纤维素纤维增强高韧性水泥基复合材料的拉伸力学-北京工业大学学报.PDFVIP

第35卷第8期 北京工业大学学报 Vd．35No．8 2009年8月 JoURNALoFBEIJINGUNIVERSITY0FTECHNOLOGY Aug．2009 纤维素纤维增强高韧性水泥基复合 材料的拉伸力学性能 邓宗才，薛会青，李朋远，张鹏飞 (北京工业大学建筑工程学院。北京100124) 摘要：研究了3种纤维掺量UF纤维素纤维增强水泥基复合材料(UF-ECC)的单轴拉伸性能及纤维掺量对 ECC力学性能的影响规律，探讨了裂缝扩展宽度与轴拉应力的关系，分析了ECC的拉伸断裂能与特征长度．结 果表明：当纤维体积掺量由0．3％提高到0．6％时，UF—ECC的最大拉应变提高183％，断裂能提高419％，特征 长度提高281％．E(x、复合材料的最大拉应变是聚丙烯纤维混凝土的8～20倍．UF纤维素纤维具有良好的阻 裂增韧效用，显著提高了ECC的变形能力，ECC在单轴拉伸荷载下能实现应变硬化和多重裂纹初裂． 关键词：单轴拉伸；断裂能；应变硬化；多重裂纹；混凝土；复合材料；纤维素纤维 中圈分类号：Tu528 文献标志码：A 文章编号：0254—0037(2009)08—1069—05 随着混凝土工程日益向超大跨、超高层等方向发展。对水泥基复合材料的阻裂、增韧的要求越来越 高，需要开发高韧性、大变形的新型水泥基复合材料．目前广泛应用的普通纤维混凝土并不能满足这种 需要，如聚丙烯纤维可以改善混凝土早期抗裂性能，但对硬化混凝土的增强增韧作用甚微；钢纤维能提高 混凝土抗弯强度，但不能明显改善混凝土早期抗裂性能和变形能力．作者尝试用纤维素纤维配制高韧性 水泥基复合材料，纤维素纤维与合成纤维相比具有4个优点：1)具有天然的亲水性能，可使纤维单丝均匀 分布在基体材料中，分散性极好，无结团；2)内含空腔，能在水化初期储存部分自由水，控制水泥水化速度， 降低水化热，从而明显改善混凝土早期阻裂性能；3)纤维根数多、比表面积大、纤维间距小，可形成三维乱 向网络结构，有效阻止混凝土裂缝的产生和扩展，可以大幅度提高硬化混凝土变形能力；4)纤维素纤维具 有较高的强度和弹性模量．故对UF纤维素纤维增强水泥基复合材料(UF．ECC)的制备技术及理论研究 具有重要的工程价值和学术意义¨-3】． 单轴直接拉伸试验能较准确地反映ECC的抗拉阻裂性能，但目前关于纤维素纤维增强水泥基复合材 料商接拉伸试验研究未见报导，作者用单轴拉伸试验测得了ECC应力一应变全过程曲线及其主要力学性 能指标，如初裂强度、抗拉强度、弹性模量、最大拉应变和断裂能等，为配制新型高韧性水泥基复合材料提 供参考数据． 1试验方法 1．1材料配合比 材料配合比见表1．其中水泥为P．O．42．5普通硅酸盐水泥，砂为ISO标准砂，水为自来水，减水剂取 萘系减水剂．纤维足罗洋科技有限公司提供的UF纤维素纤维，纤维材性见表2． 收稿H期：2008—01．10． 基金项目：北京工业大学第六届研究生科技基金项目资l鞋J(ykj一2007—1819)． 作者简介：邓宗才(1961一)，男．陕西扶风人，教授，博上生导师． 万方数据 1070 北京工业大学学报 2009年 UF纤维素纤维 14～17 2．1～2．3 1．1 600～900 8．5 1．2试件成型与养护 mm×40mm×160 单轴拉伸试验采用12 mm的长方体试块．试件成型24h后拆模，放入标准养护室 养护28d，试验前3h拿出试块晾干，准备试验．每种纤维掺量的配合比完成3个试块的拉伸试验． 1．3试验设备与方法 拉伸试验采用美国MTS810材料试验机，计算机采集位移、应变和承载力，其中应变由分别安置在试 件两面标距为50 mm的引伸计测定．为防止试件上下加压端因局部受压而破坏，加载前在试件的两侧粘 上长50mm、宽40mm、厚1mm的铝板，试件粘接6h后进行抗拉试验． 2试验结果 2．1 UF．ECC的多重裂纹初裂图 发生单裂纹破坏，而是发生多