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应变硬化水泥基复合材料(SHCC)力学性能试验研究

作　者: 王飞
导　师: 赵铁军；F.H.Wittmann
学　校: 青岛理工大学
专　业: 港口、海岸及近海工程
关键词: SHCC 应变硬化 PVA纤维抗拉强度力学性能
分类号: TU525
类　型: 硕士论文
年　份: 2010年
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内容摘要

应变硬化水泥基复合材料(SHCC)是延性纤维增强水泥基复合材料的一个类系,通过微观结构的设计可以获得较高的韧性和耐久性能。和普通混凝土不同的是,SHCC在受力状态下出现第一条裂缝后,它会以应变硬化的响应形式出现多条细微的裂缝,即使出现很大的变形,SHCC裂缝的宽度也会保持较小的值。由于本身具有微开裂性能和高延展性能,所以SHCC代表了一种新型的混凝土材料,并且在解决耐久性腐蚀方面有很大的潜在应用价值。目前我国对这种复合材料的研究尚处于起步阶段,虽然在理论上和试验上对这种材料都有了一些认识,但是还没有建立相应的分析模型和理论体系,所以对这种材料进行系统的研究非常的必要。材料主要采用性能优越的聚乙烯醇(PVA)纤维作为主要增强材料,并且经过多次试验对比设计出合理的基体材料配合比。在本试验研究中,首先通过直拉试验、抗压试验、四点弯曲试验对SHCC的力学性能指标作了相应的试验分析,找出材料特有的规律及特征值,并且参照普通混凝土性能的分析方法作了对比应用;其次,试验中对不同配合比,不同沙子粒径,不同厂家纤维,不同掺和料的SHCC分别进行了分项研究,通过抗拉强度、弯曲韧性试验,电镜扫描试验,压汞试验等找出材料变化对材料性能的影响情况,以便于更好的了解材料,并且采用裂缝测宽仪对裂缝的发展、裂缝的数量和裂缝的宽度也进行了详细的观测。经过试验分析可知,PVA纤维的掺入使材料的弯曲韧性更是增强了几十倍;提高了材料的变形能力,纤维体积掺量在2%的情况下,材料可以达到3%的应变值;裂缝的宽度能够控制在较小的水平,不超过100μm ,极大的增加了材料的延展性;极限荷载时的抗压应变值可以到达0.004,大于普通混凝土的0.002,抗折强度是基体的2～3倍。砂子粒径0.3mm左右时的应变硬化变形性能较好,砂子太细SHCC的和易性差,太粗变形能力较小;粉煤灰、硅灰等掺和料的加入能够改善材料的工作状态,增加材料的韧性;应该说,SHCC最显著的特征就是典型的多裂缝开展的应变-硬化特性。细密的裂缝提高了韧性,降低了深透能力,从而弥补了强度的降低。总之,SHCC具有很好的变形性能、耐久性能和抗震性能,有很大的潜在应用价值。

全文目录

摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章前言  9-15
  1.1 研究背景  9-11
  1.2 纤维增强水泥基复合材料概况  11-13
  1.3 论文研究目的和意义  13-15
第2章应变硬化水泥基复合材料（SHCC）  15-28
  2.1 SHCC 的提出  15-16
  2.2 SHCC 原理  16-21
    2.2.1 粘结机理  16-17
    2.2.2 桥接理论  17-18
    2.2.3 增韧机理  18-19
    2.2.4 临界掺量  19-20
    2.2.5 纤维尺寸  20-21
    2.2.6 取向角  21
  2.3 SHCC 的优越性能  21-28
    2.3.1 良好的延展性  21-22
    2.3.2 收缩裂缝控制  22-23
    2.3.3 良好的热特性  23
    2.3.4 抗破坏能力  23-24
    2.3.5 良好的耐久性  24-26
    2.3.6 优越环保性能  26-28
第3章 SHCC 选材及制作工艺  28-35
  3.1 SHCC 试验用材  28-32
    3.1.1 纤维（PVA）  28-29
    3.1.2 硅酸盐水泥  29
    3.1.3 砂子  29-30
    3.1.4 矿物掺合料  30-31
    3.1.5 水  31
    3.1.6 高效减水剂  31-32
  3.2 配合比  32-33
  3.3 试件成型工艺  33-35
第4章 SHCC 的基本力学性能  35-52
  4.1 SHCC 抗拉性能  35-42
    4.1.1 抗拉试验  36-40
    4.1.2 抗拉应力-应变曲线  40-41
    4.1.3 强度和应变的计算  41-42
  4.2 SHCC 抗压性能  42-45
    4.2.1 抗压试验  42-43
    4.2.2 抗压应力-应变曲线  43-44
    4.2.3 初期弹性模量  44-45
    4.2.4 泊松比  45
  4.3 SHCC 抗弯性能  45-48
    4.3.1 弯曲试验  45-47
    4.3.2 强度和韧性计算  47-48
  4.4 SHCC 徐变特性  48-49
  4.5 SHCC 最大裂缝宽度  49-50
  4.6 SHCC 在结构中的受力作用  50-52
第5章纤维对SHCC 性能的影响  52-61
  5.1 纤维掺量对SHCC 性能的影响  52-57
    5.1.1 纤维掺量对SHCC 流动性的影响  52-54
    5.1.2 纤维掺量对SHCC 力学性的影响  54-57
  5.2 纤维掺量对SHCC 性能的影响  57-61
    5.2.1 纤维种类对SHCC 流动性的影响  57-59
    5.2.2 纤维种类对SHCC 力学性的影响  59-61
第6章砂子粒径及掺和料对SHCC 性能的影响  61-67
  6.1 砂子粒径对SHCC 性能的影响  61-65
    6.1.1 砂子粒径对SHCC 孔隙量的影响  61-64
    6.1.2 砂子粒径对SHCC 受力性的影响  64-65
  6.2 掺和料对SHCC 性能的影响  65-67
第7章试验结论及研究工作展望  67-70
  7.1 试验研究结论  67-69
  7.2 研究工作展望  69-70
参考文献  70-76
硕士期间发表的论文  76-77
致谢  77

应变硬化水泥基复合材料(SHCC)力学性能试验研究

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