超高韧性水泥基复合材料在高性能建筑结构中的基本应用(徐世烺,李庆华著)思维导图
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作者：吴东真来源：《科学与财富》2015年第11期摘要：超高韧性水泥基复合材料因为其本身具备着重量轻、韧性好、强度高、裂缝控制性好的优势得到了广泛的应用，已经成为各类工程项目中采用最多的施工材料之一，但是它并非是完美无缺的，它本身存在着收缩大、材料成本高的缺陷限制了其在我国大体量工程中的推广和使用。
为此，在这里我们有必要对其研究进展和应用情况进行分析。
关键词：水泥；超高韧性水泥基复合材料；混凝土；耐久性；裂缝自从十九世纪二十年代水泥问世至今，水泥混凝土施工技术的应用越来越受到人们的重视，由其引发的混凝土施工技术也深受着人们的重视。
近年来，水泥混凝土已成为建筑领域施工的主要材料之一，是我国建筑产业中使用最广、应用最成功的结构材料。
当前，就我国的建筑工程施工分析，其中有七成以上都是由混凝土结构构成的，且每年都有大量的混凝土结构涌现而出，为建筑事业发展增添色彩。
超高韧性水泥基复合材料便是基于这种时代背景下产生的一种新技术，它的应用已成为整个工程领域中最受关注的一部分。
1 超高韧性水泥基复合材料概念水泥复合材料是现代化社会发展中主要的建筑原材料之一，是基于可持续发展思想观念下形成的一套施工新技术，它的应用本身具备着高强化、高性能、高耐久性的重大优势，同时也是整个水泥混凝土发展的主导性方向。
在目前的工程施工建设中，传统的水泥基复合材料也就是水泥混凝土材料的应用日趋广泛，它已成为最为典型的脆性材料，是实现建筑结构高耐久性、改善建筑结构脆性、提高建筑结构韧性必须要重视的问题，而材料复合化则是解决这一问题的最终手段。
1.1 混凝土性能混凝土结构本身具备着抗拉强度低、韧性差、容易开裂且难以控制的缺陷，因此在传统的工程施工建设中，尤其是以钢筋混凝土结构为主的工程，裂缝问题的出现比比皆是，由此引发的工程施工事故时有发生，给工程建设带来严重的影响，也给人们生活和工作带来了不必要的威胁。
超高韧性水泥基复合材料疲劳裂缝扩展公式的理论与试验研究
第30卷第11期V ol.30 No.11 工程力学2013年11 月Nov. 2013 ENGINEERING MECHANICS 67 文章编号：1000-4750(2013)11-0067-08超高韧性水泥基复合材料疲劳裂缝扩展公式的理论与试验研究刘问1,3，徐世烺2，李庆华2(1. 北京林业大学水土保持与荒漠化防治教育部重点实验室，北京100083；2. 浙江大学高性能建筑结构与材料研究所，杭州310058；3. 大连理工大学结构研究所，大连116024)摘要：该文基于Paris公式，对具有应变硬化和多缝开裂特征的超高韧性水泥基复合材料(UHTCC)的疲劳裂缝扩展理论进行了理论研究，并通过试验进行验证。
研究表明，Paris公式适用于UHTCC。
其中：裂缝扩展参数由裂缝面积扩展A表示；与之相应，使用复合断裂能增长量ΔJ代替应力强度因子变化量ΔK。
基于试验，该文求出UHTCC的疲劳裂缝扩展门槛值，即当疲劳过程中的断裂能幅值ΔJ小于某一临界值ΔJ th时，疲劳裂缝不扩展。
在疲劳过程中，UHTCC的裂缝覆盖面积随疲劳过程呈三阶段线性发展，与疲劳变形的发展趋势一致。
UHTCC的疲劳裂缝扩展随疲劳最大荷载与荷载幅值的增大而加速发展。
关键词：结构工程；疲劳裂缝扩展；Paris公式；超高韧性水泥基复合材料；裂缝扩展门槛值中图分类号：TU317.1; TU502+.6 文献标志码：A doi: 10.6052/j.issn.1000-4750.2012.05.0362THEORICAL AND EXPERIMENTAL STUDY ON FATIGUE CRACK PROPAGATION LAW OF ULTRA-HIGH TOUGHNESS CEMENTITIOUSCOMPOSITELIU Wen1,3 , XU Shi-lang2 , LI Qing-hua2(1, Key Laboratory of Soil & Water Conservation and Desertification Combating, Ministry of Education, Beijing Forestry University, Beijing, 100083, China;2, Institute of Advanced Engineering Structures and Materials, Zhejiang University, Hangzhou, 310058, China;3, Institute of Structural Engineering, Dalian University of Technology, Dalian, 116024, China)Abstract:Based on Paris law of fatigue crack propagation rate, a theoretical and experimental investigation was taken to study the fatigue crack propagation mechanism of ultra-high toughness cementitious composite, which exists the characteristics of strain hardening and multiple cracking. Paris law is applicable for this material, with the two parameters redefined: the covering area of multiple cracks, A, and the composite fracture energy, J. A fatigue crack propagation threshold is found in the experiment. During the whole fatigue progress, there exist three linear stages for the development of crack covering area, in correspondence with the three stages of fatigue deformation. Moreover, the crack propagation rate speeds up with the increases of the maximum fatigue load and the fatigue load range.Key words:structural engineering; fatigue crack propagation; Paris law; ultra-high toughness cementitious composite; crack propagation threshold———————————————收稿日期：2012-05-19；修改日期：2012-09-25基金项目：国家自然科学基金项目(51308046)通讯作者：刘问(1983―)，女，山东人，讲师，博士，从事高性能复合材料的损伤与断裂等方面的研究(E-mail: liuwen@).作者简介：徐世烺(1953―)，男，湖北人，教授，博士，院长，从事混凝土及纤维混凝土断裂、新型材料与结构等方面的研究(E-mail: slxu@)；混凝土类建筑材料的疲劳寿命是由3个阶段组成的：疲劳裂纹形成、疲劳裂缝扩展与断裂[1]。
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发布时间：2021-06-22T09:25:20.017Z 来源：《基层建设》2021年第8期作者：王燕[导读] 摘要：超高韧性水泥基复合材料是以水泥作为基本粘结料，加上小粒径细骨料作为基体，再加入体积掺量左右的聚乙烯醇纤维作增强材料配制而成的新型建筑材料。
身份证号码：37250119750103XXXX 聊城市三优装饰工程有限公司山东聊城 252000 摘要：超高韧性水泥基复合材料是以水泥作为基本粘结料，加上小粒径细骨料作为基体，再加入体积掺量左右的聚乙烯醇纤维作增强材料配制而成的新型建筑材料。
这种材料的特点不同于以前的纤维增强材料，依靠通过增加大体积含量的维来获得高性能，而是基于材料微观结构设计的一种具有超高韧性的新型复合料，这种材料在荷载作用下具有明显的应变硬化特征，在直接拉伸作用下可产生多条细微裂缝，稳定的拉应变能够达到左右。
鉴于此，本文主要分析探讨了超高韧性水泥基复合材料构件受剪性能试验方面的内容，以供参阅。
关键词：超高韧性水泥；基复合材料；构件；受剪性能 1 超高韧性水泥基复合材料配制及力学性能试验在混凝土中掺入纤维是提高材料钢性及耐久性等性能的有效途径，一般的纤维混凝土是通过添加长的连续纤维来提髙材料性能，形成高性能纤维混凝土，这种材料的缺陷在于虽然能够有效地提高靭性，但是当构件开裂后，添加的纤维材料一般会被拉断或失去粘结力从基体中脱落，承载能力随之下降，而且一般添加的纤维体积含量较大。
超高韧性水泥基复合材料是通过微观物理力学设计，使得基体朝度、界面粘结和纤维特性三者达到最优组合，当构件开裂后，纤维能够发挥桥联作用，继续承受荷载，并伴随裂缝开展逐渐从基体中拔出，在此过程中荷载反而有所提高，大量新的微裂缝不断产生，材料经历应变硬化阶段，通过自身的不断变形来实现延性破坏；产生的裂缝也没有太大的破坏性，而是没有危害的微裂缝，整个加载过程也是损伤累计的过程，最终使得材料具有较高的初性和断裂能。
高韧性水泥基材料的特性及其在桥梁结构中的应用现状
高韧性水泥基材料的特性及其在桥梁结构中的应用现状罗小琪;陈露一【摘要】文章介绍了高韧性水泥基材料的定义,基本力学特性及在桥梁结构中的应用现状.在基本力学特性方面阐述了高韧性水泥基材料的受压、受拉、弯曲、抗剪特性及自修复性能;在桥梁结构中的应用现状方面,从ECC桥面修补或加固、钢/ECC组合桥面板、ECC韧性连接板及FRP网格与ECC的组合应用等几个方面做了简单介绍.%This paper introduces the definition of engineered cementitious composites material and its basic mechanical properties and the present situation of application in bridge structure.In the aspect of basic mechanical properties,the paper expounds thecompression,tensile,bending and shear properties and self-healing capability of ECC.In the aspect of the application situation of bridge structure,this paper gives a brief introduction of ECC bridge deck repair or strengthen,steel/ECC composite deck,ECC ductile connection plate and the combinatorial application of FRP grid and ECC.【期刊名称】《建材世界》【年(卷),期】2017(038)001【总页数】5页(P8-12)【关键词】高韧性水泥基材料;性能;桥梁结构;应用【作者】罗小琪;陈露一【作者单位】中铁大桥科学研究院有限公司,武汉 430034;中铁大桥科学研究院有限公司,武汉 430034【正文语种】中文自从19世纪末第一次应用于工程实际以来，混凝土一直是应用最广泛的结构材料。
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。
先进基础材料——高韧性混凝土——记2018年度国家技术发明奖二等奖获得者徐世烺
2019年1月8日，在国家科学技术
奖励大会上，浙江大学建筑工程学院
徐世烺教授领衔的“重大工程结构安
全服役的高韧性纤维混凝土制备与
应用关键技术”获国家技术发明奖二
等奖。
徐世烺团队研发的这一“2.0版
本”高韧性混凝土，突破混凝土材料脆
性易裂、界面薄弱易裂、结构受拉开裂
三大瓶颈，在先进基础材料领域取得了
新的突破，为基础设施长期安全及实
现更长寿命贡献了中国智慧。
徐世烺在2018年度国家科技奖励大会现场先进基础材料——高韧性混凝土
——记2018年度国家技术发明奖二等奖获得者徐世烺
本刊记者 蔡 萌
如是说。
超高韧性水泥基复合材料研究进展及其工程应用_徐世烺
基金项目：国家自然科学基金（５０４３８０１０）、南水北调工程建设重大关键技术研究及应用（ＪＧＺＸＪＪ２００６－１３）作者简介：徐世烺，博士，教授收稿日期：２００７－０４－２６超高韧性水泥基复合材料研究进展及其工程应用徐世烺李贺东（大连理工大学海岸及近海工程国家重点实验室，辽宁大连１１６０２４）摘要：系统介绍超高韧性水泥基复合材料名称由来、分类、基本性能、材料设计方法及其在实际工程中的应用情况。
在基本性能部分，详细地介绍超高韧性水泥基复合材料高于混凝土的受压变形能力、在直接拉伸荷载作用下表现出显著的准应变硬化特征和产生多条细密裂缝的能力、在弯曲荷载作用下表现出的超高韧性和产生多条细密裂缝的能力、在剪切荷载作用下表现出具有明显延性特征的破坏模式、与钢筋的变形协调性能，简要介绍ＵＨＴＣＣ对缺口的不敏感性、显著的韧性断裂特征，以及约束收缩特性。
在材料设计方法部分，详细介绍准应变硬化模型、准应变硬化性能参数，以及材料中纤维、基体和界面各组分的选择。
在实际工程应用部分，介绍材料在提高结构耐久性、进行耐久性修补和在新型结构方面的应用，及其在新建、扩建工程中的使用情况。
最后简要分析超高韧性水泥基复合材料在工程中的应用前景，并结合国内外的研究现状提出进一步研究的方向。
关键词：超高韧性水泥基复合材料；聚乙烯醇纤维；应变硬化；耐久性；裂缝；修补中图分类号：ＴＵ５２８．５８文献标识码：Ａ文章编号：１０００－１３１Ｘ（２００８）０６－００４５－１６ＡｒｅｖｉｅｗｏｎｔｈｅｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｏｆｒｅｓｅａｒｃｈａｎｄａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｏｆｕｌｔｒａｈｉｇｈｔｏｕｇｈｎｅｓｓｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓＸｕＳｈｉｌａｎｇＬｉＨｅｄｏｎｇ（ＳｔａｔｅＫｅｙＬａｂｏｒａｔｏｒｙｏｆＣｏａｓｔａｌａｎｄｏｆｆｓｈｏｒｅＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＤａｌｉａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｄａｌｉａｎ１１６０２４，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓｐａｐｅｒｉｎｔｒｏｄｕｃｅｓｔｈｅｕｌｔｒａｈｉｇｈｔｏｕｇｈｎｅｓｓｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓｃｏｍｐｏｓｉｔｅ（ＵＨＴＣＣ），ｉｎｃｌｕｄｉｎｇｔｈｅｃｌａｓｓｉｆｉｃａｔｉｏｎ，ｂａｓｉｃｐｒｏｐｅｒｔｙ，ｍａｔｅｒｉａｌｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄａｎｄｔｈｅａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ，ｅｔｃ．Ｔｈｅｂａｓｉｃｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｉｎｃｌｕｄｉｎｇｈｉｇｈｅｒｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｄｅｆｏｒｍａｂｉｌｉｔｙｔｈａｎｃｏｎｃｒｅｔｅ，ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｐｓｅｕｄｏｓｔｒａｉｎｈａｒｄｅｎｉｎｇａｎｄｍｕｌｔｉｐｌｅｃｒａｃｋｉｎｇｃａｐａｂｉｌｉｔｉｅｓｕｎｄｅｒｕｎｉａｘｉａｌｔｅｎｓｉｌｅｌｏａｄｉｎｇ，ｕｌｔｒａｈｉｇｈｆｌｅｘｕｒａｌｄｅｆｏｒｍａｂｉｌｉｔｙ，ｓｉｇｎｉｆｉｃａｎｔｄｕｃｔｉｌｅｆａｉｌｕｒｅｍｏｄｅｕｎｄｅｒｓｈｅａｒｌｏａｄｉｎｇ，ａｎｄｃｏｍｐａｔｉｂｌｅｄｅｆｏｒｍａｂｉｌｉｔｙｗｉｔｈｓｔｅｅｌｒｅｉｎｆｏｒｃｅｍｅｎｔａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄｉｎｄｅｔａｉｌ，ｗｈｉｌｅｔｈｅｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆｎｏｎ－ｓｅｎｓｉｔｉｖｉｔｙｔｏｎｏｔｃｈ，ｄｕｃｔｉｌｅｆｒａｃｔｕｒｅ，ｒｅｓｔｒａｉｎｅｄｓｈｒｉｎｋａｇｅｂｅｈａｖｉｏｒｉｎｂｒｉｅｆ．Ｒｅｇａｒｄｉｎｇｔｈｅｄｅｓｉｇｎｍｅｔｈｏｄ，ｐｓｅｕｄｏｓｔｒａｉｎｈａｒｄｅｎｉｎｇｍｏｄｅｌ，ｐｓｅｕｄｏｓｔｒａｉｎｈａｒｄｅｎｉｎｇｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｉｎｄｉｃｅｓａｎｄｈｏｗｔｏｃｈｏｏｓｅｆｉｂｅｒ，ｍａｔｒｉｘａｎｄｉｎｔｅｒｆａｃｅｆｏｒＵＨＴＣＣａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．Ｓｕｃｈｐｒａｃｔｉｃａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓａｓｉｎｉｍｐｒｏｖｉｎｇｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ，ｄｕｒａｂｌｅｒｅｐａｉｒｉｎｇ，ｕｓａｇｅｉｎｎｏｖｅｌｓｔｒｕｃｔｕｒｅ，ａｎｄｉｎｅｘｐａｎｓｉｏｎｐｒｏｊｅｃｔａｒｅｉｎｔｒｏｄｕｃｅｄ．ＴｈｅｐｒｏｓｐｅｃｔｏｆＵＨＴＣＣａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｉｓｓｕｍｍａｒｉｚｅｄ，ａｎｄｔｈｅｎｅｅｄｆｏｒｆｕｒｔｈｅｒｒｅｓｅａｒｃｈｎｅｅｄｉｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ＵＨＴＣＣ；ＰＶＡｆｉｂｅｒ；ｓｔｒａｉｎｈａｒｄｅｎｉｎｇ；ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙ；ｃｒａｃｋ；ｒｅｐａｉｒＥ－ｍａｉｌ：ｓｌｘｕ＠ｄｌｕｔ．ｅｄｕ．ｃｎ土木工程学报ＣＨＩＮＡＣＩＶＩＬＥＮＧＩＮＥＥＲＩＮＧＪＯＵＲＮＡＬ第４１卷第６期２００８年６月Ｖｏｌ．４１Ｎｏ．６Ｊｕｎ．２００８引言混凝土具有抗拉强度低、韧性差和开裂后裂缝宽度难以控制等缺点，因此，在传统的钢筋混凝土结构中，由于裂缝问题导致钢筋锈蚀而出现的工程事故经常发生，据有关工程单位的调查，我国建国后兴建的６０多座７０ｍ以上的混凝土坝均出现了程度不同的裂缝。
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]。