纤维编织网增强ECC基本力学性能与冻融性能研究
发布时间：2021-11-19 02:06
为了改善混凝土材料抗裂性能低,韧性差等问题,进一步满足实际工程应用,纤维混凝土材料正引起广泛的关注。本文基于徐州市重点研发计划“纤维编织网/ECC新型墙体材料的受力机理与退化研究”研究了工程水泥基复合材料（Engineered Cementitious Composites,ECC）的基本力学性能和纤维编织网增强ECC（Textile Reinforced Engineered Cementitious Composites,TRE）的基本力学性和冻融性能,主要的研究内容和结果如下:（1）研究了粉煤灰掺量和水胶比对ECC拉伸和弯曲力学性能的影响。试验结果表明,在一定范围内,随着粉煤灰掺量和水胶比的增加,ECC试件的极限拉伸强度和极限弯拉强度降低。此外,随着粉煤灰掺量的增加,ECC试件的极限拉应变和极限跨中挠度呈上升趋势。当水胶比增加从0.28增加为0.32时,试件的拉伸和弯曲性能有较大的降低,极限拉应变和极限跨中挠度最低。（2）研究了常规环境下纤维编织网的层数、种类及表面处理方式、PVA纤维掺量对TRE拉伸和弯曲力学性能的影响。试验结果表明,和单层网TRE试件相比,双层网TRE试件极限...
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
混凝土开裂Figure1-1Crackedconcrete
?敛牧暇哂屑鄹竦土?⒔细叩牡目寡骨慷群?良好的耐久性等优点，使其得到广泛的应用。但混凝土具有抗拉强度低、抗裂性能差、容易发生脆性破坏等缺点（图1-1），同时随着混凝土强度的提高，韧性也会越来越差，为了解决混凝土材料上述问题，使混凝土材料的优点能够充分发挥，钢筋混凝土结构应运而生。通过钢筋和混凝土材料的相互协作，一定程度上解决了混凝土材料抗拉性能低等问题，然而并没有从根本上解决混凝土材料韧性差的问题。钢筋混凝土结构在受力时会产生裂缝，使钢筋暴露在空气中，裂缝的扩展会导致钢筋等材料的腐蚀（图1-2），减少建筑物的使用寿命。图1-1混凝土开裂Figure1-1Crackedconcrete图1-2钢筋锈蚀Figure1-2Corrodedsteel为了改善混凝土材料抗裂性能低，韧性差等问题，进一步满足实际工程应用，大量的学者开始研究纤维混凝土材料。20世纪90年代，VictorCLi教授通过断裂力学和微观力学的原理，对材料的微观结构进行系统设计、调整、优化，研发了工程水泥基复合材料(EngineeredCementitiousComposites，简称ECC）[1]。ECC采用短切纤维增强，且纤维掺量不超过复合材料总体积的2.5%，极限拉应变可稳定地达到3%以上，大约是普通混凝土材料的150-200倍左右。ECC受力开裂以后，试件承载力不会突然降低，经过一段较长的应变硬化过程后试件失效，在此过程中，裂缝宽度很小，可控制在100m以下[2,3]，具有显著的应变硬化和多缝开裂的特征，同时也具有非常显著的韧性和优良的耐久性[4,5]。ECC材料优越的拉伸性能能够有效的弥补混凝土材料的缺点，很好的解决了由于混凝土的脆性带来的一系列问题。聚乙烯醇纤维(PolyvinylAlcohol，简称PVA)具有耐磨、抗酸碱、亲水性好、与水泥等基材有良好的亲和力和结合性、无毒无污染等优点。与一般的合成
1绪论3图1-3TRC典型的单轴拉伸应力-应变曲线Figure1-3TRCtypicaluniaxialtensilestress-straincurveMarco等[11]通过单轴拉伸试验对耐碱（AR）玻璃纤维编织网增强TRC的进行了研究。试验结果表明了纤维编织网的性能和短切纤维的掺入对TRC力学性能有影响，并提出了基于复合材料承载能力和变形的新的对比参数。Cesare等[12]通过单轴拉伸试验，比较了未涂层和涂层纤维编织网增强TRC的力学性能。结果表明：涂层试样的极限抗拉强度和变形能力显著提高。这是因为改善了纤维束表面亲水性以及纤维编织网和基体界面的火山灰反应的。Isabella等[13]TRC薄板单轴拉伸试验结果表明，随着配网率的增大，改善了编织网与基体混凝土之间界面性能，提高TRC薄板的开裂应力和抗拉强度。Carmelo等[14]对玄武岩纤维编织网增强TRC进行了拉伸试验分析，研究了配网率的影响，同时也使用了数字图像技术分析试验过程中的试件的变形和开裂模式。随着配网率的增加，纤维编织网和基体间的界面粘结性能降低，使纤维编织网在发生过早的滑移，抗拉强度未充分发挥。Lanrrinaga等[15]也对玄武岩编织网TRC薄板进行拉伸试验，结果表明，随着配网率增大，试件的拉伸力学性能降低。刘玲玲[16]、周芬等[17]、杜运兴等[18,19]的试验结果也表明掺入短切钢纤维都能使薄板的开裂应力、抗拉强度得以提高，合适的纤维掺量使TRC板试件表现出相对较好的拉伸性能。刘玲玲[16]通过TRC薄板进行单轴拉伸试验，还研究了配网率、预应力对TRC薄板抗拉强度、开裂模式和破坏形态等的影响，推导出了TRC板开裂荷载的计算式。周芬等[17]、杜运兴等[18,19]还研究了配网率、及碳纤维织物上的预拉力对TRC拉伸性能的影响。研究结果表明随着配网率的增大，TRC薄板的极限抗拉强度提高，试件测量段的裂缝数量增
本文编号：3504066
【文章来源】：中国矿业大学江苏省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：96 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
混凝土开裂Figure1-1Crackedconcrete
?敛牧暇哂屑鄹竦土?⒔细叩牡目寡骨慷群?良好的耐久性等优点，使其得到广泛的应用。但混凝土具有抗拉强度低、抗裂性能差、容易发生脆性破坏等缺点（图1-1），同时随着混凝土强度的提高，韧性也会越来越差，为了解决混凝土材料上述问题，使混凝土材料的优点能够充分发挥，钢筋混凝土结构应运而生。通过钢筋和混凝土材料的相互协作，一定程度上解决了混凝土材料抗拉性能低等问题，然而并没有从根本上解决混凝土材料韧性差的问题。钢筋混凝土结构在受力时会产生裂缝，使钢筋暴露在空气中，裂缝的扩展会导致钢筋等材料的腐蚀（图1-2），减少建筑物的使用寿命。图1-1混凝土开裂Figure1-1Crackedconcrete图1-2钢筋锈蚀Figure1-2Corrodedsteel为了改善混凝土材料抗裂性能低，韧性差等问题，进一步满足实际工程应用，大量的学者开始研究纤维混凝土材料。20世纪90年代，VictorCLi教授通过断裂力学和微观力学的原理，对材料的微观结构进行系统设计、调整、优化，研发了工程水泥基复合材料(EngineeredCementitiousComposites，简称ECC）[1]。ECC采用短切纤维增强，且纤维掺量不超过复合材料总体积的2.5%，极限拉应变可稳定地达到3%以上，大约是普通混凝土材料的150-200倍左右。ECC受力开裂以后，试件承载力不会突然降低，经过一段较长的应变硬化过程后试件失效，在此过程中，裂缝宽度很小，可控制在100m以下[2,3]，具有显著的应变硬化和多缝开裂的特征，同时也具有非常显著的韧性和优良的耐久性[4,5]。ECC材料优越的拉伸性能能够有效的弥补混凝土材料的缺点，很好的解决了由于混凝土的脆性带来的一系列问题。聚乙烯醇纤维(PolyvinylAlcohol，简称PVA)具有耐磨、抗酸碱、亲水性好、与水泥等基材有良好的亲和力和结合性、无毒无污染等优点。与一般的合成
1绪论3图1-3TRC典型的单轴拉伸应力-应变曲线Figure1-3TRCtypicaluniaxialtensilestress-straincurveMarco等[11]通过单轴拉伸试验对耐碱（AR）玻璃纤维编织网增强TRC的进行了研究。试验结果表明了纤维编织网的性能和短切纤维的掺入对TRC力学性能有影响，并提出了基于复合材料承载能力和变形的新的对比参数。Cesare等[12]通过单轴拉伸试验，比较了未涂层和涂层纤维编织网增强TRC的力学性能。结果表明：涂层试样的极限抗拉强度和变形能力显著提高。这是因为改善了纤维束表面亲水性以及纤维编织网和基体界面的火山灰反应的。Isabella等[13]TRC薄板单轴拉伸试验结果表明，随着配网率的增大，改善了编织网与基体混凝土之间界面性能，提高TRC薄板的开裂应力和抗拉强度。Carmelo等[14]对玄武岩纤维编织网增强TRC进行了拉伸试验分析，研究了配网率的影响，同时也使用了数字图像技术分析试验过程中的试件的变形和开裂模式。随着配网率的增加，纤维编织网和基体间的界面粘结性能降低，使纤维编织网在发生过早的滑移，抗拉强度未充分发挥。Lanrrinaga等[15]也对玄武岩编织网TRC薄板进行拉伸试验，结果表明，随着配网率增大，试件的拉伸力学性能降低。刘玲玲[16]、周芬等[17]、杜运兴等[18,19]的试验结果也表明掺入短切钢纤维都能使薄板的开裂应力、抗拉强度得以提高，合适的纤维掺量使TRC板试件表现出相对较好的拉伸性能。刘玲玲[16]通过TRC薄板进行单轴拉伸试验，还研究了配网率、预应力对TRC薄板抗拉强度、开裂模式和破坏形态等的影响，推导出了TRC板开裂荷载的计算式。周芬等[17]、杜运兴等[18,19]还研究了配网率、及碳纤维织物上的预拉力对TRC拉伸性能的影响。研究结果表明随着配网率的增大，TRC薄板的极限抗拉强度提高，试件测量段的裂缝数量增
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