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在水泥基材料中加入纤维是提高其韧性、抗冲击能力及耐收缩断裂性能的有效途径。各种不同的纤维增强复合材料已经在世界范围内得到越来越广泛的应用。近年来随着研究的不断深入,一种基于微观物理力学原理进行优化设计的纤维混凝土—工程用水泥基复合材料(ECC)以其低纤维掺量、高性能引起了许多专家的关注并得到了迅速发展,但到目前为止,还没有统一的试验方法来评价它的物理力学性能。
作为混凝土材料的一项基本物理性能参数,断裂能反映了材料在开裂破坏过程中吸收、耗散能量的能力,并已被大量的试验所证实。与普通混凝土相比,ECC最大的优点是大幅度地提高了断裂能,在破坏中表现出多微细裂缝开展和应变硬化性能,并具有相当大的延性。因此,断裂能对于ECC而言具有特别重要的意义。
本课题中,对不同配比和纤维掺量的试件进行了楔形劈裂、三点弯曲、四点弯曲以及各种直拉试验。对于每一种试验方法,观察所测得断裂能结果的一致性、离散程度以及可重复实现性,以此衡量各种试验方法的可靠性;通过观察比较不同试验方法的试验过程、试件破坏形态、断裂能结果,分析ECC的应变硬化机理;最后应用应变硬化参数描述材料应变硬化性能。
试验结果表明,楔形劈裂、三点弯曲和四点弯曲试验所得断裂能结果都比较稳定,断裂能随纤维掺量的增加而提高,试验结果的离散性较小;由于各种试验方法中裂缝开展区(FPZ)不同导致了断裂能结果差别较大,楔形劈裂测得断裂能最低,三点弯曲次之,四点弯曲结果最高;由于开裂方式不同等原因,四点弯曲试验测得断裂能高于直拉试验结果。
将分析所得应变硬化参数与其它参数应用于DIANA有限元分析软件中,验证了所得参数的有效性,并通过不同材料的数值模拟结果比较展示了ECC优良的物理力学性能。