混凝土作为建筑材料

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1、混凝土作为建筑材料，其性能已经冇了一定程度的改善，但应用于基础设施建设时仍冇不足之处，主要存在以下3方面的问题：(1)极端荷载下的脆性破坏。通常所观察到的破坏模式，比如开裂、剥落、冲击或爆炸荷载下的破碎均与混凝土不良的拉伸行为有关[1-3]o(2)正常工作荷载下的破坏。在正常丄作荷载下，钢筋混凝土结构耐久性不足的主要原I大I是混凝土的开裂引发的钢筋锈蚀及其他相关问题⑷。⑶钢筋混凝土结构的可持续性问题[5-7]o基础设施面临的挑战要求未來混凝土必须满足高延展性、高耐久性、可持续性，确保人造设施与口然环境Z间的和谐共处。1高延性纤维增强水泥基复合材料高延性纤维增强水泥基复合材料(enginee

2、redcementitiouscomposite,ECC)是经系统设计，在拉伸和剪切荷载下呈现高延展性的一种纤维增强水泥基复合材料[8-10]o采用基于微观力学的材料设计方法、纤维体积掺最仅为2%的ECC,其单轴拉伸荷载下最大应变大于3%[8-11]。使用掺量适屮的短纤维能满足不同的施工要求，包括自密实ECC[12]和喷射ECC[13]。目前，通过挤压成型已经牛产出了ECC结构构件[141o在增强结构的安全性、耐久性及可持续性方面,ECC有很大的优势。5%聚苯乙烯滚珠及一定掺量硝酸钙的ECC,在浇筑完成4h氏抗压强度能发展至21MP。，抗拉强度能达到3MPa以上，并且能保证后期抗拉应变能力

3、不低于3.5%（见图8）。3ECC材料的工程应用ECC超强的韧性和独特的多缝开裂特性及丰富的产品种类，使其在土木工程领域有着广阔的应用空间。经过最近I•儿年的发展,ECC材料已经从试验室走向了实际工程,美国、tl本等发达国家都已经开展了ECC的工程应用。3.1桥梁面板维修美国密歇根州的一座公路桥梁的而板经过多年使用后已经损毁严重，工程人员于2002年对其进行了维修加固，工程屮大最使用了ECC。该桥梁于2004年接受了检测，检测结果表明，经过两年的使用，经历了冬季恶劣坏境条件卜•的多次冻融循环,ECC修复后的桥而板匸作状况依然良好，产生的细小裂缝的宽度能很好地控制在30

4、、m以下。与Z形成鲜

5、明对比的是，周围使用普通混凝土修复的桥面板发生了严重的劣化，裂缝宽度高达数毫米川。Ecc修复桥血板如图9所示。图10为桥面板裂缝宽度的发展历程。行了加固修复，为了保证修复后不再岀现严重开裂，施工时在边坡表而喷上一层厚约50一70mm的ECC毅盖层。完工一年后的检测中发现,ECC修复层的最大裂缝宽度仅冇50林m。边坡加固前后对比如图11所示。（a）加固前伪）加固后图11边坡加固前后的对比3.3水坝维修加固tl本广岛的Mitkaa水坝已经使用了60多年，混凝土结构破坏严重,开裂、破碎甚至漏水的现象相当严重。因此，该水坝在2003年经历了一次维修，约600mZ的混凝土表而被喷上一层20mm厚的E

6、CC作为覆盖层。整个修复过程简单而高效,并不影响水坝的止常使用,修复麻的水坝使用情况艮好［」。水坝及维修加固如图12,13所示。图9Ecc修复桥而板图12水坝鸟瞰图图13可喷射ECC的施工3■4钢/ECC组合桥面板FI本北海道江别市美原大桥建成于2005年5月，它的主桥桥面板使用了钢/ECC组合材料。ECC很高的创性以及良好的裂缝控制能力很好地满足了桥面板对于适用性和耐久性的要求,ECC的应用使桥血板的口重降低了40%,并将桥梁的预期使用寿命提高至100年，极人地提高了该桥梁的长期经济效应f」。美原大桥及ECC施工过程如图14,15所示。图10桥面板裂缝宽度的发展历程3.2边坡加固日本歧阜

7、的一朋混凝土边坡墙由于碱骨料反应而遭受了严重的开裂破坏。工程人员于2003年对其进图14美原大桥图15ECC施工过程3.5韧性连接板桥梁面板Z间通常都留冇伸缩缝，在伸缩缝处设登可膨胀的连接接头來连接各桥梁板。连接接头在不4一97ECC国家和地区的商用价值。在美国、F1本和欧洲等发达/研究者对ECC限制基材微粒之间的接触而积和札I互作用研究并开发了一系列不同的2.1可喷射ECC进行了各种优化和改进ECC产品。喷射混凝土己经在地下工程，尤其是比较先进的湿式喷射混凝土、水利工程、边坡锚固、结构加周等：馨翌鬓觥二篮瞥儿竺鳗毛对于材料而二二二上厂生苦比’姚体锹往・呵磨顶性・回弹率等都刀、权向的妥孔而

8、可喷射ECC在保留“CC优良性能竺务整I：,吸收了喷射混凝土的优点，完全可以满足户怕四施工工艺要求。可喷射ECC如图5所示。小固休微粒之间的摩擦力。化学外加剂的用途是调整纤维与基材之间的物理化学作用，促使拌合物获得最佳的分散性和粘性。通过这样的优化设计，自密实ECC能在白重作用下就产生足够的变形，同时，较高的粘性乂能避免纤维和基材发牛•分散、离析的现象。2.3轻质ECC普通混凝土的密度一般为2.5岁c扩是2以e。〃而轻质