高延性水泥基复合材料力学性能试验研究

论文摘要

混凝土材料是目前土木工程中应用最广泛的工程材料之一，直接影响着工程安全、经济和耐久性能。构成混凝土的水泥、砂、石等基本原料是不可再生资源，这些都对环境和生态有着深远的影响。混凝土抗拉强度低，脆性大、极限延伸率小以及抗冲击性差等。为改善混凝土材料的这些缺陷，纤维混凝土应运而生，其中PVA-ECC（PVA-Engineered Cementitious Composites）具有高拉伸应变、准应变硬化和多裂缝开展的性能，能够明显改善混凝土结构的抗震性能和耐久性。PVA-ECC所采用的材料，充分利用了工业废渣，如粉煤灰，矿渣等，对于节约资源和能源、保护生态环境等具有重要意义，可称其为“新型绿色工程材料”。本文对PVA-ECC的力学性能进行试验研究，主要研究内容如下：（1）PVA-ECC单轴拉伸试验研究。采用改进的拉伸试验装置对PVA-ECC试件进行了直接拉伸试验，得到单轴受拉应力-应变曲线，试件最大极限拉应变达到1.19%，同时观察到试件测试区段出现多缝开裂和明显的应变硬化现象。根据试验结果分析水胶比、纤维掺量、粉煤灰掺量、砂胶比对抗拉开裂强度、抗拉极限强度及极限拉应变的影响。（2）研究水胶比、纤维掺量、粉煤灰掺量、砂胶比4个因素对PVA-ECC抗压与抗折强度的影响。试验结果表明：粉煤灰掺量和水胶比是影响PVA-ECC抗压强度的主要因素；纤维掺量对PVA-ECC抗折强度影响最大。（3）通过不同配合比、不同尺寸的试块来研究PVA-ECC立方体抗压强度的尺寸效应。试验结果表明：试件尺寸越小，其抗压强度越高。通过对不同尺寸立方体与棱柱体进行抗压试验，对比立方体、棱柱体试件的抗压试验结果，分析了试件的强度关系，并通过线性拟合得到了相应的关系式。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 高延性水泥基复合材料（PVA-ECC）基本性能
• 1.3 PVA-ECC 研究现状及应用
• 1.3.1 国内外研究现状
• 1.3.2 PVA-ECC 在实际工程中的应用
• 1.4 本文拟研究的问题
• 2 PVA-ECC 配合比设计原理
• 2.1 试验原材料
• 2.1.1 纤维及纤维作用机理
• 2.1.2 基体
• 2.1.3 纤维与水泥在复合材料中的相互影响
• 2.2 配合比设计
• 2.3 试验设备
• 2.4 PVA-ECC 配制及试件养护
• 2.4.1 PVA-ECC 制作的工艺流程
• 2.4.2 试件设计与制作
• 2.4.3 试件养护
• 2.5 本章小结
• 3 PVA-ECC 直接拉伸试验研究
• 3.1 试验方案
• 3.1.1 试件设计与制作
• 3.1.2 试验方法
• 3.2 试验现象与拉伸应力应变曲线
• 3.2.1 PVA-ECC 多裂缝现象
• 3.2.2 PVA-ECC 单轴拉伸应力应变曲线
• 3.3 试验结果与分析
• 3.3.1 变异系数分析
• 3.3.2 影响 PVA-ECC 拉伸性能的因素分析
• 3.4 PVA-ECC 直接拉伸分析
• 3.4.1 直接拉伸曲线模型及模型简化
• 3.4.2 PVA-ECC 的多缝开裂分析
• 3.5 本章结论
• 4 PVA-ECC 抗压与抗折性能试验研究
• 4.1 PVA-ECC 抗压强度试验研究
• 4.1.1 试验装置及加载过程
• 4.1.2 试验现象与破坏分析
• 4.1.3 试验结果及数据处理
• 4.1.4 各因素对抗压强度的影响分析
• 4.2 受压破坏机理
• 4.3 PVA-ECC 二次抗压强度
• 4.4 PVA-ECC 劈裂试验
• 4.5 PVA-ECC 抗折试验研究
• 4.5.1 试验装置及加载过程
• 4.5.2 试验现象
• 4.5.3 试验结果及数据处理
• 4.6 本章结论
• 5 PVA-ECC 尺寸效应及强度关系试验研究
• 5.1 PVA-ECC 尺寸效应试验
• 5.1.1 试件尺寸及试验方法
• 5.1.2 试验现象
• 5.1.3 试验结果及数据分析
• 5.1.4 强度尺寸效应理论分析
• 5.2 PVA-ECC 强度关系试验研究
• 5.2.1 试件尺寸及试验方法
• 5.2.2 试验现象
• 5.2.3 试验结果及数据分析
• 5.3 本章小结
• 6 结论与展望
• 6.1 本文主要研究内容
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢