【摘 要】
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干燥收缩是引起水泥基复合材料开裂的主要原因之一,环境中的侵蚀性介质通过裂缝进入材料内部,造成材料渗漏、腐蚀。因此,较低的干燥收缩是提高水泥基复合材料抗裂性的关键,对实际工程中裂缝控制具有重要意义。掺加钢纤维可以有效约束水泥基复合材料的收缩,提高其抗裂性。显然,对于定向钢纤维增强水泥基复合材料（ASFRC）,规律性定向分布的钢纤维对基体收缩的约束作用与随机乱向钢纤维不同。针对水泥基复合材料在干燥环境
【基金项目】
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国家自然科学基金资助项目（No.51878239）；
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干燥收缩是引起水泥基复合材料开裂的主要原因之一,环境中的侵蚀性介质通过裂缝进入材料内部,造成材料渗漏、腐蚀。因此,较低的干燥收缩是提高水泥基复合材料抗裂性的关键,对实际工程中裂缝控制具有重要意义。掺加钢纤维可以有效约束水泥基复合材料的收缩,提高其抗裂性。显然,对于定向钢纤维增强水泥基复合材料（ASFRC）,规律性定向分布的钢纤维对基体收缩的约束作用与随机乱向钢纤维不同。针对水泥基复合材料在干燥环境中的收缩开裂问题,本文通过数值模拟和试验研究了定向钢纤维增强水泥基复合材料的干燥收缩和抗裂性能,深入研究定向钢纤维约束收缩开裂的机理,为实际工程中的收缩开裂问题提供有效的控制方法。具体研究内容及结果如下:（1）基于水泥基复合材料的水分扩散和干燥收缩理论,考虑钢纤维方向性的影响,建立用于分析ASFRC和SFRC水分扩散和干燥收缩及开裂的数值模型,为后续数值分析奠定理论基础。（2）分析钢纤维定向分布对水泥基复合材料水分扩散性能的影响。通过建立水分扩散数值模型,模拟钢纤维增强水泥基复合材料试件在干燥作用下水分的扩散过程,得到ASFRC和SFRC试件的相对湿度-龄期曲线。结果表明,钢纤维定向分布使试件内部保持较高的相对湿度,当钢纤维体积掺量分别为0.8%、1.0%、1.2%和2.0%时,经过360 d干燥,ASFRC的相对湿度相比SFRC分别高4.6%、5.7%、7.0%和12.5%。（3）分析钢纤维定向分布对水泥基复合材料干燥收缩性能的影响。基于水分扩散数值分析结果,根据干燥收缩与相对湿度之间的关系,模拟钢纤维增强水泥基复合材料试件的干燥收缩过程,得到ASFRC和SFRC试件的干燥收缩应变-龄期曲线。结果表明,在定向方向上钢纤维对基体收缩的约束作用大幅度提高,当钢纤维体积掺量分别为0.8%、1.0%、1.2%和2.0%时,经过360 d干燥,ASFRC棱柱体试件的干燥收缩应变比SFRC分别减小了19.5%、21.8%、29.6%和35.0%。（4）分析钢纤维定向分布对水泥基复合材料抗收缩开裂性能的影响。通过建立收缩开裂数值模型,模拟ASFRC和SFRC平板试件在干燥作用下收缩裂缝的起裂、扩展和最终贯通的过程。结果表明,ASFRC的抗收缩开裂性能优于SFRC,当钢纤维体积掺量分别为0.8%、1.2%和2.0%时,ASFRC平板试件在干燥24 h后的收缩裂缝长度比SFRC分别减小了19.2%、42.6%和24.7%。
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