PVA纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料假應(yīng)變硬化及斷裂特性研究.pdf

1、日本一家公司開發(fā)的高強(qiáng)高模聚乙烯醇(polyvinyl alcohol，簡稱PVA)纖維K-Ⅱ可樂綸(REC15)應(yīng)用在很多方面都對基體的韌性有很大的提高，PVA纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料(PVA fibeI-reinforced cementiriotls composites，簡稱PVA-FRCCs)，是以水泥或以水泥加填料為基本粘結(jié)料，或者再加上小粒徑細(xì)骨料作為基體，再加入體積摻量不大于2％～4％的PVA纖維做增強(qiáng)材料復(fù)合制成的建筑用

2、材料。此種材料的特點(diǎn)是具有較高韌性，其拉應(yīng)變值將近是混凝土的100倍，這種材料本身所具有的應(yīng)變-硬化特性是實現(xiàn)穩(wěn)態(tài)開裂的結(jié)果，也是這種材料獨(dú)特韌性的來源，由于此種材料飽和多條裂縫寬度較小，低于100μm，以期將此種材料用在水工混凝土結(jié)構(gòu)中，有效地防止結(jié)構(gòu)開裂，極大地提高水工結(jié)構(gòu)的耐久性。本文基于此完成了以下工作： 1.對PVA-FRCCs使用的原材料性能、投料順序的影響以及攪拌工藝進(jìn)行了大量的試驗，得到既節(jié)省時間、又有利于纖維分

3、散、流動性好的配制方法。 2.對PVA-FRCCs圓柱體試件進(jìn)行單軸抗壓試驗，得到其抗壓應(yīng)力-應(yīng)變曲線，其抗壓強(qiáng)度不是很高，在16MPa～33MPa，但峰值荷載對應(yīng)的拉應(yīng)變比混凝土高3～6倍，極限壓應(yīng)變是混凝土的將近100倍。 3.分別利用外夾式和粘貼式兩種方法在1000kN微機(jī)控制液壓伺服試驗機(jī)、2.50kNMTS-NEW上進(jìn)行無切口和兩邊切口單軸直接拉伸試驗，得到硬化的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€，極限拉應(yīng)變最大可達(dá)到0.7％甚

4、至更高，并伴隨著密集的多條裂縫的出現(xiàn)，裂縫寬度小于100μm，對假硬化的應(yīng)力.應(yīng)變?nèi)€進(jìn)行了分析與模擬，建立拉應(yīng)力的計算公式。 4.進(jìn)行了與無切口直接拉伸試件同尺寸的單邊切口薄板直接拉伸試驗，得到硬化的荷載P-裂縫口張開位移(crack mouth opening displacement，簡稱CMOD)曲線(以下簡稱P-CMOD曲線)，不僅在預(yù)制切口端部出現(xiàn)多條裂縫，在遠(yuǎn)離切口處還有多條微小裂縫出現(xiàn)，且裂縫開裂形式受切口長度

5、的影響，將硬化的P-CMOD曲線分為5部分進(jìn)行分析，并利用斷裂力學(xué)的方法計算分析了此種材料不同部分的斷裂韌度。 5.利用兩種縫高(65mm，50mm)楔入劈拉試驗對比分析對比研究了高強(qiáng)混凝土、高強(qiáng)鋼纖維混凝土、玻璃纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料、鋼纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料、PVA-FRCCs的韌性，分析對比它們的P-CMOD曲線的特性，得出PVA纖維增韌效果最好的結(jié)論。PVA-FRCCs的起裂荷載可以利用P-CMOD曲線得到，高強(qiáng)混凝土和

6、高強(qiáng)鋼纖維混凝土的起裂荷載利用全橋電測法得到，并計算得到臨界裂縫擴(kuò)展長度。 6.與單邊切口直接拉伸類似，PVA-FRCCs得到硬化的P-CMOD曲線，在預(yù)制縫端乃至遠(yuǎn)處同樣有多條裂縫的出現(xiàn)；PVA-FRCCs開裂后，在硬化段產(chǎn)生了多條微小裂縫，并產(chǎn)生較大的塑性區(qū)，縫端已不是單縫開裂，適用于混凝土等半脆性材料的斷裂能和雙K斷裂準(zhǔn)則無法應(yīng)用，本文評價了應(yīng)用于硬化材料的J積分和韌性指數(shù)這兩種分析方法，并提出起裂斷裂韌度、水平外力總功