變溫條件下生態(tài)型高延性水泥基復合材料多尺度本構(gòu)關系與設計理論.pdf

1、生態(tài)型高延性水泥基復合材料(Ecological High Ductility Cementitious Composites，ECO-HDCC)具有高延性、高能量吸收能力，很好地解決了水泥基材料的脆性。由于這些優(yōu)異的性能，ECO-HDCC材料成為建筑結(jié)構(gòu)中耗能部位的良好選擇。對于ECO-HDCC的國產(chǎn)化推廣應用，我們還需要考慮到溫度因素的影響。在不同溫度條件下ECO-HDCC的高延性判據(jù)及其設計理論，以及變溫條件對PVA纖維、纖維-基

2、體界面區(qū)、基體和ECO-HDCC多尺度本構(gòu)關系影響規(guī)律，仍缺乏相關研究。
　　本文通過引入溫度參數(shù)，對ECO-HDCC設計模型進行修正。探究了不同溫度對纖維、纖維-基體界面、基體以及ECO-HDCC拉伸性能四個方面性能的影響規(guī)律。率先定義了變溫余能比J'△T和變溫裂縫尖端韌度比J△T兩個參數(shù)，提出了強度等級在C25～C55的高摻量粉煤灰ECO-HDCC延性可穩(wěn)定超過0.5％的高延性判據(jù)。并修正經(jīng)典高延性水泥基復合材料設計理論，建立

3、了變溫條件下ECO-HDCC單軸拉伸應力-應變本構(gòu)關系，提出了適用于變溫條件下、強度等級在C25～C55的高摻量粉煤灰ECO-HDCC高延性設計理論。
　　首先，研究了溫度變化對纖維抗拉強度的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，高溫和低溫處理，均使國產(chǎn)短切特種PVA纖維的抗拉強度降低，其中經(jīng)過180℃處理過后的纖維，其抗拉強度比20℃時的抗拉強度降低了29％。
　　并且，探明了不同溫度以及粉煤灰摻量和水膠比的變化對纖維-基體界面微觀力學性能

4、本構(gòu)關系和關鍵參數(shù)的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn)，粉煤灰摻量的增加和水膠比的升高，均會導致纖維和基體之間的化學粘結(jié)力和摩擦應力降低，且化學粘結(jié)力對粉煤灰摻量變化更敏感，摩擦應力受水膠比影響更大;經(jīng)過溫度處理后，基體和纖維之間的化學粘結(jié)降低，其中經(jīng)過0℃處理后的化學粘結(jié)力最小，為3.053J/m2，相對于常溫下的化學粘結(jié)力降低50％左右。同一配比中，化學粘結(jié)力的大小排序為:0℃＜60℃＜-30℃＜20℃;摩擦應力經(jīng)過溫度處理后增大，-30℃時摩擦應

5、力是20℃時的1.6～2倍。
　　其次，探究了溫度變化對ECO-HDCC基體斷裂韌度和彈性模量的影響規(guī)律。研究結(jié)果表明，-30℃～180℃溫度范圍內(nèi)，基體的斷裂韌性隨著溫度的增加而增加，180℃時的斷裂韌性約為-30℃時的兩倍;溫度處理降低了基體的彈性模量，低溫對于彈性模量的降低更加明顯。并且，粉煤灰的加入使得基體的斷裂韌度和彈性模量降低，水膠比的增加同樣使基體斷裂韌度和彈性模量下降。
　　然后，探究了不同溫度以及粉煤灰摻量

6、和水膠比對ECO-HDCC宏觀拉伸性能的影響規(guī)律。研究發(fā)現(xiàn):粉煤灰的加入和ECO-HDCC基體強度的變化使得初裂抗拉強度和極限拉伸強度降低，但是提高了ECO-HDCC的拉伸應變。而且，水膠比的變化對拉伸性能的影響更加明顯。粉煤灰摻量增加20％，初裂抗拉強度和極限抗拉強度分別降低22％～26％和14％～21％，極限拉伸應變增加18％～54％;水膠比增加0.05，抗拉強度降低，幅度分別為15％～18％和12％～19％，極限拉伸應變增大增幅是

7、120％～188％。溫度對ECO-HDCC單軸拉伸性能的影響比較復雜，溫度升高可以適當增大ECO-HDCC的抗拉性能，但溫度過高則會使HDCC的拉伸性能喪失;低溫則有助于ECO-HDCC拉伸性能的提高，抗拉強度和延伸率均有不同程度提高，且在0℃時性能最佳。
　　最后，提出了變溫條件下的ECO-HDCC拉伸本構(gòu)關系和設計理論。率先定義了變溫余能比J'△T和變溫裂縫尖端韌度比J△T兩個參數(shù)，提出了當變溫余能比J'△T＞0.04、變溫裂

8、縫尖端韌度比0.7＜J△T＜2時，強度等級在C25～C55的高摻量粉煤灰ECO-HDCC延性可穩(wěn)定超過0.5％的高延性判據(jù)。并且，利用雙線性模型，修正了經(jīng)典高延性水泥基復合材料設計理論，建立了變溫條件下ECO-HDCC單軸拉伸應力-應變本構(gòu)關系，提出了適用于變溫條件下、強度等級在C25～C55的高摻量粉煤灰ECO-HDCC高延性設計理論。
　　本文研究結(jié)果可為ECO-HDCC的材料設計與工程應用，提供理論指導，理論意義和工程應用價