论文部分内容阅读
超高韧性纤维增强水泥基复合材料是以水泥材料为基材,以纤维为水泥基的增强材料所形成的一种新型水泥基复合材料。这种材料具有高拉应变能力、高韧性,其拉应变为普通混凝土拉应变的10倍以上,甚至比钢筋的应变还大,其饱和裂缝宽度较小,一般情况下小于100μm。因此,将这种材料用于海洋环境中,能够满足对裂缝宽度要求较高的水工混凝土结构,有效防止水工结构开裂,进而提高结构的耐久性。 基于超高韧性纤维增强水泥基复合材料的卓越韧性和良好耐久性,本文开展了试验研究工作,完成的研究工作内容如下: 1、超高韧性纤维增强水泥基复合材料的四点弯曲试验研究 通过试验设计、试验装置及过程、试验测试内容及测点布置等方面对四点弯试验进行了详细介绍,同时还详细分析了带纤维四点弯曲试件的破坏形态。通过四点弯曲试验得到的带纤维试件的荷载—位移曲线与理论模拟的结果基本吻合。 2、超高韧性纤维增强水泥基复合材料的断裂试验研究 断裂试验的试件尺寸包括80mm×150mm×700mm和100mm×200mm×900mm两种,其中前者的缝高分为h=50mm和h=60mm两种,后者的缝高h=80mm。本文对断裂试验试件的设计、试验装置及过程和试验内容及测点布置进行介绍,并研究分析了断裂试件梁的破坏过程及缝端破坏形态、试件的起裂荷载和极限荷载。研究不同条件下断裂试件的P-CMOD曲线、CMOD-CTOD曲线、P-δ曲线,总结其变化规律。另外,还计算了超高韧性纤维增强水泥基复合材料试件的断裂能,并将其与自密实堆石混凝土试件的断裂能进行对比。通过断裂试验表明: (1) PVA纤维的掺入,使得断裂试验梁的破坏由脆性破坏转化为延性破坏,主裂缝对缝端不再敏感,同时大大提高断裂试验的起裂荷载、极限荷载、极限荷载对应的CMOD值以及断裂试件的断裂能。 (2)当PVA纤维体积掺量总量一定时,用少量的国产PVA纤维代替等量进口PVA纤维,所得断裂试验的P-CMOD曲线图大体一致。因此,可以考虑用部分国产PVA纤维代替等量进口PVA纤维,以期在保证力学特性的同时,降低工程造价。 (3)通过对断裂试验的CMOD-CTOD曲线分析可以看出,尺寸效应在基体试件中更为明显。 (4)当进口PVA体积掺量总量一定时,减小水泥、粉煤灰含量,增大石英砂含量,断裂试件梁的断裂能提高,并且试验梁的预制缝高越大,水泥、粉煤灰及石英砂的含量对其断裂能的影响越明显。 (5)试件的断裂能随着缝高以及试件尺寸的增大有明显增大的趋势。在c/h相同的条件下,本试验断裂试件的断裂能远大于自密实堆石混凝土的断裂能。