PVA纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料強(qiáng)韌化及動(dòng)力學(xué)特性研究.pdf

1、水泥基材料廣泛應(yīng)用于水利、土木、軍事防護(hù)等諸多領(lǐng)域,隨著現(xiàn)代建筑結(jié)構(gòu)向大跨、高層、復(fù)雜服役環(huán)境等方向發(fā)展,水泥基材料脆性大、抗拉強(qiáng)度低等缺點(diǎn)限制了其在抗沖擊、抗爆、抗震等方面的應(yīng)用,改善水泥基材料的韌性,提高其抗沖擊性能具有非常重要的意義。PVA纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料(PVA-ECC)是一類具有超高韌性的纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料,具有優(yōu)異的變形及能量吸收能力。目前,對(duì)PVA-ECC準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能以及耐久性能方面的研究較多,而對(duì)于其在高速動(dòng)

2、載作用下的性能研究比較缺乏。因此,本文以提高PVA-ECC抗沖擊性能為宗旨,對(duì)PVA-ECC強(qiáng)韌化改性及其動(dòng)力學(xué)特性進(jìn)行了試驗(yàn)研究和分析。
　　本文的一個(gè)研究重點(diǎn)是PVA-ECC強(qiáng)韌化改性及其準(zhǔn)靜態(tài)力學(xué)性能研究。通過(guò)引入聚合物、橡膠粉和納米材料對(duì)粉煤灰和礦渣兩個(gè)體系PVA-ECC進(jìn)行強(qiáng)韌化改性,通過(guò)四點(diǎn)彎曲、直接拉伸和抗壓抗折強(qiáng)度試驗(yàn)對(duì)25個(gè)配合比PVA-ECC彎曲性能、拉伸性能以及抗壓抗折強(qiáng)度進(jìn)行研究。結(jié)果表明摻入聚合物可以顯著

3、提高PVA-ECC的彎曲韌性和拉伸應(yīng)變能力,且對(duì)粉煤灰PVA-ECC的改善效果優(yōu)于礦渣PVA-ECC。適量摻入聚合物可以提高PVA-ECC抗折強(qiáng)度且對(duì)抗壓強(qiáng)度影響較小。摻入橡膠粉使PVA-ECC抗壓抗折強(qiáng)度、彎曲承載力和抗拉強(qiáng)度降低,可以改善PVA-ECC拉伸應(yīng)變能力,但改善效果不如聚合物。進(jìn)行納米材料改性可以改善PVA-ECC拉伸變形能力,提高PVA-ECC抗壓抗折強(qiáng)度,但對(duì)ECC彎曲承載力和抗拉強(qiáng)度影響不顯著。
　　本文的另一

4、個(gè)研究重點(diǎn)是改性PVA-ECC高速?zèng)_擊力學(xué)行為研究。采用分離式Hopkinson壓桿(SHPB)裝置對(duì)PVA-ECC進(jìn)行高速?zèng)_擊壓縮試驗(yàn),研究其在高速動(dòng)載作用下的力學(xué)響應(yīng),建立動(dòng)態(tài)率型本構(gòu)關(guān)系模型,為其在沖擊振動(dòng)領(lǐng)域的應(yīng)用提供試驗(yàn)依據(jù)和理論指導(dǎo)。試驗(yàn)結(jié)果表明,隨著礦物摻合料摻量的增加,PVA-ECC沖擊壓縮強(qiáng)度逐漸降低,峰值應(yīng)變逐漸增加。隨著聚合物和橡膠粉摻量的增加,PVA-ECC沖擊壓縮強(qiáng)度逐漸降低,納米材料摻量的改變對(duì)PVA-ECC

5、沖擊壓縮強(qiáng)度影響不顯著。摻入聚合物可以顯著提高PVA-ECC能量吸收能力,其能量吸收率可達(dá)50％以上,橡膠粉摻量的增加會(huì)削弱PVA-ECC能量吸收能力,納米材料摻量及種類的變化對(duì)PVA-ECC能量吸收能力影響不顯著,其能量吸收率都保持在40%左右。PVA-ECC的沖擊韌性指數(shù)介于0.6~0.8,摻入聚合物和橡膠粉可以提高PVA-ECC沖擊韌性指數(shù),且對(duì)粉煤灰PVA-ECC的影響更加顯著。
　　根據(jù)沖擊壓縮試驗(yàn)結(jié)果,針對(duì)典型配合比P

6、VA-ECC進(jìn)行不同應(yīng)變率范圍內(nèi)沖擊壓縮試驗(yàn)。結(jié)果表明,隨著應(yīng)變率的增加,PVA-ECC沖擊壓縮強(qiáng)度和吸收能量逐漸增加,表現(xiàn)出明顯的應(yīng)變率效應(yīng),且礦渣PVA-ECC的應(yīng)變率效應(yīng)比粉煤灰PVA-ECC更顯著。沖擊峰值應(yīng)變和沖擊韌性指數(shù)隨著應(yīng)變率增加變化不顯著,沖擊峰值應(yīng)變介于0.8%~1.1%之間,沖擊韌性指數(shù)介于0.65~0.8之間。根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果進(jìn)行擬合獲得含損傷ZWT粘彈性本構(gòu)關(guān)系模型參數(shù),模型預(yù)測(cè)結(jié)果與試驗(yàn)結(jié)果吻合度較高,說(shuō)明ZWT