強度與延性相匹配的纖維增強水泥基複合材料設計

《強度與延性相匹配的纖維增強水泥基複合材料設計》是依託清華大學，由張君擔任項目負責人的面上項目。

基本介紹

• 中文名：強度與延性相匹配的纖維增強水泥基複合材料設計
• 依託單位：清華大學
• 項目負責人：張君
• 項目類別：面上項目

項目摘要

本項目申請者先期完成的基金項目高延性低收縮纖維增強水泥基複合材料設計及形成機理基礎上，繼續研究強度與延性相匹配的纖維增強水泥基複合材料組成設計方法。首先通過系統研究高模量纖維，如金屬纖維、聚乙烯纖維，低模量纖維，如聚乙烯醇纖維、聚丙烯纖維，與低乾縮水泥基材的界面粘接性能，在此基礎上建立各類纖維在不同強度等級低乾縮基材中纖維橋接應力模型基，通過三點彎曲試驗對上述模型進行驗證、修正；然後建立基於纖維橋接應力的纖維增強水泥基複合材料抗拉性能預測模型，通過該模型實現複合材料應變硬化與應變軟化的判定，與此同時也獲得纖維種類及其外形參數、摻量等參數對抗拉強度及極限拉伸應變的影響。通過上述兩個模型的建立及相關計算分析，實現基於最優纖維橋接應力的複合材料強度與延性的匹配設計，即最佳的纖維種類組合（最優混雜），外形尺寸及各自摻量，真正實現各盡其能，物件其用。

結題摘要

混凝土材料以其卓越的結構性能成為目前套用最廣、用量最大的結構工程材料。而混凝土與鋼筋混凝土結構性能的衰退直到最終退出工作均與混凝土材料的開裂及其脆性特徵有關。本項目在申請者先期完成的基金項目“高延性低收縮纖維增強水泥基複合材料設計及形成機理”的基礎上，繼續研究強度與延性相匹配的纖維增強水泥基複合材料組成及設計方法。首先通過系統研究高模量纖維，如金屬纖維、聚乙烯纖維，低模量纖維，如聚乙烯醇纖維、聚丙烯纖維，與低乾縮水泥基材的界面粘接性能，建立各類纖維在不同強度等級的低乾縮基材中纖維橋接應力模型，並通過三點彎曲試驗，逆推橋接應力與裂紋寬度關係，進而對上述模型進行驗證和修正，以確保該模型可用於指導纖維增強複合材料設計；第二，研究建立了基於纖維橋接應力的纖維增強水泥基複合材料抗拉、抗彎等力學性能預測模型，通過該模型實現複合材料應變硬化與應變軟化的判定及抗彎曲性能模擬，與此同時也獲得纖維種類及其外形參數、摻量等參數對力學性能的影響。通過上述模型的建立及相關計算分析，實現基於最優纖維橋接應力的複合材料強度與延性的匹配設計，即最佳的纖維種類組合（最優混雜），外形尺寸及各自摻量，真正實現各盡其能，物盡其用。第三，完成了低乾縮高延性纖維增強水泥基複合材料的工程套用研究，包括“無切縫水泥混凝土路面”、“結構保溫一體化建築外牆體系”及“農田水利工程用超輕高韌水槽”等，實現了基礎理論研究與工程實踐的結合。基於對本項目研究結果的總結，共發表各類文章15篇，其中SCI期刊論文7篇，EI期刊論文6篇，國核心心期刊論文2篇，同時獲批發明專利3項。