ECC材料基本力学性能研究

发布时间：2020-06-26 19:14

【摘要】：ECC是工程水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites)的简称。与纤维混凝土仅通过改变纤维掺量来实现ECC的特定性能不同,ECC是以断裂力学和微观力学的基本原理为指导,对纤维基体、界面经过设计的一种具有高韧性、高延性、抗拉性能和控裂性能优异的高性能材料。单轴受拉时,极限拉应变可稳定达到3%(约为混凝土的150~300倍)以上,极限裂缝宽度在0.1mm以内,其裂缝特点是细而密,改进了混凝土裂缝宽而疏的特性,可极大提高结构的耐久性。然而ECC作为一种高性能复合材料,目前尚未形成统一的规范以及ECC的各项基本力学性能试验方法也没有统一的标准。基于上述问题,本文通过试验对ECC的基本力学性能进行了一系列的研究,主要内容总结如下:1.通过ECC立方体、棱柱体、圆柱体受压性能试验,探究了粉煤灰掺量、水胶比、PVA体积率、尺寸效应对ECC抗压性能的影响;依据试验结果,分别建立了轴心抗压强度、静力受压弹性模量与立方体抗压强度指标间的换算关系;依据受压应力应变试验曲线,对其应力-应变关系进行了合理简化,并给出了相应受压本构方程。2.通过对ECC试件进行直接拉伸试验,探究了粉煤灰掺量、水胶比以及PVA体积率对ECC抗拉性能的影响。对应变-硬化及裂缝在拉伸过程中的开展情况进行了合理描述,依据受拉应力应变试验曲线,对ECC材料的应力-应变关系进行了合理简化,并给出了相应的受拉本构方程。3.通过对ECC试件进行四点弯曲试验,对薄板四点弯曲多裂缝开裂特征进行了合理描述,并对受弯荷载-挠度全曲线进行了分析,研究了影响抗弯强度的主要因素,采用弯曲韧性指数法对薄板四点受弯的弯曲韧性进行了评价。4.最后,依据ECC关于抗压性能、抗拉性能和抗弯性能三个方面的力学指标的试验结论,综合比较分析,确定ECC的最佳配合比,为ECC今后的结构设计及工程应用提供依据。
【学位授予单位】：苏州科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TU528
【图文】：

特性图,多裂缝,四点,受弯

图 1- 2 四点受弯 ECC 板的韧性和多裂缝特性现状研究现状密歇根大学土木工程材料验室率先开发出了 ECC论基础，最开始使用聚乙烯 PE（Polyethylene）纤维]，并提出了 ECC 应变-硬化和多缝开裂的准应变-初裂应力准则和裂缝稳定开裂准则[16]。 PE 纤维成本相对较高，Victor C.Li 和 Kanda 等[ohol）纤维代替 PE 纤维，研发出具有优良特性的高弹模 PE 纤维的 1/8，且明显低于钢纤维。并通间具有很强的化学黏结力和摩擦黏结力，其抗拉18]通过 PVA 纤维的拔出试验发现：PVA 纤维拔出其间存在一定的黏结力。

示意图,连梁,示意图,抗震结构

C 实际工程应用外学者对 ECC 的试验和理论研究已近 20 年之久，其展示的诸多优势特它拥有广阔的工程应用场景。特别是此种材料在抗拉能力、抗变形能力能量耗散能力等方面表现的优异性能，可以应用于很多实际工程结构中外的实际工程应用，还远远不够，主要原因在于 ECC 从材料、结构到还未像混凝土一样成熟完善以及 ECC 的成本还需进一步优化降低。近 ECC 材料的应用还主要集中在高层抗震结构[30-31]、灌溉渠的修复[25]、等方面[32]。）高层抗震结构C 材料的应用场景一是在建筑高层的耗能构件上，这样能够提高结构的005 年，日本建筑公司首次将 ECC 连梁应用于日本东京和横滨建设的两主要利用了 ECC 材料优越的变形能力和耗能能力。两栋高层见图 1-3别是位于 27 层 Glorio Roppongi 和 41 层 Nabeaure Tower。

【参考文献】