文献综述
- 研究背景及意义
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。这些缺点在建筑结构中易产生不同程度的裂缝，严重影响结构使用过程中的耐久性。也限制了它的使用范围和发展[1]，特别是随着现代土木工程结构向大跨度、轻型、高耸结构方向的发展和向地下、海洋中的扩展，以及未来的人类社会将向智能化的社会方向发展，使工程结构对混凝土性能的要求越来越高[2-3]。
为了克服水泥基材料自身的缺陷，引入纤维进行增强增韧、改善拉伸性能是改善水泥基性能的常用方法之一。混凝土中掺入适量的纤维，可使混凝土的整体性能有较大的提升，在多重条件影响下具有良好的抗冲击能力和耐久性能[4-6]、更好的抗折与劈裂抗拉强度[7-8]等。我国改革开放以来，国民经济快速稳健的发展，同时高层、高耸结构、大跨度结构、桥梁结构等大型工程也得到了快速发展。我国进行了大规模的基础设施建设如规划近30年的“五纵七横”5条纵线7条横线共12条主干线，经过近15年的建设总长约3.5万公里，为国民经济社会发展提供了坚实的基础和保证[9]。但是基础设施的快速恶化这一普遍状况也令人担忧。如有关资料显示：在韩国、日本、美国等国家，每年用于公路设施修复和翻新的费用已经超过新建筑的费用，其根本的原因就是混凝土结构的耐久性能不足。我国现已成为全国列国中的能源消费大国，能耗的消耗量目前已经占据全球耗能总量的10%的份额左右，开展好建筑节能工作是我国整体节能工作的关键因素。因此，用于处理混凝土的脆性问题的高性能水泥基复合材料的出现引起了工程领域和材料领域的广泛关注[2]。
纤维增强水泥基复合材料（High Performance Fiber Reinforced Cementitious Composites，简称HPFRCC），它是以水泥、砂浆或混凝土作基体，以金属的、无机的或有机的不连续短纤维或连续的长纤维作增强材料的复合材料。由于其纤维种类及性能的多样性，HPFRCC具有种类繁多以及应用多广的特点[10]。
- 国内外研究现状
国外学者Naaman在上世纪八十年代初先首次提出高性能纤维增强水泥基复合材料这一概念。HPFRCC一般指的是在直接拉伸试验中试件出现肉眼可见的多条裂缝，材料具有较高的韧性和很大的能量吸收能力，它与传统的纤维混凝土[11-12]主要不同在于：在单轴拉伸过程中会出现多条细密裂缝，表现出假应变硬化的特性。
1992年美国密歇根大学的Victor Li和LeungW基于细观力学提出高性能纤维増强水泥基复合材料（Engineered Cementitious Composites，简称ECC），ECC去除传统混凝土当中的粗骨料，替换以粒径 100mu;m 左右的细砂，通过掺入细短的聚乙烯醇纤维（PVA）克服了传统的水泥基材料在抗拉荷载下的软化性能，体现了类似金属材料的伪硬化特征，具有非常显著地非线性变形和优良的初性[13]。
外国学者Soe对配合比不同的两种SE-PVA混杂FRCC开展基本力学性能对比试验[5]，实验结论结果表明：相对S0.5A1.5,S0.58A1.75具有更高的强度和抗拉变形能力。同年，针对以上两个配合比，Soe研究研究出了SE-PVA混杂FRCC的抗冲击性能[6]。结果表明：S0.58A1.75不仅能够吸收更多的冲击能量，还具有更好的耐久性。学者Afoughsabet对SE-PP混杂FRCC的力学性能和耐久性进行了研究。结果表明：珪粉的惨入了有效提高了混杂FRCC的密实性和耐久性，增强了复合材料的强度；混杂FRCC的力学性能是随着纤维体积率的提升而提高；SE-FRCC的强度随SE纤维抗拉强度和弹性模量的增大而增大[14]。
上世纪七十年代中期，我国建材科研院与众多研发机构开始了以钢纤维为增强体的水泥基复合材料的研究工作。八十年代初，钢纤维增强水泥基复合材料已经在路桥建设与建筑防水等领域取得了越来越深入的推广应用，与此同时还研发出更多新型号的钢纤维。以建设部为首的多家高校和部门为加快钢纤维增强水泥基复合材料在我国众多工程中的实际应用，编制了很多具有针对性的行业标准。九十年代末期，在众多建筑项目里应用了从外国引进而来的聚丙烯纤维，推动了人工合成纤维在水泥基材料项目里的实际运用，此后，中国研究学者已开始了研发合成纤维的工作，为合成纤维在工程中的广泛应用打好了基础[15]。
目前，国内学者的研究主要是关于混杂纤维增强水泥基所开展的，主要集中在高校试验室条件下的材料力学性能研究。大连理工大学的多位学者于2006年就开始进行了对水泥基复合材料相应的研究，高淑玲博士通过对水泥基体组分的分析、制备工艺的试验研究，配制出了具有基体流动性和纤维分散性较好的 PVA纤维增强水泥基复合材料；同时对配制的 PVA 纤维增强水泥基复合材料进行单轴抗压、直接拉伸，得出应力-应变曲线，利用 J 积分、韧性指数分析方法对该材料进行韧性评价[16]，李贺东博士于2009年[17]对不同纤维渗量的ECC试件实验，通过大量拉伸试后得出了相对应的抗拉本构模型，结果表明，PVA纤维体积率约为2%时的超高韧性水泥基夏合材料的极限拉应变可稳定达3.6%-4.5%；对试件进巧双边对称开口薄板直接拉伸试验，证明了水泥基复合材料的极限抗拉强度对缺口的不敏感性；对试件进行四点弯曲试验，研究了其抗弯力学性能并提出评价其弯曲韧性的有效方法以及使用四点弯曲试验确定极限抗拉应变的反分析方法[14]。王洪昌硕士通过对不同类型的钢筋与水泥基复合材料进行拉拔试验和梁式试验用来研究它们之间的粘接性能，并结合锚固的可靠度分析，确定钢筋在水泥基复合材料中的合理锚固长度；根据钢筋内贴片试验来研究钢筋与水泥基复合材料之间的粘结滑移关系，为钢筋增强水泥基复合材料结构的有限元计算提供了理论依据[18]。饶芳芬硕士（2008）通过不同产地和品种的粉煤灰、不同的水胶比、不同的养护条件和养护龄期来研究对 UHTCC 的弯曲性能的影响[19]。田艳华硕士（2008年）研究了高频振捣和引气剂的掺入对自密实 UHTCC 工作性能和强度、弯曲性能、断裂性能等的影响[20]。
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