【摘 要】
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近年来利用Polyvinyl alcohol(PVA)纤维或者Polyethylene(PE)纤维制备的应变硬化水泥基复合材料(Strain Hardening cementitious composite,SHCC)因其延性高、阻裂抗裂以及优
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近年来利用Polyvinyl alcohol(PVA)纤维或者Polyethylene(PE)纤维制备的应变硬化水泥基复合材料(Strain Hardening cementitious composite,SHCC)因其延性高、阻裂抗裂以及优异的耐久性能备受关注,将两种或两种以上纤维加入材料中,取长补短,发挥各自的优势,是提高纤维增强水泥基复合材料性能的重要技术手段之一。本文将钢纤维分别与PVA纤维和PE纤维混杂,在研究不同掺量钢纤维对SHCC静态力学性能影响的基础上,通过落锤试验和分离式Hopkinson压杆(SHPB)试验分别探讨了钢纤维对SHCC动态力学性能的影响规律,分析了掺入钢纤维的作用机理。本文主要研究内容和结果如下:通过设计胶凝材料种类,用量及水胶比、制备普通强度等级SHCC和高强度等级SHCC,其中普通强度SHCC选用PVA和PE两种纤维分别制备,抗压强度为47MPa-56MPa,高强度等级SHCC用PE纤维制备而成,抗压强度为100MPa-110MPa,然后研究钢纤维对SHCC力学性能的影响。通过单轴拉伸试验结果发现掺入钢纤维可以提高PVA-SHCC和高强PE-SHCC的拉伸初裂应力和极限拉伸应力。但对于普通强度PE-SHCC,混杂钢纤维虽然提高拉伸初期应力,但过多的混杂钢纤维会降低极限拉伸应力。混杂钢纤维可以明显降低PE-SHCC的裂缝宽度(10%～30%)。此外,在高强PE-SHCC中,混杂钢纤维可以明显提高抗压强度。通过落锤试验发现,混杂PE-SHCC的抗弯冲击性能优于混杂PVA-SHCC。钢纤维的掺入使得PVA-SHCC的动态力-位移曲线明显的偏离静态力-位移曲线,但这一影响在混杂PE-SHCC中没有展示。从能量吸收角度,在弯曲冲击作用下,混杂钢纤维使得PVA-SHCC能量吸收量增大,混杂钢纤维也会使得PVA-SHCC在冲击作用下位移变小。通过SHPB试验发现,相对于普通强度,高强SHCC对应变率的敏感性较低,同样工况下,钢纤维显著提高普通强度SHCC的抗冲击性能,尤其可以弥补SHCC的应力在过了峰值后衰减过快的不足。PE-SHCC的抗冲击性较PVA-SHCC好。综合分析SHCC的静态和动态力学性能,结果发现普通强度SHCC混杂纤维的最佳比例为2PVA+0.25%钢纤维,高强度SHCC中混杂纤维的最佳比例为1.5%PE+0.5%钢纤维。
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