超高韌性水泥基復(fù)合材料疲勞斷裂壽命和裂紋擴(kuò)展規(guī)律研究.pdf

1、超高韌性水泥基復(fù)合材料（Ultra-high toughness cementitious composites，簡(jiǎn)稱UHTCC）是由水泥為基礎(chǔ)材料，纖維為增強(qiáng)材料，同時(shí)加入精細(xì)骨料，以及活性礦物摻合料粉煤灰或硅灰等，組成的新型水泥基復(fù)合材料。通過(guò)對(duì)基體、纖維和纖維與基體界面之間的組合設(shè)計(jì)，得到其具有超高韌性、高抗拉應(yīng)變的能力。國(guó)內(nèi)外學(xué)者對(duì)UHTCC在靜態(tài)荷載作用下的斷裂性能進(jìn)行了大量的研究并取得了顯著成果，但目前對(duì)該材料在動(dòng)態(tài)荷載作用

2、下所表現(xiàn)出的斷裂疲勞性能和疲勞裂縫擴(kuò)展性能規(guī)律的實(shí)驗(yàn)研究卻很少。
　　本文在對(duì)UHTCC靜態(tài)荷載作用的基礎(chǔ)上，又進(jìn)行了動(dòng)態(tài)荷載作用的實(shí)驗(yàn)研究。本文的主要研究?jī)?nèi)容如下:
　　1)UHTCC三點(diǎn)彎曲靜載斷裂實(shí)驗(yàn)研究
　　通過(guò)三點(diǎn)彎曲斷裂實(shí)驗(yàn)對(duì)不同種類纖維、不同纖維體積摻加量的試件進(jìn)行Ⅰ型斷裂實(shí)驗(yàn)研究。研究纖維的種類和不同的體積摻量對(duì)改善試件承載能力和變形能力的優(yōu)異。根據(jù)雙K斷裂理論，計(jì)算出斷裂韌度的參數(shù)大小，并研究初始縫高

3、比對(duì)其的影響。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明:
　　(1)進(jìn)口PVA纖維摻量在2％時(shí)，表現(xiàn)出明顯的應(yīng)變硬化現(xiàn)象和延性特征。試件的承載能力隨纖維摻加量的增加而增加。
　　(2)在纖維摻入總量為1％的情況下，進(jìn)口纖維和國(guó)產(chǎn)纖維在提高極限承載力方面性能同樣優(yōu)異。但在改善變形能力方面，進(jìn)口纖維優(yōu)于國(guó)產(chǎn)纖維。
　　(3)初始縫高比對(duì)于起裂斷裂韌度的影響較小，對(duì)于失穩(wěn)斷裂韌度影響較為明顯，隨著初始縫高比的增大而減小。小尺寸試件表現(xiàn)出的尺寸效應(yīng)比較明

4、顯。
　　2)UHTCC動(dòng)態(tài)荷載作用下斷裂疲勞性能實(shí)驗(yàn)研究
　　在靜載斷裂實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上進(jìn)行動(dòng)態(tài)斷裂實(shí)驗(yàn)，根據(jù)實(shí)驗(yàn)過(guò)程和結(jié)果，研究UHTCC試件的疲勞裂縫模式和疲勞變形演化，分析疲勞壽命的影響因素。得出以下結(jié)論:
　　(1)疲勞荷載作用下，基體試件、國(guó)產(chǎn)PVA試件和進(jìn)口PVA試件的疲勞過(guò)程依次明顯，進(jìn)口纖維試件在疲勞荷載作用也依然表現(xiàn)出較強(qiáng)的變形能力。
　　(2)2％進(jìn)口PVA纖維試件在疲勞荷載作用下變形可分為3個(gè)

5、階段:Ⅰ，變形較快發(fā)展階段;Ⅱ，變形穩(wěn)定擴(kuò)展階段;Ⅲ，斷裂破壞階段;而國(guó)產(chǎn)PVA纖維試件，Ⅰ、Ⅱ階段分界點(diǎn)不很明顯。第Ⅲ階段，過(guò)程也較為短暫，存在一定的延性。
　　(3)國(guó)產(chǎn)PVA和進(jìn)口PVA纖維UHTCC試件的Pmax-NF和Smax-NF曲線，呈現(xiàn)出單對(duì)數(shù)的線性關(guān)系。
　　(4)UHTCC試件的尺寸效應(yīng)對(duì)于疲勞壽命有很大的影響。當(dāng)應(yīng)力水平較高在0.8左右時(shí)，尺寸效應(yīng)對(duì)于短壽命的疲勞影響較小。而當(dāng)應(yīng)力水平較低在0.8以下時(shí)

6、，尺寸效應(yīng)對(duì)長(zhǎng)壽命的疲勞影響較大。
　　3)依據(jù)疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律的Paris公式，對(duì)UHTCC不同縫高比試件的疲勞裂紋擴(kuò)展規(guī)律進(jìn)行研究和計(jì)算。用宏觀裂縫覆蓋面積A代替裂紋長(zhǎng)度a作為裂紋擴(kuò)展的參量，得出以下結(jié)論:
　　(1)斷裂能臨界值△Jth可作為超高韌性水泥基復(fù)合材料UHTCC的疲勞裂縫不擴(kuò)展的門檻值。根據(jù)數(shù)據(jù)結(jié)果分析可知:大尺寸試件的疲勞裂縫擴(kuò)展門檻值△Jth小于小尺寸試件。相同尺寸試件的縫高比越大，疲勞裂紋擴(kuò)展門檻值△