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超高韧性水泥基复合材料试验研究

作　者: 李贺东
导　师: 徐世烺
学　校: 大连理工大学
专　业: 结构工程
关键词: 超高韧性水泥基复合材料直接拉伸试验裂缝缺口敏感性弯曲韧性
分类号: TU528
类　型: 博士论文
年　份: 2009年
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内容摘要

超高韧性水泥基复合材料(Ultra High Toughness Cementitious Composites,简称UHTCC)是一种新型的高性能纤维水泥基复合材料,它利用不超过2.5%体积率的短纤维增强,使用常规的搅拌工艺便可加工成型,硬化后的复合材料具有显著的应变硬化特性,极限拉应变能力在3%以上,并可以有效地将极限裂缝宽度限制在100μm以内,有的甚至可以限制在50μm以内,在某种意义上可称为“无缝混凝土”。UHTCC的开发与应用必将有助于解决我国混凝土结构因混凝土韧性差、易开裂、开裂后裂缝宽度难以控制等缺点所引起的一系列工程难题。本文结合自然科学基金项目(50438010)和南水北调项目(JGZXJJ2006-13)开展了一系列的研究,主要内容总结如下:1.配制了23组应变硬化水泥基复合材料,利用改进的直接拉伸试验方法测试其直接拉伸性能,并依此判定属于UHTCC的配比。2.依据直接拉伸试验过程和试验结果,合理描述UHTCC应变硬化以及试件开裂的全过程。3.依据UHTCC直接拉伸应力应变试验曲线,对UHTCC材料在极限抗拉强度之前的应力应变关系进行了合理简化,并给出了相应的抗拉本构方程。4.利用双边对称开口薄板直接拉伸试验证明了UHTCC材料极限抗拉强度具有对缺口的不敏感性。5.利用四点弯曲试验研究了UHTCC的抗弯力学性能及在弯曲荷载条件下UHTCC材料的裂缝无害化分散能力。6.根据UHTCC抗弯力学性能特点,在参考已有纤维混凝土弯曲韧性评价方法的基础上,考虑材料显著的变形硬化特征,提出了适用于评价UHTCC的弯曲韧性评价方法。7.关于使用四点弯曲试验反分析确定UHTCC的极限抗拉应变,结合材料受弯及受拉特性,在分析JCI及UM反分析方法的基础上,提出了更为合理且简单易行的反分析法。8.使用UHTCC制作小尺寸的平板式永久性模板和U型永久性模板,用这些模板浇注混凝土复合梁试件,而后进行的四点弯曲试验证明了UHTCC材料是制作参与性永久性混凝土模板的理想选择之一,它不仅可以明显提高结构的极限承载力改善结构延性,更能有效地将混凝土中的有害裂缝分散为多条细密的无害扁平裂缝,尤其是U型UHTCC永久性模板,能够有效地将裂缝宽度在整个梁深都控制在非常细的范围内。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-10
1 绪论  10-35
  1.1 研究背景与意义  10-11
  1.2 超高韧性水泥基复合材料名称的由来  11-13
  1.3 ECC在国内外研究发展及应用  13-33
    1.3.1 ECC在国外的发展概况  13-26
    1.3.2 ECC在国内的发展概况  26-27
    1.3.3 ECC的工程应用  27-33
  1.4 本文主要研究内容  33-35
2 超高韧性水泥基复合材料直接拉伸特性  35-74
  2.1 引言  35
  2.2 直接拉伸试验方法  35-39
    2.2.1 试验机  35-36
    2.2.2 试件  36-39
  2.3 直接拉伸试验  39-44
    2.3.1 试验材料  39-40
    2.3.2 试件成型和养护  40-41
    2.3.3 试验准备及加载程序  41-44
  2.4 直接拉伸试验结果与讨论  44-66
    2.4.1 UHTCC直接拉伸应力应变曲线  44-49
    2.4.2 UHTCC的多条细密裂缝开裂模式与过程  49-58
    2.4.3 UHTCC拉、压基本力学性能参数确定方法  58-60
    2.4.4 UHTCC拉、压基本力学性能  60-64
    2.4.5 纤维掺量、抗压强度及养护龄期对UHTCC抗拉性能的影响  64-66
    2.4.6 关于直接拉伸试验方法的讨论  66
  2.5 UHTCC拉应力应变关系曲线简化模型  66-70
  2.6 扫描电镜试验  70-71
  2.7 本章结论  71-74
3 超高韧性水泥基复合材料对缺口的不敏感性  74-82
  3.1 引言  74
  3.2 试验程序  74-76
    3.2.1 试验材料与试件制作  74
    3.2.2 试验前的准备及加载程序  74-76
  3.3 试验结果与讨论  76-81
    3.3.1 UHTCC材料极限抗拉强度对缺口的不敏感性  78-79
    3.3.2 有缺口情况下UHTCC材料对裂缝的无害化分散能力  79-80
    3.3.3 ‘卸载’时UHTCC裂缝的回缩  80-81
  3.4 本章结论  81-82
4 超高韧性水泥基复合材料的弯曲特性  82-111
  4.1 引言  82
  4.2 薄板四点弯曲试验  82-88
    4.2.1 试验材料与试件制作  82-83
    4.2.2 试验前的准备及加载程序  83
    4.2.3 试验结果  83-88
    4.2.4 UHTCC极限抗弯强度与抗拉初裂强度比  88
  4.3 梁四点弯曲试验  88-98
    4.3.1 试验材料与试件制作  88-89
    4.3.2 加载装置及加载程序  89
    4.3.3 抗弯性能试验结果  89-94
    4.3.4 UHTCC弯曲韧性评价方法  94-97
    4.3.5 关于位移计固定架和试验加载速率  97-98
  4.4 使用四点弯曲试验测定UHTCC极限抗拉应变新方法的建议  98-109
    4.4.1 已有的反分析方法及其不足  98-104
    4.4.2 使用四点弯曲试验测定UHTCC极限抗拉应变的新方法—NRA法  104-109
  4.6 本章结论  109-111
5 使用超高韧性水泥基复合材料制作永久性模板的初步试验研究  111-124
  5.1 引言  111-113
  5.2 试验用水泥基复合材料拉、压基本力学性能  113
  5.3 小尺寸平板型永久性模板试验研究  113-119
    5.3.1 小尺寸平板型永久性模板的制作  113-115
    5.3.2 复合梁试件的制作及测试方法  115
    5.3.3 平板式永久性模板对复合梁试件承载力及耗能能力的贡献  115-118
    5.3.4 平板式永久性模板对复合梁试件对裂缝的控制  118-119
    5.3.5 平板式永久性混凝土模板与后浇上部混凝土的粘结  119
  5.4 小尺寸U型UHTCC永久性模板试验研究  119-122
    5.4.1 试件的制作及测试方法  119-120
    5.4.2 U型UHTCC永久性模板对复合梁试件承载力、耗能能力和裂缝控制的贡献  120-122
  5.5 本章结论  122-124
结论  124-126
展望  126-128
创新点摘要  128-129
参考文献  129-136
攻读博士学位期间发表学术论文情况  136-137
致谢  137-138
作者简介  138-139

超高韧性水泥基复合材料试验研究

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