刘娟+21001011007+纳米材料的生产及其在纺织领域中的应用

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1、华南理工大学高早强高韧性水泥复合基材料原文作者：ShuxinWangandVictorC.Li摘要：快速修复和改造现有的基础设施需要有耐用的高早强材料，这种材料不仅能在几个小时提供工程所需的强度，值得注意的是，也能明显延长裂缝间隔的发展。本文报告了一类具有明显延展性的新的工程材料——高早强聚乙烯醇(PVA)纤维水泥增强复合基材料(ECC)。微观力学在许多材料设计过程中得到运用，特别是在本文中用于阐述材料在高强拉力作用下先前存在的裂缝及尺寸在微观力学模型中分布。结果显示高早强ECC材料能够实现在放置4h后抗压强度达到21MPa(3.0ksi)，并保持长期的拉伸应变高于2%。关

2、键字：纤维；高早强；应变。介绍不断增加的道路修复和改造工程中，希望能最小程度地影响交通，这就需要能迅速硬化的高早强耐久混凝土材料。例如公路运输当局通常要求修复工作要在晚上花6到8小时内完成，以便第二天早上道路可以通车。在过去的二十年里,学术研究和工业团体双方进行了大量的实验研究和调查，已经成功的得出了呈网状的胶凝混合物配方，该物质能在非常早的龄期内产生足够的抗压、抗弯强度。利用各种材料对强度增长的促进作用，混凝土可以通过用专用快硬水泥1-5或用普通硅酸盐水泥同时掺加促凝掺合料6-8来实现早期的高强度。不幸的是,传统的混凝土修补往往缺乏耐久性。据估计，多达半数的混凝土修复是失

3、败的9，其中约3/4的失败是由于材料缺少耐久性，而另外的1/4则是由于结构的不合理。因为许多专有粘合剂体系16华南理工大学在不同施工条件通常具有不可预测性，所以过早恶化的现象更常见于利用高早强水泥修复的地方。例如，一些非常高早强混凝土混合物的抗冻融能力下降3。而且，早期产生的裂缝与混凝土自收缩有关，热梯度引起的高温快速水合作用也会加剧裂缝的开展。复合基材料(ECC)是一类具有特殊的高性能纤维增强水泥复合材料品种(HPFRCC)，具有显著的抗拉延性和适合的纤维体积分数(通常是2%)。这个ECC的设计是运用微观力学模型进行的，它为复合基材料的力学行为和各个部分的性能提供定量联系

4、，即纤维、基质和接触面之间的联系10。通过模型将应变强化和多重开裂转换为各组分性能产生的约束，即可得到所要求的高强度延性，这些组分（纤维、基质和接触面）之间通过相互协调来满足约束条件。ECC由于其高韧性和紧密的裂缝宽度，预计将成为一种有效的用于修复和改造的材料。而延性则被逐渐公认为是衡量修复后材料耐久性最重要的性能。作为一个修复材料，ECC的特殊变形和混凝土基质组织能够兼容。这种高断裂韧性和多重开裂行为使ECC用于改造时能有效地避免和限制周围的混凝土或从新旧混凝土界面间不稳定的裂纹的产生和扩展，从而消除了剥落或分层导致结构破坏这种在维修结构时常见的过早失效的模式11–13。

5、与传统的张力软化FRC材料，在应变强化体系中，ECC的裂缝宽度可以衡量材料本质性能而且一般低于100µm(0.004英寸)。因为流量是破坏混凝土的第三力量14，因此在氯环境条件下，预加载的钢筋混凝土梁实验的一个干湿周期中17，16华南理工大学当裂缝宽度低于100µm(0.004英寸)接近零时15，流动的水通过渗透作用进入ECC的裂缝中的量是最少的16，从而防止钢筋被腐蚀从而保护住下面的结构不被破坏。Hiraishietal证明了当ECC取代混凝土用于工程时，钢筋的腐蚀是显著降低。此外，即使腐蚀已经发生，具有应变强化能力的ECC将减缓由于扩张引起的腐蚀和防止发生剥落。因此，用

6、ECC材料进行维修和改造可以显著延长基础设施的使用寿命13,18。传统的ECC混合物是采用I型普通硅酸盐水泥(OPC)作为基质材料，它表现出了相对较慢的强度增长速度，高强度的增长率是理想的选择，但一个胶结剂体系需要在考虑材料成本、可加工性、实践限制和长期耐久性，如果这样可以达到足够的早期强度，那么普通的波特兰混合水泥基将比专有的快硬水泥有优势。尽管市场上有大量的促凝掺合料出售，但却很少(如果有的话)能够在放置3h后抗压强度达到13.8MPa(2ksi)5。因此，选择一个胶结剂体系是以高绩效为导向的，即如果必须严格满足强度要求，专用快硬水泥可能是唯一的选择。在这项研究中，文中

7、研究了不同组合的胶结剂体系和促凝掺合料并给出了一些说明性的混合物。为快速修复设施，高早强ECC必须在结构恢复正常使用前满足一定的强度要求。然而，没有现有标准规定通车前需达到的最小抗压强度。ParkerandShoemaker6建议道路修复后，当最初通车时的抗压强度达到13.8MPa(2ksi)时足以防止结构剥落、磨损、变形、开裂。16华南理工大学在19世纪中期，新泽西州交通部规定的6h目标抗压强度和抗弯强度分别为20.7和2.4MPa(3000和350psi)7。加州州运输部(综合)进行最大深度路面维修时要求在通车