为了研究分布筋对ECC压杆性能的影响,对5个ECC独立压杆进行了受压试验。研究表明,在ECC压杆中有必要布置钢筋,且仅配竖向分布筋不利于裂缝的控制;双向配置0.001 6的分布筋更有利于充分发挥材料的性能和控制试件使用阶段的裂缝;试验得到的ECC的压杆有效影响系数均大于1.6;减少50%的分布筋用量后ECC压杆仍可获得与混凝土类似的压杆强度。

通过纤维增韧水泥基复合材料(ECC)单轴拉伸试验,研究了ECC的拉伸应力-应变关系曲线,分析了砂胶比、纤维类型、粉煤灰及矿渣含量等因素对ECC拉伸应变能力的影响规律。试验结果表明,ECC的拉伸应变能力对于组分及配比较为敏感,增加粉煤灰含量可有效提高ECC的拉伸应变能力;增大砂胶比及矿渣含量可以提高材料初裂强度及极限抗拉强度,但不能提高ECC的拉伸应变能力;钢纤维的掺入对于提高材料的应变硬化能力及实现多裂缝开展能力不利。

介绍了纤维增强型水泥基复合材料的几种主要的理论及其发展历程,其中重点介绍了近年来兴起的具有代表性的设计型材料ECC(Engineered Cementitious Composites)的相关设计理论及其应用,并归纳总结了生产应用此类材料时存在的问题,提出了相应的解决方案。

采用常温、自然环境养护条件,对不同龄期的ECC进行了立方体抗压强度的试验研究,研究了纤维掺量、粉煤灰掺量、水灰比对抗压强度的影响。试验结果表明,国产纤维掺入后,降低了ECC的抗压强度,而进口纤维掺量和种类对ECC的28d立方体抗压强度影响较小;ECC水灰比越小,抗压强度越大,与水胶比没有直接关系;减水剂掺量增加可以提高ECC的28d立方体抗压强度。当粉煤灰掺量是水泥用量的3.5倍时,ECC的抗压强度随着龄期的延长有增长的趋势,小于3.5倍时,28d以后立方体抗压强度几乎不再增长,甚至有所降低。

采用正交试验设计方法,以国产聚乙烯醇(PVA)纤维作为增强纤维,研究了水胶比、粉煤灰掺量和胶砂比对高韧性纤维增强水泥基复合材料单轴拉伸性能的影响。研究结果表明:在较大水灰比和粉煤灰掺量达到70%的情况下,选用国产PVA纤维,仍然可以配制出成本低/单轴拉伸应力应变达到1%,且具有多微裂缝开裂特征的高韧性纤维增强水泥基复合材料。

针对一组聚乙烯醇纤维体积掺量为1%的高韧性水泥基复合材料ECC配合比,进行了单轴拉伸、轴心抗压和四点弯曲试验。根据单轴拉伸、轴心抗压试验应力-应变曲线,基于LS-DYNA拉/压弹塑性材料模型定义了ECC材料的本构关系并进行了弯曲试验的模拟。结果表明,ECC试块相对于普通混凝土试块表现出较高的延性特征,并给出了基于ECC试块工程应力-应变曲线和LS-DYNA拉/压弹塑性材料模型合理定义ECC材料本构关系的有限元方案。

采用5根PP ECC柱和1根普通混凝土柱进行轴压试验研究,主要研究不同龄期、纤维掺量、配筋率对轴压性能的影响。试验表明,PP ECC柱的破坏形态与普通混凝土明显不同,极限状态时,呈现多细密裂纹,未出现混凝土压碎现象。在配筋率试验参数范围内,承载力随配筋率增加而增加,而延性呈缓慢下降趋势。随着龄期的增长承载力呈上升趋势,延性呈下降趋势。