ECC复合材料疲劳断裂性能试验研究

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超高韧性水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composite,简称ECC)是由水泥、粉煤灰、水、石英砂、PVA纤维组成的新型工程材料,表现出良好的应变硬化能力和多缝开裂延展特性。在混凝土中掺加纤维克服了普通混凝土脆断的缺点,同时提高了其抗压强度、抗折强度、抗拉强度、极限承载能力;增强其韧性,改善其耐久性,因此该材料常用于建筑结构的重要部位。该材料的力学性能十分突出,但是其在动力学性能有待研究。本文结合国家自然科学基金资助项目(51108151)、河北自然科学基金项目(E2012202097)开展一系列研究,主要研究内容如下:  1、ECC材料的力学性能研究  试验中使用立方体抗压试件、抗折试件分别为100mm×100mm×100mm、100mm×100mm×400mm,进行材料力学性能试验,计算出抗压强度、抗折强度,采用标准ASTM C1018分析试件韧性。  2、ECC材料的弯曲疲劳断裂性能研究  试验中使用缝高为60mm,尺寸为700mm×150mm×80mm的试件进行三点弯曲梁弯曲疲劳断裂试验。分析疲劳后试件刚度变化规律,运用威布尔分布函数分析其寿命,进行试件寿命预测,试验结果表明:  (1)三点弯曲梁断裂疲劳荷载作用情况下仍出现多裂缝开展特性,有限次的疲劳后,试件刚度减小。随应力水平增加,刚度退化减小,有限次的疲劳后其刚度减小,但峰值荷载没有减小甚至有增加趋势。  (2)ECC试件的S-N曲线具有双线性特征,ECC的三点弯曲断裂疲劳试验服从两参数威布尔分布。  (3)从刚度-荷载曲线可以看出刚度退化分为三个阶段:刚度快速退化阶段,加载初期,试件基体出现细密微裂纹,导致刚度退化速率加快;刚度稳定发展阶段,基体裂纹达到饱和,损伤以PVA纤维的随机断裂为主,延缓了试件的刚度退化速率;刚度快速发展阶段,随着纤维的拔出和拉断,裂缝开始快速发展,主裂缝宽度加宽,纤维桥联作用减弱,刚度退化速率加快。  综上所述,混掺进口纤维和国产纤维抗压强度、抗折强度提高较少,进口纤维增韧效果要比国产纤维好;ECC复合材料静、动态弯曲断裂都有多裂缝开裂特性,且随应力水平增加刚度退化速度减缓。
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