PVA-ECC的配制及其抗拉强度尺寸效应试验研究

摘要

水泥基材料是当今土木工程中广泛应用的建筑材料,由于其抗拉强度低、易开裂、脆性大等缺点,限制了水泥基材料的使用范围。水泥基材料高性能化的主要途径是复合化,核心则是纤维增强。目前,实际工程中应用最多的是钢纤维、聚丙烯纤维和尼龙纤维等,PVA(聚乙烯醇)纤维以其抗拉强度高、弹性模量高、耐酸碱腐蚀等优点逐渐受到人们的重视。PVA-ECC中文称为聚乙烯醇纤维工程水泥基复合材料(PVA EngineeredCementitious Composites,简称为PVA-ECC)是一种由乱向分布短纤维复合增强的高韧性砂浆。微观上,它考虑了纤维、基体和界面的细观力学特性,与复合材料的反应联系起来进行综合分析和系统设计；宏观上,在纤维体积掺量低于2％的情况下,PVA-ECC的极限拉伸应变能稳定地达到3％以上,并有显著的应变硬化特征。在拉伸作用下,它能够产生多道细密裂缝,开裂过程稳定,饱和开裂状态下的裂缝间距小于3mm。
　　 本文参考国内外配制PVA-ECC的方法和研究成果,进行了PVA-ECC的配制试验、抗拉强度统计试验及抗拉强度尺寸效应试验及弯曲性能试验,具体内容包括：⑴通过PVA-ECC的工作性试验,研究了水胶比和纤维掺量对水泥基复合材料拌合物坍落度和扩展度的影响。⑵通过基本力学性能试验,研究了水胶比和纤维掺量对水泥基复合材料立方体抗压强度和劈裂抗拉强度及劈压强度比的影响。⑶通过抗拉强度统计试验,研究了水泥基复合材料劈裂抗拉强度和弯曲抗拉强度的随机分布及统计特征,阐述了纤维掺量对这些特征的影响。⑷通过抗拉强度尺寸效应试验,研究了纤维掺量和试件尺寸对水泥基复合材料直接拉伸强度、劈裂抗拉强度和弯曲抗拉强度的影响。⑸通过弯曲性能试验,研究了水泥基复合材料梁的纤维掺量和试件尺寸对弯曲强度、变形和弯曲韧性的影响。试验结果表明,水泥基复合材料的工作性随水胶比的减小和纤维掺量的增大而降低；水泥基复合材料立方体抗压强度随水胶比的增大而降低,随纤维掺量的增大无明显变化规律；水泥基复合材料劈裂抗拉强度随水胶比减小和纤维掺量增大而提高；水泥基复合材料劈裂抗拉和弯曲抗拉随机强度均符合正态分布,掺加纤维能够降低材料的脆性；水泥基复合材料的直接拉伸强度、劈裂抗拉强度和弯曲抗拉强度均存在尺寸效应,随试件尺寸增大,材料强度降低,纤维掺量对水泥基复合材料抗拉强度尺寸效应无明显改善作用。加入纤维后,水泥基复合材料梁的弯曲强度有所提高,变形能力得到显著改善,试件的破坏形态由脆性破坏变为延性破坏。

目录

文摘

英文文摘

第1章 绪论

1.1 课题研究背景及意义

1.2 PVA-ECC的力学性能国内外研究概况

1.2.1 PVA-ECC的力学性能国外研究概况

1.2.2 PVA-ECC的力学性能在国内的研究概况

1.3 PVA-ECC的基本性能及工程应用

1.3.1 PVA-ECC的基本性能

1.3.2 PVA-ECC的工程应用

第2章 PVA-ECC的纤维增强增韧理论及抗拉强度尺寸效应理论

2.1 PVA-ECC的纤维增强增韧理论

2.1.1 纤维增强增韧基本概念

2.1.2 PVA纤维增韧理论

2.2 准脆性材料的抗拉强度尺寸效应理论

2.2.1 weibull统计尺寸效应理论

2.2.2 确定性尺寸效应理论

2.2.3 多重分形尺寸效应理论

2.2.4 能量-统计型尺寸效应理论

2.3 PVA-ECC的抗拉强度及其尺寸效应

2.3.1 水泥基材料抗拉强度指标

2.3.2 抗拉强度与抗压强度的关系

2.3.3 抗折强度和劈裂抗拉强度与直接拉伸强度的关系

2.3.4 PVA-ECC的抗拉强度尺寸效应

2.4 本文的研究内容

2.5 试验研究总体工作计划

2.6 本章小结

第3章 试验准备

3.1 试验原材料的性能

3.1.1 水泥

3.1.2 粉煤灰

3.1.3 砂

3.1.4 水

3.1.5 减水剂

3.1.6 消泡剂

3.1.7 PVA纤维

3.2 试验设备

3.3 试验方法

3.3.1 水泥基复合材料拌合物工作性试验方法

3.3.2 试件制作与养护方法

3.3.3 立方体抗压强度试验方法

3.3.4 直接拉伸试验方法

3.3.5 劈裂抗拉强度试验方法

3.3.6 弯曲抗拉强度试验方法

3.4 本章小结

第4章 PVA-ECC的配制

4.1 试配方案

4.2 搅拌工艺

4.3 拌合物工作性试验

4.3.1 工作性试验结果

4.3.2 工作性试验结果分析

4.4 立方体抗压强度试验

4.4.1 立方体抗压强度试验结果

4.4.2 立方体抗压强度试验结果分析

4.5 劈裂抗拉强度试验

4.5.1 劈裂抗拉强度试验结果

4.5.2 劈裂抗拉强度试验结果分析

4.6 劈压强度比分析

4.6.1 劈压强度比结果

4.6.2 劈压强度比结果分析

4.7 本章小结

第5章 PVA-ECC抗拉强度统计性试验

5.1 试验设计

5.2 试验数据及分析

5.2.1 劈裂抗拉强度统计性试验结果

5.2.2 试验结果分析

5.2.3 弯曲抗拉强度统计性试验结果及分析

5.3 本章小结

第6章 PVA-ECC的抗拉强度尺寸效应试验

6.1 直接抗拉强度尺寸效应试验

6.1.1 模板与试件的制作

6.1.2 试验现象

6.1.3 试验结果

6.1.4 试验结果分析

6.2 劈裂抗拉强度尺寸效应试验

6.2.1 试验过程

6.2.2 试验结果

6.2.3 试验结果分析

6.3 弯曲抗拉强度尺寸效应试验

6.3.1 模板与试件的制作

6.3.2 试验过程

6.3.3 试验结果

6.3.4 试验结果分析

6.4 三种抗拉强度指标对比及其尺寸效应

6.5 本章小结

第7章 PVA-ECC梁的弯曲性能试验研究

7.1 纤维增强水泥基复合材料的弯曲性能

7.1.1 弯曲抗拉性能与直接拉伸性能的关系

7.1.2 弯曲抗拉试件的应力应变分布

7.1.3 纤维增强水泥基材料的弯曲韧性

7.1.4 水泥基材料开裂强度的判定

7.2 PVA-ECC的弯曲性能试验分析

7.2.1 PVA-ECC梁开裂强度及开裂应变分析

7.2.2 PVA-ECC梁的弯曲韧性分析

7.2.3 水泥基复合材料梁的弯曲挠度分析

7.2.4 水泥基复合材料梁的应力应变曲线分析

7.3 本章小结

第8章 总结与展望

8.1 对已完成工作的总结

8.2 对今后工作的展望

致谢

参考文献