PVA纤维与钢纤维对高性能纤维增强水泥基复合材料力学性能影响的试验研究

摘要

本学位论文进行了PVA纤维与钢纤维对高性能纤维增强水泥基复合材料(High Performance Fiber Reinforced Cementitious Composites，HPFRCC)强度、断裂性能与弯曲韧性等力学性能影响的试验研究。
　　 本学位论文设计了3种水胶比(0.26、0.36与0.50)、2种纤维类别(PVA纤维与钢纤维)和3种纤维体积掺量(0、0.5％与1.0％)的高性能纤维增强水泥基复合材料，测定其7天龄期与56天龄期的抗折强度、抗压强度、断裂能、弯曲韧度与弯曲强度等力学性能，并以56天龄期的性能为准，7天龄期的性能为参照，阐述PVA纤维与钢纤维对高性能纤维增强水泥基复合材料强度、断裂性能与弯曲韧性等力学性能的影响。
　　 强度结果主要表明：
　　 同种水胶比、纤维体积掺量，钢纤维水泥砂浆抗折强度、抗压强度与弯曲强度均大于PVA纤维水泥砂浆。
　　 同种水胶比，钢纤维水泥砂浆与PVA纤维水泥砂浆抗折强度、抗压强度与弯曲强度均随纤维体积掺量增加而增大。
　　 韧性结果主要表明：
　　 同种水胶比、纤维体积掺量，钢纤维水泥砂浆折压比、断裂能与弯曲韧度均大于PVA纤维水泥砂浆的。
　　 PVA纤维具有亲水性，在水泥基体内部的分散性能高于钢纤维。对水胶比为0.26、0.36与0.50的纤维水泥砂浆，随纤维体积掺量从0增至1.00％，PVA纤维对纤维水泥砂浆的增韧作用是加强的；钢纤维对纤维水泥砂浆的增韧作用是减弱的。
　　 同水胶比，PVA纤维水泥砂浆断裂能随龄期增长而降低。在断裂能试验中，试件缺口部位出现应力集中，应力分布复杂。随龄期增长，PVA纤维老化，导致其抵抗复杂应力能力下降。PVA纤维与水泥基界面粘结强度随龄期增大而达到PVA纤维抗拉强度时，PVA纤维可通过延伸屈服来推迟拔断破坏，而断裂能试验结束时的试件跨中挠度要达到20～30mm，该挠度致使试件内部大部分PVA纤维超过自身延伸能力，最终导致PVA纤维拔断破坏，进而无法通过拔出过程消耗更多的能量。
　　 水胶比为0.26和0.36时，钢纤维水泥砂浆断裂能随龄期增大而提高。钢纤维抗拉强度始终大于其与水泥基材料的界面粘结强度，因而钢纤维始终是与界面脱粘而拔出破坏。界面粘结强度随龄期增长而增大，钢纤维从砂浆基体中拔出消耗的能量增多。
　　 SPSS统计分析表明：
　　 纤维类型是影响钢纤维水泥砂浆与PVA纤维水泥砂浆断裂性能、弯曲韧性、折压比与弯曲强度的最主要因素。
　　 水胶比是影响钢纤维水泥砂浆与PVA纤维水泥砂浆抗折性能与抗压性能的最主要因素。

目录

文摘

英文文摘

致谢

1 引言

1.1 研究背景

1.2 ECC材料的发展概述

1.3 ECC理论研究

1.3.1 纤维桥接力学关系

1.3.2 稳定状态开裂和多重开裂

1.3.3 临界纤维体积掺量

1.4 ECC试验研究

1.4.1 力学性能研究

1.4.2 耐久性能研究

1.5 ECC的工程应用

1.6 ECC中需深入解决的问题

1.7 本研究方案的设计思路

2 试验细节与SPSS软件数据处理方法

2.1 原材料

2.2 试验方案

2.2.1 试验配合比

2.2.2 试验内容

2.2.3 试件成型工艺

2.2.4 试件尺寸

2.2.5 试验设备

2.3 试验方法

2.3.1 抗折和抗压强度试验

2.3.2 断裂能试验

2.3.3 弯曲韧性试验

2.4 SPSS软件数据处理方法

3 PVA纤维与钢纤维对高性能纤维增强水泥基复合材料抗折性能与抗压性能的影响

3.1 引言

3.2 本章试验内容

3.3 结果与讨论

3.3.1 抗折性能试验

3.3.2 抗压性能试验

3.3.3 抗折强度与抗压强度比(折压比)

3.4 本章结论

4 PVA纤维与钢纤维对高性能纤维增强水泥基复合材料断裂性能的影响

4.1 引言

4.2 本章试验内容

4.3 结果与讨论

4.3.1 试验曲线与试件断面图

4.3.2 纤维对HPFRCC断裂能的影响

4.3.3 断裂能结果数理统计

4.4 本章结论

5 PVA纤维与钢纤维对高性能纤维增强水泥基复合材料弯曲性能的影响

5.1 引言

5.2 本章试验内容

5.3 结果与讨论

5.3.1 试验曲线与试件破坏图

5.3.2 弯曲韧度试验结果

5.3.3 弯曲强度试验结果

5.4 本章结论

6 结论与展望

6.1 本学位论文主要的工作及结论

6.2 今后的工作以及努力的方向

参考文献

附录1

附录2

作者简历

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