超高韧性水泥基复合材料修复的带缺口复合梁的试验研究

摘要

超高韧性水泥基复合材料(UltraHighToughnessCementitiousComposites，简称UHTCC)是一种新型高性能纤维增强水泥基复合材料，具有卓越的韧性和优良的耐久性能，已被成功地应用于许多实际工程。当该材料用于结构的修补和加强时，除了各自基本的材料力学性能外，它们之间的交界面的粘结性能、加载后的裂缝扩展行为也是结构维修设计中的亟待解决的问题。基于此，本文通过不同形式的复合梁试验，着重研究了不同材料之间的交界面的粘结性能以及裂缝扩展条件，同时亦对复合梁的变形性能，承载能力以及能量吸收能力进行了分析，完成了以下工作： 1.首先介绍了超高韧性水泥基复合材料的发展背景，以及国内外的应用现状。对其自身优越的裂缝控制能力进行了简要的阐述和介绍。 2.介绍了美国密歇根大学维克多·李教授以及其科研团队对超高韧性水泥基复合材料的试验研究，同时介绍了以断裂力学为基础的裂缝控制理论的概念，理论分析所预测的现象，试验构件的尺寸设置要求以及理论依据。 3.以上述裂缝控制断裂理论为指导，进行了试验研究。通过选用不同建筑材料，包括UHTCC、钢纤维混凝土、高强砂浆以及混凝土分别作为修复材料，与带缺口的混凝土基体构成复合梁，在同种荷载条件下，试验研究了复合梁的弯曲力学性能及加载后的裂缝扩展趋势，通过对比试验结果，分析试验现象可知，UHTCC具有明显的变形、承载以及能量吸收能力和优越的裂缝控制能力。 4.通过设置不同的基体表面形式，构件的初始条件发生了改变，在同样的荷载条件下，通过试验数据，可以了解基体表面一交界面的不同形式对修复体系的力学性能影响情况，从而可知何种待修复基体表面形式更利于构件性能的发挥。 5.通过不同的减粘区长度设置，改变了复合梁的断裂韧度，在四点弯曲加载的试验条件下，不同的减粘区长度，改变了构件的初始裂缝长度，改变了复合梁结构的初始断裂韧度，通过构件的变形能力、承载能力以及能量吸收能力的对比，可以得到最适宜的构件减粘区长度，使构件的变形能力以及承载能力、能量吸收能力同步提高。 6.本文还选用UHTCC材料作为带缺口的复合梁的基体，使用UHTCC材料对其自身进行了修复复合梁的试验性能研究，设置了不同的减粘区长度，通过试验可知，该组复合梁的承载能力整体较高，变形能力以及能量吸收能力都较大，但是，就该组内部不同形式的复合梁对比可知，减粘区长度为50mm的复合梁仍然具有明显的优势。 7.上述的试验结果都对裂缝控制断裂理论进行了验证，表明在带有初始减粘区的复合梁中，如果选用的上层材料自身具有R曲线特征，则裂缝控制能力就可以实现并得到较好的发挥，提高结构的耐久性，延长结构的使用寿命，从而节约国民经济。

目录

文摘

英文文摘

声明

1 绪论

1.1选题背景和研究意义

1.2超高韧性水泥基复合材料

1.2.1超高韧性水泥基复合材料的概述

1.2.2超高韧性水泥基复合材料在国内外的研究现状

1.2.3超高韧性水泥基复合材料的基本力学性能

1.2.4超高韧性水泥基复合材料在工程中的应用

1.3纤维增强水泥基材料的发展状况

1.3.1纤维水泥基材料的分类及特性

1.3.2纤维增强基体复合材料的研究应用现状

1.4本文的主要工作

2裂缝控制机制

2.1 引言

2.2断裂力学的基础知识

2.3裂缝控制的概念

2.4本章小结

3 UHTCC等材料修复的带缺口混凝土复合梁的断裂机制试验研究

3.1 引言

3.2试验研究

3.2.1试件设计

3.2.2测试方法

3.2.3应变片贴点及试验设备的布置

3.3试验现象

3.3.1同修复材料带缺口混凝土复合梁试验

3.3.2不同交界面形式的带缺口复合梁的试验

3.3.3不同减粘区长度带缺口复合梁试验

3.4试验分析

3.4.1不同修复材料带缺口混凝土复合梁试验分析

3.4.2不同交界面形式的带缺口复合梁的试验分析

3.4.3不同减粘区长度带缺口复合梁试验分析

3.5本章小结

4 UHTCC等材料修复的带缺口UHTCC复合梁的断裂机制试验研究

4.1 引言

4.2试验研究

4.2.1试件设计

4.2.2测试方法

4.2.3应变片贴点及试验设备的布置

4.3试验现象

4.4试验分析

4.5本章小结

5结论与展望

5.1 主要结论

5.2研究展望

参考文献

附录A 试验构件的典型裂缝扩展趋势图片

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢