近年来发展起来的高延性纤维增强水泥基复合材料(Engineered Cementtitious Composite,ECC),由于具有高抗拉强度和高延性使其在土木工程领域得到广泛应用。常用的ECC材料多为单掺纤维体系,通过掺入特定尺寸的纤维(如,PVA纤维或PE纤维)来提升材料抗拉强度及延性。而工程结构服役环境的复杂性,往往对材料性能提出多方面要求(高强度、高韧性、抗冲击性能等)。为突破单掺纤维体系在力学性能方面的局限性,可以将不同力学特性、不同尺寸、不同功能的纤维组合使用(即采用混杂纤维的方法),以优化水泥基复合材料的各项力学性能为适应工程结构对材料性能的多重需求。鉴于此,本文拟采用纤维混杂的方式对单纤维体系的水泥基复合材料进行改进,开展改进型水泥基复合材料的静、动态拉伸性能试验及理论研究。论文主要的研究工作如下:1、开展了纤维水泥基复合材料的拉伸性能试验,研究纤维种类(PE纤维、PP纤维和钢纤维)、混杂方式(PE+钢纤维、PP+钢纤维)、纤维体积掺量(0.5%、1%、1.5%和2%)以及拉伸速率(0.1mm/min、1mm/min、10mm/min和100mm/min)对水泥基材料拉伸力学性能的影响;2、基于断裂力学理论建立了改进型水泥基复合材料静态拉伸的力学模型,用以描述纤维对水泥基材料的增韧及增强效果;3、基于改进型水泥基材料动态拉伸试验结果,建立拉伸速度与混杂纤维水泥基材料动态强度关系,通过非线性回归方法拟合获取材料动态拉伸时极限拉伸强度系数。基于上述试验和理论研究,可得到如下结论:1、PE-ECC(PE纤维水泥基复合材料)和PP-ECC(PP纤维水泥基复合材料)在拉伸速率相同的情况下,PE和PP纤维体积掺量越大峰值拉应力越大、极限应变越大;ES-ECC(钢纤维-PE纤维增强水泥基复合材料)和PS-ECC(钢纤维-PP纤维增强水泥基复合材料)在拉伸速率相同的情况下,钢纤维体积掺量越大峰值拉应力越大,PE纤维或PP纤维含量越高极限应变越大。PE纤维和PP纤维对提高ECC材料延性的作用优于钢纤维。钢纤维对提高ECC材料抗拉强度的作用优于PE纤维和PP纤维。2、PP-ECC和PS-ECC在不同的拉伸速率下均具有明显的应变硬化现象,表明随着拉伸速率的提高,PP纤维仍可以在水泥基基体中提供一定的增韧作用,且可以与钢纤维协同作用,阻止材料在动态拉伸作用下的脆性破坏。PE-ECC和ES-ECC在不同拉伸速率下,其应变硬化现象较明显,且受拉伸速率变化的影响较少,说明PE纤维对水泥基基体增韧效果优于PP纤维。3、基于静、动载试验结果得出,动荷载下具有较高拉伸强度和能量吸收能力的混杂纤维增强水泥基复合材料的较优配比为:E1.5S0.5(1.5%PE纤维+0.5%钢纤维)、和P1S1(1%PP纤维+1%钢纤维)。E1.5S0.5在拉伸速率为100mm/min时,峰值拉应力可达4.58MPa,极限应变可达3.4%,能量吸收为13.8MJ/m~2。P1S1在拉伸速率为100mm/min时,峰值拉应力可达6.32MPa,极限应变可达1.6%,能量吸收为7.5MJ/m~2。E1.5S0.5延性和韧性更好,但PE纤维掺入量较大,成本略高;P1S1强度更高,而延性和韧性稍弱,考虑到PP纤维及钢纤维较低的成本,因此,采用PP纤维与钢纤维混杂方式增强水泥基材料在动态拉伸作用下亦有良好的拉伸强度及峰值后韧性特征。4、基于断裂力学理论建立的纤维水泥基复合材料静力拉伸模型可较好地描述水泥基复合材料的极限拉伸强度。同时拟合得到的动态拉伸极限拉伸强度系数D与静态拉伸极限拉伸强度的乘积即为不同拉伸速率下的动态极限拉伸强度。