利用有限元软件建立了聚乙烯醇纤维增强超高韧性水泥基复合材料(PVA-ECC)薄板四点弯曲的有限元模型,并与已有PVA-ECC薄板四点弯曲试验进行比较,验证了有限元模型的有效性。从单元选取、材料属性定义、网格划分、接触定义、施加边界条件、荷载等方面阐述了有限元建模过程,为后续PVA-ECC有限模型的建立提供一定的参考。

研究了单掺粉煤灰和复掺粉煤灰与硅灰代替部分水泥对PVA-ECC试件力学性能、裂缝宽度及抗渗性能的影响。结果表明,单掺粉煤灰会导致PVA-ECC试件强度下降,但可显著增加其韧性。复掺粉煤灰与硅灰时,PVA-ECC试件表现出优异的应变硬化特性以及多缝开裂现象,力学性能得到提升,基体均匀性增加,抗渗性能得到改善,最大提升了约33%。试验得到了具有良好性能的粉煤灰-硅灰-水泥三元体系PVA-ECC试件,其极限拉伸应变达到2.07%,抗压强度达到42.6 MPa,裂缝宽度较小且分布均匀,渗透系数仅为2.136×10^-11 m/s,抗渗性能较优。

通过6根钢筋加强ECC柱和1根普通混凝土柱在压-弯-剪-扭复合应力状态下抗震性能试验,研究了构件的滞回曲线、骨架曲线、强度退化、刚度退化以及破坏形态,分析了配箍率、纵筋配筋率、纤维掺量对ECC受扭柱抗震性能的影响。试验结果表明,较普通RC柱,ECC柱的滞回曲线更加饱满,屈服扭矩、极限扭矩以及极限扭率分别提高了64.4%、74.8%、123.3%;试件的纤维掺量从1%提高到2%,延性系数从2.30增至4.04;随着配箍率增大,试件受扭性能增强,较于未配置箍筋的试件,箍筋间距为75 mm的试件延性系数提高了66.2%,极限扭矩提高了34.0%。

聚乙烯醇纤维增韧水泥基复合材料(Polyvinyl alcohol Fiber-Engineered Cementitious Composites简称PVA-ECC)是一种拉伸变形性能优异的水泥基复合材料,是通过断裂力学和微观力学原理对材料体系进行系统设计和优化得到的复合材料。本文介绍了国内外PVA-ECC的研究情况,并对国产PVA纤维无法应用于PVA-ECC的原因以及PVA-ECC直接拉伸实验方法两个亟待解决的问题进行了论述。

为提高桥梁伸缩缝的使用寿命,解决伸缩缝破损快速修复的问题,提出了一种高延性纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)。室内试验结果表明,PVA-ECC具有良好的抗弯性能、抗拉性能、抗渗性能、抗冻性能,对伸缩缝常见病害有良好的预防及修复效果且施工简便,养护时间短。

通过静力加载试验,以两跨简支桥梁为原型,对比分析了普通钢筋混凝土连接板和PVA-ECC纤维混凝土连接板在正常使用过程中的抗裂和抗渗性能。结果表明,PVA-ECC纤维混凝土连接板开裂荷载是普通钢筋混凝土连接板的2.5倍;普通钢筋混凝土连接板的裂缝数量较少,平均间距76.8mm,最大裂缝宽度0.21mm;PVAECC纤维混凝土连接板的裂缝数量较多,平均间距22.6mm,最大裂缝宽度小于0.1mm。相同荷载作用下,普通钢筋混凝土连接板的混凝土应变比PVA-ECC纤维混凝土连接板大,但钢筋应变较小。