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摘 要

高延性纤维增强水泥基复合材料(ECC)是一种基于断裂力学和微观力学原理设计的水泥基复合材料，而共聚甲醛（POM）纤维是一种性能优良的有机合成纤维，具有强度高、弹性模量高、耐磨性与耐碱性强、抗断裂性强等一系列优点。本课题采用共聚甲醛纤维制备高延性水泥基复合材料，研究发现掺入POM纤维会略微降低砂浆试块的抗拉抗折强度。但由于POM纤维具有较高的弹性模量，掺入POM纤维能明显增加砂浆试块的韧性，其中当POM纤维掺量为2%时韧性最好。当纤维掺量一定时，随着纤维长度的增长，砂浆的流动性随之降低，当纤维长度一定时，砂浆流动性随掺量的增多而变差。其中纤维长度对砂浆流动性的影响较小。POM-ECC的收缩应变在14d龄期之前发展变化迅速，在28d时收缩应变大致趋向稳定。掺入减水剂能够减小砂浆试块的干缩值，且最佳掺量约为0.8%。掺入膨胀剂能降低POM-ECC试块的收缩应变，预防试块的早期开裂。POM-ECC与基底之间的黏结强度会随着POM-ECC强度的提高，随之增加。

关键词：POM-ECC 流动性 黏结抗拉强度 修补材料

Abstract

High ductility fiber reinforced cement-based composite material (ECC) is a cement-based composite material designed based on the principles of fracture mechanics and micromechanics, and acetal copolymer (POM) fiber is an organic synthetic fiber with excellent performance, high strength and elastic A series of advantages such as high modulus, strong abrasion resistance and alkali resistance, and strong fracture resistance. This subject uses acetal copolymer fiber to prepare high ductility cement-based composite material. The study found that the addition of POM fiber will slightly reduce the tensile and flexural strength of the mortar test block. However, due to the high elastic modulus of POM fiber, the addition of POM fiber can significantly increase the toughness of the mortar test block, of which the best toughness is when the POM fiber content is 2%. When the fiber content is fixed, the fluidity of the mortar decreases with the growth of the fiber length. When the fiber length is fixed, the fluidity of the mortar becomes worse as the content of the fiber increases. The fiber length has little effect on the mortar fluidity. The shrinkage strain of POM-ECC developed rapidly before 14 days of age, and the shrinkage strain tended to stabilize at 28 days. The addition of water reducing agent can reduce the dry shrinkage value of the mortar test block, and the optimal mixing amount is about 0.8%. Incorporation of an expansion agent can reduce the shrinkage strain of the POM-ECC test block and prevent early cracking of the test block. The bonding strength between POM-ECC and substrate will increase with the increase of POM-ECC strength.

Key words:POM-ECC;fluidity; Bond tensile strength; Repair materials

目录

摘要 I

Abstract II

第一章 绪论 1

1.1 研究背景 1

1.2 纤维的增强作用 3

1.3 ECC增强理论 4

1.3.1 复合材料力学混合率理论 4

1.3.2 纤维间距理论 5

1.4 ECC所用的合成纤维 6

1.5 ECC的国内外研究现状 7

1.5.1 ECC力学性能的研究 7

1.5.2 ECC的耐久性 9

1.5.3 自修复ECC 10

第二章 实验原料及实验方法 11

2.1 实验原料 11

2.1.1 水泥 11

2.1.2 POM纤维 12

2.1.3 粉煤灰 13

2.1.4 外加剂 14

2.1.5 砂 14

2.2 实验设备 14

2.3 实验方案 14

2.3.1 POM纤维掺量对水泥砂浆力学性能的影响 14

2.3.2 流动度测试 15

2.3.3 黏结抗拉强度试验 16

2.3.4 膨胀收缩率测定 16

第三章 实验预测结果与结论 17

3.1 POM纤维掺量对砂浆力学性能的影响 17

3.2 POM纤维掺量及长度对砂浆流动性影响 18

3.3 黏结抗拉强度 19

3.4 干燥收缩性能 20

第四章 预测结论与展望 23

4.1 预测结论 23

4.2 展望 23

参考文献 25

致谢 28

第一章 绪论

1.1 研究背景

传统混凝土是由胶凝材料，水和骨料根据一定的比例配合，然后加水搅拌，再经浇筑和养护，硬化成人造石材。根据生产条件；使用环境和性能改善的需要，混凝土拌合过程中可能还会掺加适量矿物掺合料以及各种不同功能的化学外加剂。混凝土作为一种建筑工程，最引人关注的是其工程使用性能，混凝土具有高抗压强度、良好的耐久性、原材料来源广泛、生产工艺简单成本低、适用于各种自然环境等优点，是目前世界上使用量最大的人工建筑材料^[1]。

混凝土虽然具有非常多的优点，但对应的许多缺陷也不可低估。主要缺陷如下^[2]：（1）抗拉强度低。混凝土的抗拉强度大约是其抗压强度1/10，钢筋抗拉强度的1/100。

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