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超高韧性纤维混凝土

作者: 发布时间:2022-09-30 11:03:15点击:4875

信息摘要: 超高韧性纤维混凝土改进纤维,改进聚合物复合材料(FRP)强化材料的优点和效率,同时克服传统纤维网的缺陷,提升砂浆抗裂性差,将超高耐磨水泥基材料(ECC)代替砂浆FRP提出了网格无...

改进纤维,改进聚合物复合材料(FRP)强化材料的优点和效率,同时克服传统纤维网的缺陷,提升砂浆抗裂性差,将超高耐磨水泥基材料(ECC)代替砂浆FRP提出了网格无机粘结剂的新型复合材料,但仍缺乏相关的基础研究。本文采用新型聚乙烯型ECC基材,关键研究FRPgrid/ECC加固混凝土柱的加固系统。以标准混凝土圆柱为实验目标,选用新型混凝土圆柱ECC材料是基材FRPgrid/ECC复合材料,不同强度的混凝土,不同的网格材料(石灰岩纤维提升聚合物复合材料(BFRP)用碳纤维提升高聚物复合材料(CFRP)网格)是一种实验变量,研究了该加固方法对混凝土轴心受压性能的影响。实验结果表明,这种加固方法可以有效缓解素混凝土的脆性破坏,提升峰值强度和受压延性。基于FRPgrid/ECC提出了特点,提出了两个阶段FRPgrid/ECC钢筋系统,并根据该系统提出了钢筋混凝土圆柱承载力的计算方法。

混凝土作为一种重要的土木工程材料,具有取样简单、成本低、工艺简单、适应性强、抗拉强度高、剂量越来越大、应用领域越来越普遍等优点。然而,由于混凝土本身的抗压强度低、重量大、脆性大等原始缺陷,加上钢筋混凝土在施工和使用中或多或少容易出现裂缝,混凝土本身控制裂缝能力差,包含了这种传统建筑材料[1]的发展。

为了实现现代工程对建筑质量的更高要求,克服混凝土材料脆性大、裂缝控制能力差等缺陷,国内外学者开始研究具有典型应变硬化特性的新型水泥基复合材料[2-4]。密歇根大学Li教授[5]和麻省理工大学Leung1992年在美国任教ASCEJournalofEngineeringMechanics发表的论文设置了超高耐磨纤维,以提升水泥基复合材料(engineeredcementitiouscomposites,ECC)微观力学基础和设计准则[5-6],然后是世界各地的研究人员ECC深入研究材料及应用。与传统纤维不同的是,混凝土原始开裂后的抗拉强度和应变有限的提升[7-8]导致其在弯曲和拉伸载荷下的应变软化,ECC是在纤维掺量适中(一般体积分数不大于2.0%[9-11])的情况下,完成多条微裂缝的稳定进展,展示超高耐磨的新型纤维增强水泥基复合材料,从受力开裂到极限损伤的环节只能产生1个间隔mm~2mm总宽度保持在60µm[12]在其中表现出明显的应变硬化和裂缝总宽度的可控性,其极限拉应变可达3%~7%[13],而水泥混凝土在裂缝中的极限拉应变仅为0.01%~0.02%。ECC是200倍~500倍[17]。同时,ECC材料应用常规搅拌和施工技术,在应用技术上没有较高的规定,非常方便工程应用。

正是由于纤维桥接效应中裂缝的稳定扩展和多缝裂缝的特点,使得ECC具有良好的应变硬化行为和极高的韧性[5]。针对纤维ECC材料的必要性,因此,纤维的良好性能成为影响其效果的关键。ECC最初使用的是聚乙烯(PE)纤维[18],但它的昂贵价格促使它ECC材料不能推广,但在美国(PVA)纤维的价格为PE1/8,随后应用PVA取代PE纤维[19-22],这样可以减少ECC材料成本。

近年来,随着我国建筑业的蓬勃发展,许多学者一直致力于ECC介绍我国[23-25]。日本Kuraray公司制造的PVA由于其良好的性能,纤维成为制剂ECC材料,但其高价(约225元/kg)它限制了其在中国的大规模应用和推广,而国内低成本PVA价格一般只有进口纤维的1/4左右。因此,研究国内PVA纤维提取性能好ECC这是促进其低成本的有效途径。一般来说,由于国内纤维抗拉强度和弹性模具较低,成本较低,减少了页面连接处的纤维桥余能量,可能导致制备的材料不符合动能标准,难以实现稳定的多裂纹应变硬化行为。鉴于此,本文选取了两种国内低成本PVA纤维来制取ECC,与日本进口的纤维相比,分析了双轴拉伸和抗压的宏观性能,通过三点抗弯和单裂纹拉伸的详细实验,讨论了基底、纤维和两者的页面性能SEM分析了基材中不同纤维的分散和受力过程。

1实验


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