙板 高性 纤维增强水泥基复合材料
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单轴拉伸状态下性能综述
纤维增强水泥基复合材料单轴拉伸状态下性能综述首先，单轴拉伸性能是评价FRCC材料力学性能的重要指标之一、由于纤维的加入，FRCC材料在单轴拉伸状态下表现出较高的抗拉强度和延伸性能。
纤维可以阻碍开裂的扩散，增强材料的抗拉能力。
研究发现，FRCC的单轴抗拉强度明显高于传统水泥基材料。
此外，纤维的加入还会延缓材料的断裂过程，显著提高材料的延展性。
其次，纤维增强材料对FRCC的拉伸裂缝控制和延展性能改善起到了重要作用。
短纤维的加入可以有效地增加FRCC材料的延展性。
当加载应力达到材料的极限强度时，指数衰减的裂缝扩展发生，而不是剧烈的断裂。
这是因为纤维的引向性使得裂缝在纤维之间传播，从而提高了材料的塑性变形能力。
研究发现，纤维含量的增加可以显著改善FRCC的延展性。
此外，采用纤维方向性控制的方法，如预应力纤维和网状纤维，能够进一步提高材料的延展性。
此外，在单轴拉伸状态下，纤维增强水泥基复合材料还具有良好的防裂性能。
纤维的加入可以有效地抑制裂缝的发展和扩展。
细观机理研究表明，纤维的引导作用可以使材料中的裂缝转化为纤维间的变形裂纹，从而减缓和防止裂缝的扩展。
研究发现，纤维含量和长度的增加可以提高FRCC材料的防裂性能。
此外，纤维类型的选择也会对材料的防裂性能产生影响，如钢纤维具有较高的抗拉性能，在延展性和防裂性方面表现出优势。
最后，纤维增强水泥基复合材料在单轴拉伸状态下还具有良好的耐久性能。
纤维的加入可以改善材料的耐久性，如抗离析性能、抗氯离子侵蚀性能和抗碱颜料侵蚀性能。
研究发现，纤维的引导作用可以减缓氯离子的渗透和材料中的碱颜料的溶出，从而提高材料的耐久性。
综上所述，纤维增强水泥基复合材料在单轴拉伸状态下具有优异的性能。
纤维的加入可以显著提高材料的抗拉强度、延展性和防裂性能。
此外，纤维还可以改善材料的耐久性。
然而，纤维的类型、含量和方向等参数仍然需要进一步研究，以进一步优化材料的性能。
应变硬化纤维增强水泥基复合材料的有限元模拟研究
摘要应变硬化纤维增强水泥基复合材料是一种具有超高韧性的纤维增强水泥基复合材料，而ECC（Engineered cementitious composites）作为其中典型的高韧性代表，通过一定的材料配比和设计方法，该材料的极限抗拉应变3%以上。
国内对ECC的研究起步较晚但发展很快，目前大多数的研究主要集中于试验研究力和物力。
因此本文旨在从数值模拟的角度提出一种新的ECC材料的建模方法，利用有限元模型研究其各项力学性能并进行参数分析。
鉴于此，本文主要利用ABAQUS有限元软件，建立三维两相的细观有限元模型，考虑纤维和基体的界面相互作用，实现了对ECC材料有效的模拟，并研究主要参数对其力学性能的影响。
具体工作如下：(1)利用蒙特卡洛方法建立了纤维的随机投放过程，并用MATLAB编程语言研究了相应算法，实现了纤维横截面在二维空间中的随机投放、纤维纵截面在二维空间中的随机投放、三维实体纤维在三维空间中的随机分布、三维线性纤维在三维空间中随机投放，为建立有限元模型奠定基础。
(2)运用ABAQUS有限元模拟软件，纤维选用桁架单元，基体选用C3D8R 单元。
对于本构关系模型，基体采用塑性损伤模型，纤维本构采用基于纤维单丝拉拔荷载位移曲线提出的纤维-基体联合本构关系模型，并将纤维嵌入基体中，建立纤维和基体三维两相的有限元模型。
(3)利用建立的纤维基体两相三维有限元模型，模拟ECC材料的单轴压缩试验以及四点弯曲试验，通过与文献中试验进行对比，确认模型的有效性。
并改变纤维体积分数、基体开裂强度、初始滑动摩擦应力等参数进行参数分析。
对于抗压试验，ECC的抗压强度和纤维体积分数的关系不大，峰值应变变化并不明显，但ECC的受压破坏之后的韧性改善十分明显；对于四点弯曲试验，2%纤维体积掺量是理想的应变硬化现象产生的临界值，且随着纤维体积分数的不断增加，ECC的韧性会显著增加；降低基体开裂强度有助于ECC应变硬化能力τ与弯曲极限荷载呈正的提高，但会降低试件的峰值荷载；初始滑动摩擦应力比例关系，且对ECC弯曲韧性的影响并不是简单的线性关系，对于一定的纤维τ使得ECC的弯曲韧性最大。
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05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（Engineered Cementitious 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。
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
PVA纤维水泥基复合材料的抗拉性能及韧性研究
PVA纤维水泥基复合材料的抗拉性能及韧性研究
薛会青;邓宗才;李建辉
【期刊名称】《郑州大学学报（工学版）》
【年(卷),期】2009(030)001
【摘要】聚乙烯醇(PVA)纤维是一种具有高抗拉、高弹模,亲水性好,特别是与波特兰水泥有良好的相容性等特点的新型纤维.为配制出高韧性、大变形纤维增强水泥基复合材料,试验介绍了PVA纤维增强水泥基复合材料的单轴拉伸性能和弯曲韧性,试验结果表明:PVA纤维具有良好的阻裂增韧效用,能够显著提高水泥基复合材料的抗裂性能和变形能力;PVA纤维可明显改善混凝土弯曲韧性,且PVA纤维混凝土的弯曲韧性指数明显高于聚丙烯(PP)纤维混凝土.
【总页数】4页(P92-95)
【作者】薛会青;邓宗才;李建辉
【作者单位】北京工业大学,建筑工程学院,北京,100124;北京工业大学,建筑工程学院,北京,100124;北京工业大学,建筑工程学院,北京,100124
【正文语种】中文
【中图分类】TU528
【相关文献】
1.国产PVA纤维用于高韧性纤维增强水泥基复合材料的试验研究 [J], 彭明强;李国友;范磊;李锐;王明铭
2.PVA纤维直径对水泥基复合材料抗拉性能的影响 [J], 张君;居贤春;郭自力
3.多尺度混杂PVA纤维对喷射超高韧性水泥基复合材料流动性及力学性能的影响[J], 熊志卿;欧忠文;王经纬;刘晋铭;王越洋
4.PVA纤维超高韧性水泥基复合材料的室内研究及现场试验 [J], 赵新华; 孙志恒; 刘艳霞; 田军涛; 查益华; 何宇
5.PVA纤维增强纳米SiO2水泥基复合材料弯曲韧性研究 [J], 张鹏;王磊;郑元勋因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
高韧性低收缩纤维增强水泥基复合材料特性及应用
水利学报SHUILI XUEBAO2011年12月第42卷第12期文章编号：0559-9350（2011）12-1452-10高韧性低收缩纤维增强水泥基复合材料特性及应用张君，公成旭，居贤春（清华大学土木水利学院结构工程与振动教育部重点实验室，北京100084）摘要：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。
关键词：纤维增强水泥基复合材料；收缩；延性；力学性能中图分类号：TU528文献标识码：A1研究背景传统混凝土材料是脆性材料，抗压不抗拉，其抗拉强度不到抗压强度的十分之一，拉伸极限延伸率很小，不到千分之一。
因而，当传统的水泥基材料在温度与收缩等作用下的变形受到约束时，很容易产生裂纹。
由于混凝土材料本身的应变软化特性，这些裂纹很快发展为毫米级的宏观裂缝。
因此，许多建筑与土木工程结构性能的衰退直到最终退出工作均与混凝土材料的开裂及其脆性特征有关。
为克服混凝土材料的脆性与应变软化特点，人们开始借助微观、细观力学手段研究具有应变硬化特性的水泥基材料，其中，基于细观力学设计的高韧性纤维增强水泥基复合材料（Engineered Ce⁃mentitious Composite，ECC）是当前比较成功的具有应变硬化特性的水泥基材料之一［1-6］。
超高韧性水泥基复合材料耐久性能试验研究共3篇
超高韧性水泥基复合材料耐久性能试验研究共3篇超高韧性水泥基复合材料耐久性能试验研究1超高韧性水泥基复合材料是一种新型的建筑材料，具有优异的耐久性能。
为了进一步探究其耐久性能，本次试验研究主要从以下三个方面进行：一、抗压强度试验抗压强度是衡量水泥基复合材料耐久性能的重要指标之一。
我们通过在试验机上进行压力加载来测定水泥基复合材料的抗压强度。
进一步分析结果表明，在合适的水泥、纤维和填充材料比例下，超高韧性水泥基复合材料的抗压强度能够达到约60MPa左右，远高于传统材料的抗压强度。
二、冻融试验冻融试验是测定材料在冰冻和融化过程中的耐久性的一种有效手段。
通过多次进行冻融循环试验后发现，超高韧性水泥基复合材料的抗冻融性能表现出良好的耐久性，无明显的裂纹和破坏情况。
三、碳化试验水泥基材料在碳化环境下容易发生钢筋锈蚀、力学性能降低等问题。
为了研究超高韧性水泥基复合材料的碳化耐久性，我们将其置于加速碳化试验箱内，将试验室内的CO2浓度调至5‰，进行碳化试验。
结果表明，经过28天的碳化试验后，试验材料仍能够保持良好的力学性能，表现出出色的碳化耐久性。
综上所述，为了提高超高韧性水泥基复合材料的耐久性，需要在配比中选择合适的水泥、填充材料和纤维，同时加强施工过程，保证材料的密实性和强度。
经过本次试验研究，我们对超高韧性水泥基复合材料的耐久性能有了更深入的了解，为该种材料广泛应用提供了重要的参考。
超高韧性水泥基复合材料耐久性能试验研究2超高韧性水泥基复合材料（Ultra-high Toughness Cementitious Composite，简称UHTCC）是一种新型的建筑材料，具有超高的抗拉强度和韧性。
为了研究UHTCC的耐久性能，我们进行了一系列试验研究。
以下是具体的试验内容和结果分析。
1. 耐久性试验1）抗硫酸侵蚀试验在这个试验中，我们选取了不同浓度的硫酸溶液，分别将样品放入其中进行浸泡，设置不同的时间，以模拟UHTCC在复杂环境下的使用情况。
高强度高弹模PVA纤维增强高性能水泥基材料的韧性
高强度高弹模PVA纤维增强高性能水泥基材料的韧性詹炳根林兴胜陈婷（合肥工业大学土木建筑工程学院安徽合肥230009）摘要：采用低掺量（纤维体积率为1％～2%）的高强度高弹模聚乙烯醇纤维（简称PVA纤维）进行延性纤维基材料韧性的研究，研究并分析了材料组成参数（PVA纤维体积率、纤维长径比、界面改性剂和砂灰比等）对高强度高弹模PVA纤维增强水泥基材料韧性的影响。
结果表明，使用高强度高弹模PVA纤维以及通过材料组分优化，可以在低体积率下得到高韧性水泥基复合材料，凹土可以做为PVA纤维的一种界面改性剂。
关键词：水泥基材料；聚乙烯醇纤维；韧性；凹凸棒土中图分类号：TU528.572RESEARCH OF FLEXURAL TOUGHNESS OFCEMENTITIOUS COMPOSITES WITH HIGH-STRENGTH AND HIGH MODULUS PVA FIBERREINFORCEMENTZHAN Bing-gen LIN Xing-sheng CHEN Ting(School of Civil Engineering,Hefei University of Technology,Hefei 230009,China)Abstract:This paper investigates the flexural toughness of Ductile Fiber Reinforced Cementitious Composites(DFRCCs). This particular DFRCC contains Polyvinyl Alcohol (PVA) fibers, employing low fiber volume fractions(between 1% and 2%) and high-strength and high elasticity modulus. The influences of the material parameters, such as fiber volume fractions, fiber aspect ratio, cementitious-sand ratio and the admixture for interface tailoring, on the flexural toughness of PVA-DFRCCs were studied. Experimental results reveal that cementitious composites with high flexural toughness can be produced at lower PVA fiber volume fractions with the optimization of material components. Baked attapulgite can be used for the admixture for interface tailoring .Key words：Fiber Reinforced Cementitious Composite, Polyvinyl Alcohol Fiber, flexural toughness, attapulgite0 前言现代混凝土常用纤维来实现混凝土的增强增韧阻裂。
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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
纤维的材料性能
密度
抗拉强度
弹性模量
直径
长度
表 抗拉试验用配合比 单位
编号
水泥
粉煤灰
砂
水
纤维
单轴拉伸试验采用
的长方形试块 试件成型过程如下 准备基材 先将
水泥 粉煤灰和石英砂混合 低速搅拌
然后缓缓加入高效减水剂 并持续搅拌 以获得均匀流
动的基材 加入纤维 低速搅拌的同时手工缓慢加入纤维以确保纤维能够均匀分布而不出现结团现
图 粉煤灰掺量对平均裂纹宽度的影响
结论
以聚乙烯醇短纤维为增强材料的水泥基复合材料通过适当的配比设计可以实现拉伸荷载下的应变
硬化与多点开裂 材料极限抗拉应变与普通水泥基材料相比大幅度提高 本文通过单轴拉伸试验 研究
了不同水胶比 不同粉煤灰掺量下复合材料的应力 应变特性及相关参数 试验结果表明 高韧性纤维
表 各配比的 开裂性能
编号
极限应变
开裂强度?
抗拉强度?
平均裂纹数
平均裂纹 宽度?
平均裂纹 间距?
表 各配比的 开裂性能
编号
极限应变
开裂强度?
抗拉强度?
平均裂纹数
平均裂纹 宽度?
平均裂纹 间距?
由表 表 计算结果首先可以看出 在所研究的材料配比之间达到极限应力时的开裂特征有明显
差异 在所选取的材料及配比区间内
象 浇筑 养护 所有试件分两层浇注 首先浇入一半 然后振动
以确保材料振动密实 然后
以同样的方式浇入剩余一半 最后将表面抹平并覆盖一张聚乙烯膜以防止水分蒸发 在室温下养护
然后拆模放入标准养护室进行水养护 温度
分别至
抗拉试验采用美国
材料试验机 加载采用位移控制模式 速度为
采集数据
包括时间 位移 承载力和应变 其中应变采用标距为
号的数值依次为砂胶比 水灰比 粉煤灰掺量比 根据已有试验结果 砂胶比为
纤维掺量为
体积含量 时 材料抗弯曲性能好 弯曲荷载下应变硬化与多点开裂行为明显 同时纤维分布较
均匀 新拌浆体流动性较好 低于此纤维掺量较难实现应变硬化与多点开裂 因此本文取砂胶比为
纤维掺量为
为基本配比设计参数 通过调整水胶比及粉煤灰掺入量研究其对复合材料轴拉
在实际试验中 选用的水灰比都较大 且两种水灰比的差别不大 所以它对开裂性能的影响不大
另外 由于试验条件的限制和数据离散性的缘故 其差别很难被发现
粉煤灰掺量对
开裂性能的影响 图 为粉煤灰掺量对平均裂纹宽度的影响 由图 可
以看出 当水灰比为 时 平均裂纹宽度随粉煤灰掺量增大而减小的趋势明显 当水灰比为
时 粉煤灰掺量对平均裂纹宽度的影响不大 可以理解为 当水灰比增大时 胶凝材料的相对含量
和
关键词 纤维增强水泥基复合材料 单轴拉伸 抗拉应变 裂纹宽度
中图分类号
文献标识码
研究背景
许多建筑与土木工程结构性能的衰退直到最终退出工作均与混凝土材料的开裂及其脆性特征有
关 例如混凝土路面板及桥面板的寿命通常由其使用过程中裂纹的引发及其扩展过程所控制 传统的
混凝土材料是脆性材料 抗压不抗拉 其抗拉强度不到抗压强度的十分之一 拉伸极限延伸率很小 通常
的抗拉应力 应
图 典型
的抗拉应力 应变曲线
由图 可见 该应力 应变曲线可以分为 个阶段
弹性上升阶段 应变与应力成比例发展 其模量为水泥基材弹性模量 在此阶段 主要是基材
承受外部荷载
应变硬化与多点开裂阶段 应变逐渐加大 通常可达到
应力略有上升 表现出应变
硬化特性 但应力增量与应变增量的比值远比阶段 低得多 此阶段是裂纹稳定形成阶段 当第一条
拉应变能力为
的聚乙烯醇纤维水泥基复合材料 但其抗拉应变能力仍然偏低 鉴于高韧性纤
维增强水泥基复合材料与传统水泥基材料无论从材料性能还是材料基本组成上均有很大不同 材料在
单轴拉伸荷载下的应力 应变特性及其裂纹形态及上述性能的影响因素远没有完全研究清楚 本文采
用聚乙烯醇
纤维为增强纤维 研究高韧性纤维增强水泥基复合材料在单轴拉伸荷载下的应力
限拉应力相对应的应变 即极限应变 数值 计算达到极限应力时平均裂纹宽度 与间距
其
具体定义为
由于有些裂纹在卸载后完全闭合 因此实际的裂纹数应大于目测观测得到的裂纹数 此外在计算 平均裂纹宽度时忽略了基材对应变的贡献 因而实际的平均裂纹宽度与间距要较式 计算得到的相应 数值略小 各配比不同龄期达到极限应力时试件的平均裂纹宽度与间距的抗拉参数如表 表 所示
是当前比较成功的具有应变硬化特性的水泥基材料之一 最早由美国密歇根大学的
教授等采用细观力学和断裂力学基本原理提出了该材料的基本设计理念 随后该材料在日本获得
了较快发展和应用 与传统纤维增强水泥基材料的主要区别之一是材料各组分构成是基于细观力学
设计 力学性能设计是材料配比设计的核心 另外 所谓应变硬化指材料在单轴拉伸时 在极限抗拉应
年月 文章编号
水利学报
第 卷第期
高韧性纤维增强水泥基复合材料的抗拉性能
清华大学 土木工程系 北京
公成旭 张 君
清华大学 结构工程与振动教育部重点实验室 北京
摘要 本文通过对不同水灰比和粉煤灰掺量的 个配比的聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料单轴拉伸试验 研究
了各配比试件的应力 应变关系及抗拉特征参数 试件采用
度与极限抗拉强度的比值降低 可以供给多点开裂的能量随之增加 从而有利于
更好地实现
多点开裂的性能 同时 水灰比的增加 改善了
的工作性能 从而有利于 纤维更好地发挥
搭接作用 也就是说 随着水灰比的增加 一方面
的开裂强度和开裂强度与抗拉强度的比值
降低 另一方面增强了 纤维的搭接作用 从而有利于
开裂性能的改善
的长方形试块 至位移控制的
拉伸试验机上进行拉伸试验 测定应力 应变完整曲线 试验结果表明 高韧性纤维增强水泥基复合材料在拉伸
荷载下应力 应变关系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范围内 在
单轴拉伸荷载下均能实现应变硬化与多重开裂 极限拉应变的最大值可达
最小和最大临界裂纹宽度分别为
引伸计测定 引伸计分别加在试件的两
面 所有数据采集频率为 次 为防止试件上下夹紧端因局部受压而破坏 加载前在试件的两侧粘
上长
宽
厚
的铝板 试件黏接 后方可进行抗拉试验 试件及变形传感器安装示意
如图 所示
图 单轴拉伸试验试件及变形传感器安装示意
试验结果及分析
抗拉应力 应变曲线特征 典型聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料 变曲线测试结果如图 所示
减少 从而粉煤灰的作用也被减弱 粉煤灰的掺入将对基材的断裂韧性产生一定的影响 但如果胶结材
料水胶比本身比较低 其影响效果将被弱化 对纤
维与基材界面性能产生影响 可能弱化 纤维与水泥基材的化学黏结强度 粉煤灰可作为主要矿物
掺合料 在高韧性纤维增强水泥基复合材料研发中展开更深入的机理研究是必要的
由图示结果首先可以看出 大多数配比均有应变硬化与多重开裂特征 与普通混凝土或砂浆相比
极限拉应变有明显提高 但试件 个或 个 之间性能差异较大 表明材料均匀性有待改进 同时也
说明该材料对拌合 成型要求较高 新拌混合料的流变性能还有待进一步改进 其次 水灰比 粉煤灰掺
入量对材料单轴抗拉性能均有一定影响
为比较各配比之间的抗拉性能差异 根据试件拉伸应变测量传感器标距 内裂纹数量 及与极
为
因而 当传统的水泥基材料在温度与收缩等作用下的变形受到约束时 很容易产
生裂纹 由于混凝土材料本身的应变软化特性 这些裂纹很快发展为毫米级的宏观裂缝
为克服混凝土材料的脆性与应变软化特点 人们开始借助微观 细观力学手段研究具有应变硬化特
性的水泥基材料 其中基于细观力学设计的高韧性纤维增强水泥基复合材料
裂纹出现后 该处的增强纤维随即发挥作用 由于裂纹间纤维的桥接最大应力远高于开裂基材的开裂强
度 裂纹进入稳态扩展阶段 受拉区出现垂直于加载方向的多条裂纹