應(yīng)變硬化水泥基復(fù)合材料(SHCC)收縮與抗裂性能研究.pdf

1、收縮裂縫是混凝土結(jié)構(gòu)耐久性劣化的一個主要誘因，這往往與使用的水泥基材料自身抗拉強度低、脆性大、易開裂等缺陷有關(guān)。有效控制水泥基材料收縮裂縫的產(chǎn)生和發(fā)展，提高其耐久性一直是工程界普遍關(guān)注的問題。應(yīng)變硬化水泥基復(fù)合材料（Strain Hardening Cementitious Composite，簡稱SHCC）因具有典型的拉伸應(yīng)變硬化與多微縫開裂特性而成為近年來的研究熱點。作為一種新型水泥基材料，SHCC的收縮與抗裂性能是不可回避的，目前

2、國內(nèi)外在該方面的研究成果比較有限，仍處于探索階段。本文通過試驗對 SHCC單軸拉伸性能、收縮性能及約束收縮抗裂性能等進行了系統(tǒng)研究，并對 SHCC修復(fù)老混凝土梁的收縮變形協(xié)調(diào)性能進行初步探索，具體工作如下：
　?。?）通過單軸拉伸試驗研究了SHCC在不同養(yǎng)護環(huán)境（標準、室內(nèi)及室外）和不同齡期下的拉伸性能。試驗結(jié)果表明：在養(yǎng)護適當(dāng)?shù)那闆r下，標準、室內(nèi)和室外養(yǎng)護的SHCC以及養(yǎng)護齡期較長的SHCC均呈現(xiàn)出顯著的拉伸應(yīng)變硬化和多微縫開裂

3、模式，極限拉應(yīng)變可穩(wěn)定達到3％以上，裂縫寬度能夠控制在125μm以內(nèi)。與標準養(yǎng)護SHCC相比，室內(nèi)養(yǎng)護SHCC的抗拉強度有所降低，硬化現(xiàn)象不夠顯著，但其韌性沒有降低，裂縫寬度能夠控制在60μm以內(nèi)；在早期充分養(yǎng)護和后期自然養(yǎng)護的共同影響下，室外 SHCC保持性能穩(wěn)定，其抗拉強度和韌性沒有出現(xiàn)明顯下降，裂縫寬度可控制在80μm以內(nèi)。室內(nèi)養(yǎng)護環(huán)境下，SHCC抗拉強度隨齡期增長而增大，28d達90d的96%以上；SHCC約在14d時拉伸應(yīng)變能

4、力達到峰值，隨后稍有下降，90d時的極限拉應(yīng)變趨于3.5%；平均極限裂縫寬度隨齡期增長逐漸增加，28d后逐漸穩(wěn)定，約為50±2μm；對數(shù)函數(shù)式和指數(shù)函數(shù)式可用于描述SHCC拉伸參數(shù)與齡期的關(guān)系。
　?。?）通過自由收縮試驗研究了不同養(yǎng)護環(huán)境（標準、室內(nèi)及室外）下SHCC收縮變形與水分損失的變化規(guī)律。試驗結(jié)果表明：養(yǎng)護環(huán)境對 SHCC收縮變形的影響遠大于對膨脹變形的影響；與室內(nèi)養(yǎng)護SHCC相比，室外養(yǎng)護SHCC收縮變形幅度較大且收縮

5、值較大，早期澆水養(yǎng)護期間室外 SHCC收縮變形減少，甚至出現(xiàn)微膨脹；SHCC水分損失和收縮變形主要發(fā)生在早期，SHCC質(zhì)量損失率與其收縮應(yīng)變之間非線性相關(guān)；SHCC收縮應(yīng)變與齡期的關(guān)系可用雙曲函數(shù)式描述和預(yù)測。經(jīng)理論分析，SHCC較高的負p為抵抗約束收縮引起局部斷裂破壞提供一個非常安全的限度，與室內(nèi)養(yǎng)護SHCC相比，室外養(yǎng)護SHCC的抗收縮斷裂能力稍有下降；室內(nèi)養(yǎng)護SHCC容易在早齡期出現(xiàn)收縮裂縫。
　?。?）通過圓環(huán)約束收縮試驗

6、研究了不同養(yǎng)護環(huán)境（室內(nèi)和室外）下SHCC的收縮開裂模式。試驗結(jié)果表明：在室內(nèi)和室外養(yǎng)護環(huán)境下，SHCC呈多微縫開裂模式；PVA纖維的加入極大地提高了SHCC抗裂性能，SHCC的裂縫控制率達到其基體的70%以上；與混凝土相比，雖然SHCC收縮開裂時間較早，但其裂縫控制能力明顯優(yōu)于混凝土，其平均裂縫寬度約為混凝土的23.0～38.1%；與室內(nèi)養(yǎng)護SHCC相比，室外養(yǎng)護 SHCC裂縫數(shù)量增多，抗裂能力稍有下降，其最大裂縫寬度（約為120μm

7、）明顯大于室內(nèi)養(yǎng)護SHCC（約為90μm），但早期澆水養(yǎng)護能夠延遲室外SHCC收縮開裂時間。
　　（4）通過SHCC與老混凝土粘結(jié)收縮試驗研究了不同界面粗糙度、不同修復(fù)層厚度以及不同養(yǎng)護環(huán)境等變參量下 SHCC修復(fù)梁收縮開裂與分層模式以及修復(fù)層局部位置約束收縮應(yīng)變發(fā)展趨勢。試驗結(jié)果表明：與混凝土相比，SHCC修復(fù)層出現(xiàn)多條細微裂縫而不是局部斷裂，界面分層得到有效控制；粘結(jié)面較為光滑時， SHCC修復(fù)梁容易發(fā)生分層失效；修復(fù)層較薄的