摘 要

水泥混凝土以其低成本、原材料丰富、强度高、加工方便等实用价值得到普遍应用，但是具有抗折性能差、韧性低、脆性大等缺点。PVA纤维水泥基复合材料可以很好地弥补这些缺点。本文通过单轴拉伸试验、抗压试验和抗折试验等研究了水胶比、砂胶比、粉煤灰掺量和纤维体积掺量对ECC(Engineered Cementitious Composite，ECC)性能的影响。由实验结果可得：随着水胶比的减小，ECC的极限拉伸应变明显减小，极限拉伸应变可达3%以上，初裂拉伸强度和极限拉伸强度随之增大，ECC的抗压强度和抗折强度随之增大；随着砂胶比的增大，ECC的极限拉伸应变明显减小，初裂拉伸强度和极限拉伸强度会有所增大，ECC的抗压强度和抗折强度没有明显的变化；随着粉煤灰掺量的增加，ECC的极限拉伸应变会小幅增加，初裂拉伸强度和极限拉伸强度有所减小，ECC的抗压强度和抗折强度都会有5%左右的下降；随着纤维体积掺量的增加，ECC的极限拉伸应变会明显增加，初裂拉伸强度和极限拉伸强度都有一定的增加，ECC的抗压强度和抗折强度都有明显的增加。

关键词：纤维水泥基复合材料；聚乙烯醇纤维；单轴拉伸；力学性能

Abstract

Concrete was universal used because it's abundant raw materials, high strength, and easy processing .But it has a poor bending performance, low toughness, brittleness and other shortcomings. PVA fiber cement matrixes composite is a good solution for these shortcomings. In this paper, the mixture design and mechanical performances of ECC From the experimental results it can be obtained: With the decrease of water-cement ratio, the ultimate tensile strain, ultimate tensile strain reduced up to 3% or more, the first crack tensile strength and ultimate tensile strength increases, compressive strength , flexural strength of ECC increase; with the increasing ratio of mastic, ultimate tensile strain of ECC is significantly reduced, the first crack tensile strength and ultimate tensile strength increase, the compressive strength and flexural strength of ECC do not change significantly; with the increase of fly ash content, ultimate tensile strain of ECC slightly increase, the first crack tensile strength and ultimate tensile strength decreased, the compressive strength and flexural strength of ECC , there will be down about 5%; with increasing fiber volume content of, ultimate tensile strain significantly increased strength and ultimate tensile strength of ECC have a certain increase in the first crack stretching, ECC compressive strength and flexural strength has increased significantly.

Key Words：Fiber reinforced cement based composites；Polyvinyl alcohol fiber；Uniaxial tension; mechanical property

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景和意义 1

1.2 国内外研究现状 3

1.3 研究内容 5

1.4 预期目标 5

第2章 试验材料、设备及试验方法 6

2.1 试验材料 6

2.1.1 聚乙烯醇纤维 6

2.1.2 粉煤灰 7

2.1.3 水泥 7

2.1.5 细砂 8

2.1.6 减水剂 8

2.2 试样成型及试验方法 9

2.2.1 试样成型 9

2.2.2 单轴拉伸试验 9

2.2.3 抗压试验 11

2.2.4 抗折实验 11

2.2.5 微观形貌测试 11

第3章 试验结果及分析评价 12

3.1 实验配合比及试样力学参数 12

3.2 单轴拉伸性能 13

3.2.1 水胶比对ECC单轴拉伸性能的影响 13

3.2.2 砂胶比对ECC单轴拉伸性能的影响 15

3.2.3 粉煤灰掺量对ECC单轴拉伸性能的影响 16

3.2.4 纤维体积掺量对ECC单轴拉伸性能的影响 17

3.3 抗压强度的影响 18

3.3.1 水胶比对ECC抗压强度的影响 18

3.3.2 砂胶比对ECC抗压强度的影响 18

3.3.3 粉煤灰掺量对ECC抗压强度的影响 19

3.3.4 纤维体积掺量对ECC抗压强度的影响 20

3.4 抗折强度的影响 21

3.4.1 水胶比对ECC抗折强度的影响 21

3.4.2 砂胶比对ECC抗折强度的影响 22

3.4.3 粉煤灰掺量对ECC抗折强度的影响 22

3.4.4 纤维体积掺量对ECC抗折强度的影响 23

第4章 结论与展望 24

4.1 结论 24

4.2 展望 24

参考文献 25

致谢 26

第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

自19世纪20年代波特兰水泥问世，水泥混凝土得以发明以来，其凭借着超高的强度、优良的气硬性和良好的工作性能逐步地成为现代社会的基石。看现在的现代化建筑，混凝土始终是一个重要组成部分，甚至把城市比作混凝土的森林也不为过。然而，随着人类生活对混凝土的依赖越来越深，混凝土的应用越来越广，水泥混凝土的一些固有缺点就不可避免的暴露了出来，那就是混凝土在获得高强度的同时失去了韧性，其抗拉和抗折能力低，是一种脆性材料，在反复的载荷下，混凝土材料很容易遭到破坏。

为了克服混凝土的固有缺点，学者们提出了很多方案。将具有良好韧性的纤维和高强度水泥混凝土相结合，使其同时拥有韧性和强度两个有利的性质无疑是我们梦寐以求的，由此纤维混凝土^[1]这种复合材料在20世纪初应运而生。在1907年，前苏联科学家就已经尝试通过钢纤维来增韧混凝土，并取得了一些成果；美国的Graham验证了将钢纤维加入到钢筋混凝土中的稳定性问题，为钢筋混凝土的增韧做了理论上的验证；20世纪40年代，整个欧洲陷入到第二次世界大战的战火中，军事工程的需要，纤维混凝土复合材料因其优越的抗爆炸冲击性能得到了重视，英法俄日等国家都投入大量的精力进行研发。遗憾的是，这些研究都没有从理论上论述出纤维增韧混凝土复合材料的机理，所以纤维混凝土并没有被广泛的应用推广。在20世纪60年代初期，纤维水泥基复合材料开始被应用于生产生活中^[2]。