硫酸钙对高韧性水泥基复合材料力学性能的影响
高延性水泥基复合材料(ECC)正交试验
Hans Journal of Civil Engineering 土木工程, 2023, 12(3), 298-306 Published Online March 2023 in Hans. https:///journal/hjce https:///10.12677/hjce.2023.123034高延性水泥基复合材料(ECC)正交试验吴倩倩1，蔡海兵1*，胡 时1，丁祖德21安徽理工大学土木建筑学院，安徽 淮南 2昆明理工大学建筑工程学院，云南 昆明收稿日期：2023年2月27日；录用日期：2023年3月19日；发布日期：2023年3月29日摘 要本文利用正交试验设计原理，开展了9组高延性水泥基复合材料(ECC)的坍落度、立方体抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度试验，研究了硅灰、改性脱硫石膏、膨胀剂和减水剂四种因素对ECC 物理、力学性能的影响，并采用多元线性回归的方法，建立了ECC 的性能预测模型。
试验结果表明：最优组为硅灰掺量20%，脱硫石膏掺量4%，膨胀剂掺量6%，减水剂掺量1.9%；通过对正交试验的结果进行回归分析，得出了ECC 物理、力学性能预测模型，模型精度较高。
关键词正交试验，高延性水泥基复合材料，力学性能，修复工程Orthogonal Test of High DuctilityEngineering Cementitious Composites (ECC)Qianqian Wu 1, Haibing Cai 1*, Shi Hu 1, Zude Ding 21School of Civil Engineering and Architecture, Anhui University of Science and Technology, Huainan Anhui 2Faculty of Civil Engineering and Mechanics, Kunming University of Science and Technology, Kunming YunnanReceived: Feb. 27th, 2023; accepted: Mar. 19th, 2023; published: Mar. 29th, 2023AbstractIn this paper, using the orthogonal experiment design principle, carry out 9 groups of high ductili-ty Engineering Cementitious Composites (ECC) of the slump, cube compressive strength, splitting ten-sile strength and flexural strength test, study the effect of silica fume, modified desulfurization gyp-sum, expansive agent and water reducing agent of four factors on the physical and mechanical proper-ties of ECC, and adopt multiple linear regression method. The performance prediction model of ECC was established. The results show that the optimal group is silica fume content of 20%, desulfuri-*通讯作者。
超高性能混凝土流变特性及调控研究进展
超高性能混凝土流变特性及调控研究进展摘要：超高性能混凝土(ultra-highperformanceconcrete，UHPC)是一种基于颗粒紧密堆积理论设计的新型水泥基复合材料，它具有超高抗压强度、高韧性、优异耐久性等特点，在大跨径桥梁、薄壁结构、建筑装饰和海洋平台等领域具有广阔的应用前景。
优异的流变性能是保障UHPC顺利浇筑、发挥其性能优势的关键。
然而，UHPC采用了极低水胶比(通常为0.2左右)，导致新拌UHPC黏度高、流动速度慢、静态损耗快，给泵送和浇筑带来一定困难，且对内部纤维分散和取向及其力学性能有着显著影响。
关键词：超高性能混凝土；流变特性；调控措施1UHPC流变性能表征UHPC（超高性能混凝土）是由水泥、辅助性胶凝材料、水、骨料、纤维、外加剂组成的复合材料。
在UHPC中，水泥和骨料的比例较高，纤维的加入使得UHPC具有更好的抗拉强度和抗冲击性能。
除此之外，UHPC还表现出典型的剪切变稠特性，具有明显的非线性流变特征。
研究发现，硅灰含量（0～25%）对UHPC流变性的影响很大，大多数UHPC拌合物都表现出明显的剪切增稠行为。
为了研究UHPC的流变特性，Bingham模型、改进的Bingham模型和Herschel-Bulkley模型已被广泛用于各种水泥基材料的流变行为研究。
其中，Herschel-Bulkley模型更适合用来描述新拌状态下UHPC的流变特性。
此外，含偏高岭土的UHPC流变性能更适宜采用Herschel-Bulkley模型评价。
在粗骨料UHPC的流变性能和稳定性方面，呈现出剪切变稀行为，改进的Bingham模型具有更准确的流变参数拟合结果。
2UHPC流变性能调控2.1水膜层厚度2.1.1用水量或水胶比Ultra-HighPerformanceConcrete(UHPC)是一种具有很高强度和优异耐久性的混凝土材料，但是如果水胶比过低，会导致它的工作性变差，施工难度增加。
硫酸钙晶须混凝土力学性能发展试验研究
Jul 2019NO. 7(Ser. 250)2019年7月 第7期(总250)铁道工程学报JOURNAL OF RAILWAY ENGINEERING SOCIETY文章编号：1006 -2106(2019)07 -0087 -05硫酸钙晶须混凝土力学性能发展试验研究汪小庆””刘明辉丁晓贾思毅刘萱(北京交通大学，北京100044)摘要:研究目的:硫酸钙晶须是一种亚纳米纤维材料,强度和弹性模量很高，能够明显改善混凝土力学性能。
本文对不同掺量的硫酸钙晶须混凝土在不同养护龄期下的轴心抗压强度和弹性模量进行试验研究，讨论不 同硫酸钙晶须掺量对混凝土轴心抗压强度与弹性模量随龄期发展的影响规律，利用电子扫描显微镜对硫酸钙晶须混凝土进行微观形貌观察和能谱检测，分析硫酸钙晶须在混凝土中的最佳掺量问题，从微观角度解释 硫酸钙晶须对混凝土力学性能的增强作用。
研究结论：(1)硫酸钙晶须的掺入对混凝土基本力学性能有较为明显的提高作用，这种作用在早龄期非常显著，并随着龄期的增长趋于稳定；(2)存在最优硫酸钙晶须掺量值.掺量过低或过高都不利于混凝土力学 性能的提高；(3)硫酸钙晶须对混凝土力学性能提高的微观机理是由于水泥浆体包裹硫酸钙晶须，形成空间骨架结构,部分晶须填充混凝土孔隙;(4)本研究成果可为高性能混凝土设计提供指导。
关键词：硫酸钙晶须;混凝土;抗压强度；弹性模量;扫描电镜中图分类号:TU52& 57 文献标识码：AExperimental Research on the Development of the Mechanical Properties of Calcium Sulfate Whisker Concrete with AgeWANG Xiaoqing, LIU Minghui , DING Xiao, JIA Siyi, LIU Xuan(Beijing Jiaotong University , Beijing 100044,China)Abstract :Research purposes : As a sub 一 nanometer fiber, the Calcium Sulphate Whisker ( CSW ) possesses high strength and elasticity , which could enhance the mechanical properties of concrete. In this paper , the axial compressive strength and elastic modulus of concrete with different content of CSW were tested at different ages , and CSW ' s effect on the developing rules was discussed. Besides , micro - morphology observation and energy dispersive spectrum wereanalyzed by SEM , and the optimal content of CSW was discussed. In addition , the enhancement of CSW concrete wasexplained by microscope observation.Research conclusions ： (1) The CSW can provide the contribution in improving the mechanical properties of concrete ,which is significant at early age and shows a stable tendency with age. (2) An optimal amount of the CSW is observed ,and lower or higher amount is not conducive to the improvement of concrete mechanical properties. (3 ) Based on SEM , the CSW s were wrapped by the cement paste , providing the three 一 dimensional support in concrete , and some whiskersfilled in the micro pore of concrete , which is regarded as the micro 一 mechanism of the CSW ' s contribution on the mechanical properties of concrete. (4 ) The research results can provide guidance for the design of high performanceconcrete.Key words : calcium sulfate whisker ； concrete ； compressive strength ； elastic modulus ； Scanning Electron Microscope (SEM)*收稿日期:2019 -05 -10基金项目：中央高校基本科研业务费专项资金资助(2018JBM040)；中国铁路总公司科研研究开发计划(2O17GO1O-C) **作者简介:汪小庆,1974年出生，男，高级工程师.现任中铁投资集团有限公司副总经理：88铁道工程学报2019年7月混凝土因为制作工艺简单，造价低廉，施工工艺成熟，适应性强，成为世界上使用最为广泛的建筑材料。
超高韧性水泥基复合材料试验研究
超高韧性水泥基复合材料试验研究摘要：本文主要研究了超高韧性水泥基复合材料的试验制备及其性能表征。
通过优化材料选择和工艺流程，成功制备出具有优异韧性的水泥基复合材料。
本文的研究成果对于推动水泥基复合材料的发展具有一定的理论和实践意义。
关键词：超高韧性，水泥基复合材料，材料选择，工艺流程，性能测试。
引言：水泥基复合材料是一种由水泥、增强体和外加剂等组成的新型复合材料。
由于其具有高强度、高韧性、抗腐蚀、耐久性强等特点，被广泛应用于桥梁、道路、建筑等领域。
随着科学技术的发展，人们对水泥基复合材料的要求越来越高，尤其是对其韧性的要求。
因此，开展超高韧性水泥基复合材料的试验研究具有重要的现实意义。
材料选择：在本次研究中，我们选择了高强度水泥、纤维增强体、减水剂等为主要原材料。
其中，高强度水泥提供了优异的强度和耐久性；纤维增强体（如钢纤维、聚丙烯纤维等）可以有效地提高材料的韧性；减水剂则有助于改善材料的可加工性和力学性能。
工艺流程：制备超高韧性水泥基复合材料的工艺流程如下：首先将原材料按照一定比例混合均匀，然后加入适量的水进行搅拌，最后在压力机中压制成型并养护。
其中，搅拌时间的控制、压力机的压制压力和养护条件的设定等因素都会对材料的性能产生影响。
性能测试：为了表征超高韧性水泥基复合材料的性能，我们对其进行了抗压强度、抗折强度、韧性等指标的测试。
测试结果表明，该材料具有优异的力学性能，其抗压强度和抗折强度均高于普通水泥基复合材料，同时，其韧性也得到了显著提高。
通过本次试验研究，我们成功地制备出了具有优异韧性的超高韧性水泥基复合材料。
通过对材料选择和工艺流程的优化，实现了对该材料的力学性能的有效提升。
本文还对制备过程中的影响因素进行了分析，为进一步优化制备工艺提供了理论依据。
然而，本研究仍存在一定的局限性。
例如，对于材料韧性的提高机制以及制备工艺与材料性能之间的内在尚需深入探讨。
未来研究方向可以包括：进一步优化纤维增强体的分散和拌合工艺，探究不同纤维对材料韧性的影响机制，以及开展针对不同应用场景的超高韧性水泥基复合材料的优化设计和制备技术研究。
高韧性纤维混凝土材料及应用性能研究
高韧性纤维混凝土材料及应用性能研究
段丹丹;井玮罡
【期刊名称】《化学工程师》
【年(卷),期】2024(38)1
【摘要】为了降低混凝土材料成本并优化材料性能,本实验制备了含聚丙烯(PP)纤维的高韧性纤维混凝土(UHTCC),并通过材料参数优化实验、SEM分析以及耐久性实验探究了UHTCC材料性能。
实验结果表明,含聚丙烯(PP)纤维的高韧性纤维混凝土(UHTCC)材料的最佳PP纤维直径为30μm,最佳PP纤维长度为8mm,最佳PP纤维掺量为2%,最佳砂胶比为0.5%左右,最佳粉煤灰掺量应小于65%,此时,高韧性纤维混凝土材料水泥砂浆的流动性能较好、材料抗压强度以及抗折强度较高,韧性和耐久性能良好。
实验制备的含PP纤维的UHTCC材料不仅成本低,且综合性能良好。
【总页数】5页(P92-95)
【作者】段丹丹;井玮罡
【作者单位】陕西交通职业技术学院
【正文语种】中文
【中图分类】TQ317
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超高性能混凝土梁受剪性能的尺寸效应试验研究
超高性能混凝土梁受剪性能的尺寸效应试验研究发布时间：2022-10-31T01:33:35.171Z 来源：《科技新时代》2022年第12期6月作者：周付乐[导读] 超高性能混凝土（UHPC）是一种具有高强度、高韧性和高耐久性的新型水泥基复合材料，最早由法国人Richard等在20世纪90年代研制成功周付乐45262419650522****摘要：超高性能混凝土（UHPC）是一种具有高强度、高韧性和高耐久性的新型水泥基复合材料，最早由法国人Richard等在20世纪90年代研制成功。
UHPC的材料组分不同于普通混凝土，其通过掺入粒径较小的矿物掺合料，填充水泥及其水化产物间的空隙，以增加基体密实度来提高抗压强度。
同时，在相对较低的水胶比与高效减水剂共同作用下，解决了低用水量与和易性之间的矛盾，既保证了一定的流动性，又获得了超高的抗压强度。
基于此，本篇文章对超高性能混凝土梁受剪性能的尺寸效应试验进行研究，以供参考。
关键词：超高性能混凝土；梁受剪性能；尺寸效应试验引言近年来全国各地建筑在政策推动、市场主导的基本原则下得到了大力发展，完成了《“十三五”建筑建筑行动方案》确定的到2020年达到15%以上的工作目标。
结构体系中，企业和高校基于国内外已有的研究成果进行了大量的科研研究和技术创新。
但目前建筑实施过程中仍然会出现多重施工技术难点问题，特别是后浇混凝土量过大以及钢筋连接部位较密集，导致现场建筑施工质量差以及工人和建筑从业人员对建筑建造方式持一种怀疑态度，如何解决这种局面将是目前技术创新和研究的热点。
《“十四五”建筑业发展规划》指出大力发展建筑，完善适用不同建筑类型建筑混凝土建筑结构体系，加大高性能混凝土技术研究。
超高性能混凝土简称UHPC(Ultra-High Performance Concrete)是一种新型纤维增强水泥基复合材料，因具有高强、高韧和极好的耐久性优势，在土木工程特别是桥梁及加固领域有大量的项目应用和发展。
超高韧性水泥基复合材料研究综述
超高韧性水泥基复合材料研究综述杨建波！文辉2唐继辉！张忠敏！熊申丽！（1.湖北长江路桥股份有限公司武汉430200&2'湖北省交通规划设计院武汉430070）摘要超高韧性水泥基复合材料具有微裂缝和自愈合特性！以及良好的抗疲劳性、抗渗透性、抗冻融性、抗侵蚀性等性能，具有广阔的工程应用前景"本文主要概述了-CC材料在设计原理、组分选择、基本性能及工程应用方面的研究进展，最后结合其优良特性分析了其在工程应用中的前景"关键词-CC裂缝应变硬化耐久性-$?($/)*%$3$'%45)",.#%'$5(25#),25"$34$;$"#$7'3$94);&)3(#$3 4#(%G*3(%&1#+"#'1%2#4#-"#2(%&1#.-*%&E#%.-(%&1#6-1%H#/#*%&1(1'i9J;1C032:N132:4=3A32A M81A:;C='?,Q#L9032430200#C0123&2'i9J;1i9J;1R8=H12C135,83D1CR532212:32A Q;E1:2\2E@1@9@;#L9032430070#C0123) 673#%'4#,0;;2:12;;8;A C;I;2@1@1=9EC=I>=E1@;E03EI1C8=$C83CK32A E;5D$0;3512:>8=>;8@1;E#3E6;53E :==A D3@1:9;8;E1E@32C;#>;8I;3J151@78;E1E@32C;#D8;;O;$@0368;E1E@32C;#;8=E1=28;E1E@32C;32A@0;51K;#32A03E J8=3A;2:12;;812:3>>51C3@1=2>8=E>;C@E',01E>3>;8I31257E9II381O;E@0;8;E;38C0>8=:8;E=D-CC I3@;8135E12 design p8ncipl;#component selection#basic>erforia2ce and;：i2；8n：application.Finally#it combines theC;5;2@C0383C@;81E@1CE@=32357O;1@E>8=E>;C@E12;2:12;;812:3>>51C3@1=2E'8$0/)%93-CC&o8aoK&ii8acn0a8dencn:&d98abcyci7混凝土材料不仅抗压强度高、搅拌与浇筑施工工艺简单、基本原材料分布广泛#而且价格便宜，具有很高的经济性％截至目前，我国建筑行业每年消耗的混凝土高达20亿立方米，占全世界消耗总量的7+S以上％混凝土已经成为我国房屋建筑、公路桥梁、水利工程、铁路工程等行业不可或缺的建筑材料。
超高韧性水泥基复合材料研究进展及其工程应用
超高韧性水泥基复合材料研究进展及其工程应用摘要：超高韧性水泥基复合材料因具有突出性能优势，在工程领域展现中良好应用前景，本文从材料基本性能、设计原理、组分构成三个方面分析已有研究进展，并探究材料在工程中的具体应用，以便确定材料的下一步研究方向。
关键词：超高韧性水泥基复合材料；研究进展；工程应用引言：超高韧性水泥基复合材料（ECC）基于细观力学理念、断裂力学原理进行设计，对材料纤维、基体、纤维基体界面均进行调整，复合材料硬化后将出现明显的准应变硬化特征，从而使拉应变能力超过普通混凝土的100~300倍。
近年来，随着研究的深入，从不同角度对材料性能进行了优化，使材料优势更为突出。
为不断提高材料性能，通过综合论述相关研究进展、工程应用现状，能够更全面了解材料性能以及应用上的不足，确定未来研究方向。
1 ECC材料的研究进展1.1.基本性能研究目前研究中发现ECC材料具有以下性能优势：（1）受压特性，由于材料中不含粗骨料，较之传统混凝土其弹性模量下降，水灰比有了明显优化，从而使应变能力超过传统混凝土的0.5%；（2）抗弯能力，随着弯曲荷载作用加大，ECC 材料展现出具有弯曲-硬化特性、微小多裂缝特性、超高弯曲韧性等性能，主要与材料中掺杂的碳纤维、聚丙烯纤维、玄武岩纤维等相关，且使用过程中，任何浇筑方式均对材料抗弯性能无影响；（3）抗剪性能，在相同条件下进行测试，采用ECC材料制作无配筋小梁与传统混凝土制作小梁并进行抗剪强度相比，差距为40%，而且梁的跨中极限挠度也超出传统混凝土梁的50%，由此可以看出，ECC材料在荷载作用下，可逐渐产生裂缝，但裂缝呈密集、微小状分布，从而不会导致刚度突然下降，与传统混凝土出现的典型性脆性破坏特征有着本质的区别，从而使材料具有更强大的剪切变形能力与抗剪承载能力；（4）抗疲劳性能，ECC材料的疲劳寿命超过200万次循环，且抗疲劳荷载也显著超出传统混凝土，从而决定疲劳荷载下也能够有效进行裂缝控制，有实验中使ECC板经过10万次循环，发现其裂缝宽度变化幅度仅在50μm内，而普通混凝土板经过10万次循环后，最大裂缝宽度超过600μm[1]。
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分
。高掺量粉煤灰的PVA-ECC 以通过降
低水 来提高
的 强度叫但需要将水.下
降 0.2 以 , 体 性难以得 保证 PVA-ECC
强度 低 为粉煤灰
水泥
水化,
水化 凝材料 以提高粉煤灰的 水化 性 提高
PVA-ECC 的 强度 夕, 有研究表明
为
发剂来提高粉煤灰的 性，提高基体强度'2-10*。
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
基于
代 ECC, 位数字代水胶比，中 位数字代胶
材中
掺量，后一位数字代硫酸钙的掺量3抗压强
寸为400 mmx 100 mmx 15 mm的薄板长条试件每组3个，加 载速 0.5 mm/min3
表2试验配合比
kg/m3
比编号
E27650 E27655
水
297.8 297.8
0引言
PVA纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)由于自身
的高韧性和优异的裂缝控制能力'1-3*,使得其能够有效地改
善传统水泥混凝土材料脆性大、易开裂且开裂后裂缝宽度
来研究 响,另外， CT扫描和 对 PVA-ECC 的 结
对 PVA-ECC 强度 韧性的 (SEM)对硫酸钙掺入后 分
1材料及试件制备
2019年第3期(总第353期) Number 3 in 2019(Total No.353)
doh10.3969/j.issn.1002-3550.2019.03.017
混
凝
土
Concrete
原材料及辅助物料 MATERIAL AND ADMINICLE
硫酸钙对高韧性水泥基复合材料力学性能的影响
易勇，王秋生，罗昊 (北京工业大学建筑工程学院，北京100124)
performance of PVA-ECC was studied through uniaxial compressive and four-point bending test.Moreover, porosity was determined by X-ray computed tomography (CT) scanning and morphology offibers at the fracture face were characterized via scanning electron microscopy (SEM).Experimental results indicated that ECC with calcium sulfate achieved both higher compressive and bending strength for its more compact microstruture, meanwhile the inherent high toughness ofPVA-ECC and crack-controlling ability ofwas sustained. Key words: PVA-ECC ； calcium sulfate ； compressive strength ； bending performance
缝控制能力。
关键词：PVA-ECC;硫酸钙；抗压强度；弯曲性能
中图分类号：TU528.041
文献标志码：A
文章编号：1002-3550(2019)03-0071-03
Effects of calcium sulfate on mechanic properties of high toughness cementitious composites
-71 -
（20±2）＜，立方体试块24 h脱模,薄板状36 h后脱模,继 度 参考JGJ/T 70—2009（建筑砂浆基本性能方法 准》,
续养护至龄期28 d,磨平浇筑3
比见 23组
比PVA纤维掺量为总体积的1.5%°其中 编号E
采用70.7 mmx70.7 mmx70.7 mm的立方体试块测量抗压 强度，每组3个，加载速率1 mm/min。四点弯 采用
YI Yong? WANG Qiusheng,LUO Hao
(Institute of Civil Engineering, Beijing University of Technology, Beijing 100124? China)
Abstract： Calcium sulfate was adopted to improve the mechanic performance of PVA-ECC and effects of calcium sulfate on mechanical
摘 要：采用在PVA-ECC中掺入硫酸钙来提高其力学性能，通过立方体抗压强度试验和四点弯试验分析硫酸钙对PVA-ECC
力学性能的
夕卜，利用CT
分了
的微细
理。结果表明:适当掺入
使PVA-ECC基
体更 密实， 粉煤灰 性， 提高PVA-ECC的 强度
强度，同时能 好地保持PVA-ECC良好的 曲韧性和裂
42.8
0.039 12
6
1.2试件制备及配合比
量为10 L的
，材料 工 斤
有固体材料加入
2 min, 水剂溶
入水，分3次加入
2.5 min再 2 min。最后
再放入纤维 3 min,为 步分散纤维,再快搅1 min。
完 后 体倒入模具中，振捣1 min,放入养护箱中
收稿日期：2018-01-26 基金项目：国家自然科学基金(51679003)；北京市科学技术委员会重大专项基金(Z161100002216001)
,通
体 强度 和
1.1原材料
P-O 42.5级水泥、I级粉煤灰，硅灰，石英砂(100目)、
水
粉、
高效 水 、纤维 增 (HPMC)、
自来水、
密度 /(g/cm3)
1.3
的PVA纤维,纤维性能见表1。
表1 PVA纤维特性表
拉伸强度 弹性模量 直径 长度 延伸率
/MPa
/GPa
/mm /mm
/%
1 620
难以控制的缺陷,提高结构耐久性。国内外对PVA-ECC的
研究表明，为保证PVA-ECC的高韧性，通常会掺入大量的 粉煤灰取代水泥来降低纤维和基体的化学黏结以及基体
的开裂韧度,但由于粉煤灰的水化性低于水泥，因
PVA-ECC 的
强度
粉煤灰取代水泥 量
的增
降心，制了高韧性PVA-ECC的工程应。
为使得高韧性的PVA-ECC有更高的抗压强度，需要对基体