研究目的和意义
砂浆、混凝土及钢筋混凝土等水泥基材料的应用已有近200年历史,但它存在抗拉强度低、变形能力低、脆性大和冲击性差等缺点。所以在在水泥基材料中加入纤维可有效改善水泥基材料的力学及体积稳定性能,增强水泥基材料的韧性、抗冲耐磨性、抗渗性、耐久性、抗收缩断裂性及提高建筑结构抗震能力。
水泥基材料既不像钢材那样坚固,也不像钢材那样坚韧,而成为应用最广泛的材料的三个主要原因是其具有很好的耐水性、优异的可加工性和显著的经济性”。因此,水泥基材料仍然是当今应用最为广泛的建筑材料。然而,水泥基材料属于脆性材料,它的的抗拉、抗弯强度低,极限应变小,抗冲强度差,脆性大,易开裂,存在着严重的耐久性问题,往往引发突发性的且难以控制的建筑物的破坏,造成了巨大的经济损失,并严重污染环境,因此,作为一种结构材料在应用中受到很大限制。通过纤维增强水泥和纤维增强混凝土复合材料,是强化与韧化的水泥和混凝土、进一步提高了其阻裂能力和耐久性,是获得高性能水泥和混凝土的有效途径。
国内外发展概况
英国人约瑟夫阿斯谱丁(Joseph Aspdin)早在 1824 年就发明了水泥,经过将近两百年的发展,水泥基复合材料已经成为工程中常用的材料之一。众所周知,水泥基复合材料具有抗压强度高、抗拉强度低的特点,由于其具有明显的脆性',在实际工程中的应用受到了很大的限制,主要应用于非承重结构或者以受压为主的结构,如基础、柱墩等。随着社会的发展与科技的进步,具有更优性能的新型水泥基复合材料逐渐出现并迅速发展。法国园丁约瑟夫.莫尼尔于1849 年首次将钢筋加入普通的混凝土中,钢筋混凝土(Reinforced concrete, RC)便开始出现了。由于混凝土有较强的抗压能力,而钢筋有较强的抗拉能力,且二者之间具有很好的粘结,因而可以用来共同抵抗荷载的作用;与此同时,二者之间的线膨胀系数也相差无几(钢材为1.2*105,混凝土为(1.0-1 .5)x10~),这保证了二者在共同工作的时候不会产生太大的温度应力,且二者之间的粘结也不至于破坏;钢筋的弹性模量约为混凝土的6-10 倍,在二者变形相同的条件下,钢筋可以承担更大的应力,这也有利于钢筋强度的发挥,因此钢筋与混凝土结合在一起便可有效地承担外界荷载的作用2。这就初步解决了素混凝土抗拉强度低、脆性大的问题,因而在工程中逐渐得到了广泛地应用。
自1990年提出高性能混凝土以来,高性能混凝土的内涵已经有了一个不断完善和发展的过程。美国十分强调高强度和高耐久性;日本学者更关注施工性。我国吴中伟院士甲则综合了各种论点提出了较为全面的高性能混凝土的定义,他认为高性能混凝土时-.种新型的高技术混凝土,是在大幅度提高常规混凝土性能的基础上,采用现代混凝土技术,选用优质原材料,在妥善的质量控制制成的具有耐久性高、抗阻裂能力强、工作性良好、实用性强、提及稳定性好以及经济合理的水泥基复合材料。邓家才[4]等用压缩韧性指数衡量了碳纤维对水泥基复合材料韧性的增强 作用,发现碳纤维水泥基复合材料的压缩韧性指数明显大于基准水泥基复合材料( 增加59%~110%),并且随着碳纤维掺量的增加,变形能力和承载能力增强。罗建林,段中东以改性巴基管(CNTs) 为增强材料,制成了巴基管水泥基材料。2006年大连理工大学徐世娘[科研团队的高淑龄博士配制得到了拉应变能力为0.7%的PVA纤维
水泥基复合材料。超高韧性水泥基复合材料早期的英文名称为“EngineeredCementitious Composite”。 缩写为ECC。最早由密歇根大学的“教授和麻省理工的Leung教授采用细观力学和断裂力学基本原理提出了该材料的基本设计理念。Li等为提高纤维在基体中的摩擦黏结强度,利用等离子体技术对PE纤维进行表面处理,结果对水泥基材料的极限抗拉强度和极限应变能力都得到了显著提高。
研究内容
研究纤维增强水泥基复合材料体积稳定性能的影响规律
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