纤维优化对纤维水泥基复合材料应变硬化性能的影响.pdf

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1、2013年第1期混凝土与水泥制品2013No．11月CHINACONCRETEANDCEMENTPRODUCJanuary纤维优化对纤维水泥基复合材料应变硬化性能的影响牛恒茂，邢永明，赵燕茹，米力(1．内蒙古工业大学理学院，呼和浩特010051；2．内蒙古工业大学土木工程学院，010051；3．内蒙古建筑职业技术学院建筑工程系，呼和浩特010070；4．鄂尔多斯职业学院建筑工程系，017000)摘要：介绍了纤维增强水泥基复合材料(FRCC)取得应变硬行为的微观力学模型，在该模型指导下，综述与分析了纤维类型、强度、长度、直径、体积掺

2、量及纤维表面处理等因素变化对FRCC应变硬化能力的影响。研究成果表明，纤维优化能够稳定取得应变硬化行为或得到更大的应变硬化能力。关键词：纤维水泥基复合材料；应变硬化；微观力学模型；纤维优化Abstract：Themicr(】mechanicsmodels．whichprovideanopportunitytoobtainstrain-hardeningbehaviorinfiberreinforcedcementitiouscomposites(FRCC)，areintroduced，andtheeffectofthefluctu

3、ationoffibertype，strength，length，diameter．volumecontentandfibersurfacetreatmentonthepropertiesofstrain—hardeningbasedonmicromechanicsmodelsissummarizedandanalyzed．Theresearchresultsindicatethatthefiberoptimizationcanimprovetherobustnessofstrain-hardeningandachievebett

4、ercapacityofstrain-hardening．Keywords：Fiberreinforcedcementitiouscomposites；Strain—hardening；Micromechanicsmodels；Fiberoptimization中图分类号：TU528．58文献标识码：A文章编号：1000—4637(2013)01—40—060前言体强度最小的部位)，此时，FRCC中的纤维能提供普通混凝土的延性较差，极限拉应变只能达到足够的桥接应力抵抗裂缝处的应力，如图1。随着荷0．02％-0．03％，如应变继续增

5、加，则试件破坏，即出载的增加，基体中第2条、第3条等裂缝以“自相现应变一软化现象。在设计的水泥基材料(称ECC)似”模式逐步扩展，裂缝处的纤维不断提供桥接应中加入纤维可以提高材料的延性，极限拉应变可达力持续抵抗这种作用。当第1条裂缝出现后，对应到2％～4％[，取得应变硬化现象。试件的承载能力经历瞬间下降后马上恢复，裂缝宽试验表明，取得应变硬化现象的水泥基材料在度稳定在一个很细的水平上，随着荷载持续增加，承受荷载时，应力随应变增加而增大，在大变形下试件上最终呈现大体均匀分布的多条细密裂缝，每仍旧能够继续承受荷载，直到最终破坏。同时，

6、在受条裂缝的宽度大体接近，此时裂缝间纤维所提供的荷过程中产生多条的细密微裂缝，但裂缝宽度一般桥接应力不足以使基体内产生新的裂缝，裂缝处于在100~m之内。饱和状态。此后，增加荷载也不再有新裂缝产生，而然而，并不是在所有水泥基材料中加入一定量是原有裂缝的宽度不断增加，直至某一条裂缝发生的纤维就可以发生应变硬化行为。有研究表明，局部化扩展，试件最终发生断裂破坏【7J。细密裂缝产FRCC能够得到的应变硬化行为并不是很稳定，时生并不断扩展使得FRCC不断吸收能量，保证了试有应变软化行为发生，这与纤维本身特征及水泥基件能够不断地承受荷载，表

7、现出应变硬化特征，提材料的基体组分有关[61。本文主要分析纤维类型、强高材料的延性。度、长度、直径、体积掺量及纤维表面处理等因素对FRCC应变硬化性能的影响。1产生应变硬化的微观力学模型水泥基材料的应变硬化行为与其在受荷过程中产生多条细密裂缝相关。在承受荷载过程中，基体强度低，受拉边缘首先出现裂缝，由于基体材料不均匀，裂缝出现在最大初始缺陷尺寸截面上(基图1纤维桥接裂缝处应力SEM照片基金项目：国家自然科学基金项目(11062007)；教育部高等FRCC在承受荷载作用下产生多条细密裂缝，学校博士学科点专项科研基金项目(201O15

8、14120005)。这是应变硬化特性的典型特征。要产生多条细密裂—．40．．牛恒茂，邢永明，赵燕茹，等纤维优化对纤维水泥基复合材料应变硬化性能的影响缝必须同时满足两个准则：稳态开裂准则和开裂强能量准则主导裂缝传播模型，强度准则控制裂度准则，否则材料