工程用水泥基复合材料研究与应用综述

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1、广东建材2014年第4期材料研究与应用PE—ECC试件的受压应变曲线。两类ECC试件在经过峰值荷载后，承载能力以相对混凝土缓慢得多的速率持续下降，且经过峰值后具有类似的下降速率。而在同一个压应变区间，PVA-ECC承受峰值荷载远大于PE—ECC试件，本例可见PVA纤维对于该水泥基受力的抗阻效果较优，有希望获得更多的工程应用HJ。3．2抗拉特性大量试验研究表明，ECC单轴受拉时的初裂荷载与素混凝土基本相当，极限受拉荷载甚至低于素混凝士，但极限拉应变接近普通混凝土或传统纤维混凝土的几百倍，表现出超高韧性。可参考图3中示例的应变硬化特征曲线。由于高强、高弹

2、性模量且无毒亲水PVA纤维的作用，显著地改善了水泥基材料的脆性性质，同时提高了材料的断裂能，这对于解决水泥基材料高脆性引发的诸多耐久性问题十分重要。g善#暑i≥■；0图3典型的ECC拉伸应力一应变曲线及裂缝发展示意图1513．3弯曲特性ECC抗弯性能类似于抗拉性能，表现出超高的韧性以及多缝开裂的特性。采用四点弯曲抗弯性能试验，ECC试件尺寸为304．8mm×76．2mm×12．2mm，极限挠度达22mm，是普通混凝土的40倍，而且变形过程有明显的弯曲一硬化现象L61。晶l，粤I’一图_}F(：(、试件弯曲试验示意图⋯3．4抗剪特性对钢筋混凝土与ECC

3、悬臂梁构件进行的抗剪周期循环试验表明，ECC剪切破坏时出现大量的细微斜裂缝，类似于延性破坏。抗震结构中，塑性铰区的能量吸收是耗散地震能的主要途径，但是在周围塑性混凝土包裹下，只有极少部分的钢筋能够经历屈服阶段。取消抗剪箍紧，ECC悬臂梁构建实验中仍未出现保护层剥落或爆裂现象，其滞回环形状饱满，具有较强的能量吸收能力。图5为剪切试验后的保护层开裂与剥落示意图。图j悬臂梁抗剪试验结果对比图“4ECC耐久性Lepech博士参与了一个使用ECC进行桥面板的修复工程，并与混凝土修复进行了对比试验。施工2天后，混凝土修复部位已经出现300微米宽疑似塑性收缩裂缝，

4、ECC却无肉眼可见裂缝。4个月寒冷天气后，ECC出现了·些宽50微米的微细裂缝，而混凝土修复部位的裂缝已经裂开至2毫米。4年后，ECC的裂缝保持在50微米，但混凝土修复局部已经被再次修复。短期和长期的现场观察图片与数据，如图6所示：02004006a0080010001枷l枷1600IⅫ姆(daYs)图7ECC与混凝土裂缝发展对比门该工程实践较好的证明了ECC在严酷环境下，与频繁荷载作用下，仍能够保持较好的抗阻裂性能，保障了工程的耐久性，节省了后续维护成本。5ECC自修复特性Li教授等人采用共振频率方法，研究了自然环境一3一珊姗挪姗哪蛐。一§一吾pl

5、≥)Iu芒u#暑基lxd苫材料研究与应用广东建材2014年第4期下，具有微裂纹ECC材料的自我修复特性。表明：最新的进展环境中微裂缝的自愈合等项目都取得不错进展。(1)ECC自修复不局限于实验室环境，在自然条件下同样存在，除非先前荷载使其拉伸变形至0．5％～1．0％，并伴有较大气温波动。(2)ECC试件基本都能恢复到95％～105％原先的共振频率值。除此之外，ECC材料的刚度与首次开裂强度都有一定的恢复。(3)自然环境中ECC材料的自修复程度，往往取决于温度和降水多少[s

6、。6ECC的工程应用与价值分析瑞士采用ECC材料对建成仅26年，就被除冰盐严重

7、腐蚀的立交桥和隧道进行了成功的修复；美国采用ECC对建于1976年，经反复维修的四跨简支桥混凝土面板进行了彻底的修复畸]。2005年日本北海道三原大桥建成通车，ECC超高的拉伸韧性和裂缝致密的特点，使得该桥桥面板很薄，自重降低40％，预计寿命100年。同年，ECC桥梁连接板示范工程在美国完成，ECC连接板提供大约1．4％的拉伸变形能力，远小于ECC实际拥有的变形能力(3％～5％)。以上是ECC应用于大型工程修复与消能减震结构。根据Li教授的研究，ECC在未来主要可应用于三个大的方向：(1)在高荷载环境中，抗倾覆性能要求高的结构；(2)严峻环境中需要高

8、耐久性的结构：(3)建造效率要求较高的结构[3

9、。7国内外最新的研究动态目前国内的研究还停留在实验室阶段，鲜见有ECC工程应用的实例。2006年大连理工大学徐世娘科研团队，制得拉应变能力0．7％的PVA纤维水泥基复合材料，拉应变能力仍然偏低，此时只能算作PVA—FRCC。2006年张君教授报道了极限拉应变能力1．65％且平均裂缝宽度63微米的实验结果，复合广义ECC对拉伸性能的基本要求。最近，徐世娘科研团队以及成功配制了多组性能稳定的拉应变能力为3．6％～4．2％的超高韧性水泥基复合材料，对应极限拉应变时都能呈现多条细密裂缝，平均裂缝宽度33～90微

10、米[4

11、。美国Li教授研究团队，近年来开展了一系列新尝试。例如用铁尾矿做骨料制备绿色ECC，用废旧轮胎制备低