纤维素纤维增强高韧性水泥基复合材料的拉伸力学性能（完整版）实用资料(可以直接使用，可编辑完整版实用资料，欢迎下载）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(UF2ECC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013%提高到016%时,UF2ECC的最大拉应变提高183%,断裂能提高419%,特征长度提高281%.ECC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;纤维素纤维中图分类号:TU528文献标志码:A文章编号:0254-0037(202108-1069-05收稿日期:2021202110.基金项目:北京工业大学第六届研究生科技基金项目资助(ykj-2007-1819.作者简介:邓宗才(1961—,男,陕西扶风人,教授,博士生导师.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(UF2ECC的制备技术及理论研究具有重要的工程价值和学术意义[123].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直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-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111材料配合比材料配合比见表1.其中水泥为P.O.4215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.纤维是罗洋科技提供的UF纤维素纤维,纤维材性见表2.第35卷第8期表1材料配合比Table1Mixproportionsofmaterials编号水泥掺量/(kg・m-3标准砂掺量/(kg・m-3水掺量/(kg・m-3减水剂掺量/(kg・m-3纤维质量掺量/(kg・m-3纤维体积掺量/%表2纤维材性Table2Thepropertiesoffiber名称直径/μm长度/mm密度/(g・cm-3抗拉强度/MPa弹性模量/GPaUF纤维素纤维14~17211~213111600~900815112试件成型与养护单轴拉伸试验采用12mm×40mm×160mm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.113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50mm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.图1UF2ECC的多重裂纹初裂图Fig.1MultiplecrackingphotoforUF2ECC图2UF2ECC的σ2ε全曲线Fig.2Tensileσ2εcurvesforUF2ECC2试验结果211UF2ECC的多重裂纹初裂图试验测得的UF2ECC的多重裂纹初裂情况如图1所示.由图1可见,UF2ECC在拉伸过程中并没有发生单裂纹破坏,而是发生多重微细裂纹初裂现象,这表明结构材料在初裂后并没有迅速失去承载力而发生破坏.212轴拉应力-应变曲线特征典型UF-ECC的抗拉应力-应变全曲线如图2所示.为了比较,列出了普通混凝土(C及聚丙烯纤维混凝土(P