论文部分内容阅读
超高韧性水泥基复合材料UHTCC(Ultra-High Toughness Cementitious Composites)具有优越的变形能力、抗渗性能、抗腐蚀性能、抗冻融性能以及裂缝自愈合性能等,能够有效控制裂缝的发展,提升结构的耐久性能,满足不同工程对材料的需求。因此,发展具有这类性能的水泥基复合材料对于新型结构的发展具有深远的意义,此外,UHTCC的特殊性能使其满足成为一种较为理想修复材料的条件,即利用其裂缝控制能力来提高待修结构的承载能力和耐久性能。本文基于超高韧性水泥基复合材料国内外研究现状,借鉴已有研究成果,首先,设计了纤维掺量、粉煤灰类型和粉煤灰掺量3组UHTCC配合比并进行流动度、抗压强度、单轴拉伸和四点弯曲试验,借助DIC方法研究了UHTCC单轴拉伸裂缝发展模式;其次,针对UHTCC大变形特性,改进既有韧性评价方法,对四点弯曲韧性进行较全面的评价;最后,通过粘结劈裂拉伸试验和混凝土-UHTCC复合梁弯曲试验研究了UHTCC与混凝土的粘结性能,结合应变片与DIC方法研究了界面区应变情况。主要研究结论如下:(1)纤维体积分数对抗压强度具有两个相反的作用效应,纤维体积分数增加,抗压强度呈现先增加后降低再增加的趋势,1.7%纤维体积分数呈现较好的抗压性能;粉煤灰掺量增加,抗压强度降低。单轴拉伸极限应变可达6.38%,且DIC结果显示其具有较好的分散裂缝发展模式。四点弯曲试验结果表明,UHTCC受弯时表现出明显的变形硬化特性,2.0%纤维体积分数和2.4(粉煤灰/水泥)粉煤灰掺量的试件表现出较好的弯曲性能。(2)改进的两种弯曲韧性评价方法获得了类似结论:2.0%纤维掺量和2.4粉煤灰掺量的试件弯曲韧性最好。说明合理的纤维掺量和粉煤灰掺量有助于提高UHTCC的韧性,同时也证明本文两种弯曲韧性评价方法的有效性。与既有弯曲韧性评价方法相比,改进后的方法简化了计算且能有效评价弯曲全段内的弯曲韧性,弥补了现有方法对UHTCC极限荷载后弯曲韧性评价的不足。(3)粘结劈拉试验结果表明,界面经浸水处理后,可获得较高劈拉强度,但如果界面粗骨料外露或界面损伤,将会极大降低劈拉强度。界面微观结构显示界面区结构疏松且存在大量微裂缝。与同等混凝土梁相比,混凝土-UHTCC复合梁抗弯强度与挠度都得到了极大提高,呈现延性破坏,并且随UHTCC厚度增加,复合梁弯曲强度提高;过渡层的设置使试件在挠度值仅降低0.47mm的情况下,强度提高了31%。(4)UHTCC厚度的增加和过渡层的设置,在一定程度上降低了界面处的应变差。DIC方法获得了复合梁的裂纹发展模式:裂纹从梁底段产生并向上扩展,当扩展到界面时,界面处产生了竖向张拉应力,使得梁在界面方向上产生微裂纹并不断向前扩展,与此同时,UTCC层继续产生新裂纹,此过程混凝土上的裂纹扩展受到下层UHTCC的抑制而缓慢扩展。