摘 要

水泥混凝土有着诸多优点，例如成本低廉、加工方便、成型简单和强度高等优点。因此在建设工程中得到了广泛应用。但随着工程结构对建筑材料的要求越来越高，水泥混凝土抗折性能差、韧性低和脆性大等缺点不可避免地暴露出来。在此情形下，高延性水泥基材料（Engineered Cementitious Composite, ECC）应运而生，这是一种在混凝土中添加PVA纤维的新型混凝土，其抗折强度，抗拉强度和韧性等相对于普通混凝土而言得到了有效提升。本文则研究了不同水胶比不同超吸水树脂(Super Absorbent Polymer, SAP)掺量的情况下，ECC的各项力学性能的变化。通过对样品进行拉伸强度和抗压强度测试发现。ECC的极限拉伸应变和极限拉伸强度均和水胶比有关。SAP的掺量一部分也影响了ECC的拉伸强度。同时随着水胶比的增加，ECC的抗压强度抗折强度明显减小。当SAP掺量为0.2%时，抗压强度抗折强度为最大，SAP掺量为0.4%时，抗压强度和抗折强度最小。同时水胶比对ECC的干燥收缩有着较大的影响，随着水胶比的上升，ECC的干燥收缩应变值是变大的，体积稳定性下降。SAP则对ECC的体积稳定性有促进作用，掺加SAP后，ECC的干燥收缩应变值下降了10%~15%。

关键词：高延性水泥基材料；聚乙烯醇纤维；高吸水树脂；力学性能；体积稳定性

Abstract

Cement concrete has many advantages, such as low cost, convenient processing, simple forming and high strength. So it is widely used in construction projects. But as the engineering structure is more and more high to the requirement of building materials, cement concrete flexural performance is poor, low ductile and brittle faults inevitably exposed. In this case, the high ductility cement base material (Engineered Cementitious Composite, ECC) arises at the historic moment, this is a new concrete adding PVA fiber concrete, the flexural strength, tensile strength and toughness has been effectively compared to the ordinary concrete. This paper has studied the different water-binder ratio of Super Absorbent resin (Super Absorbent Polymer, SAP) dosage, ECC all the changes in mechanical properties. The test of tensile strength and compressive strength of the sample was found. The ultimate tensile strain of the ECC and the limit tensile strength are all related to the water glue ratio. The amount of admixture in SAP also affects the tensile strength of the ECC. At the same time, the compressive strength of ECC decreases significantly with the increase of water glue. The strength of the compressive strength was the maximum when the SAP was 0.2 percent, and the strength of the compressive strength and the least resistance were the lowest when the SAP was 0.4 percent. At the same time, the drying shrinkage of ECC has a large effect, and as the ratio of water glue increases, the drying shrinkage strain value of ECC is greater and the volume stability decreases. SAP has contributed to the stability of the ECC, and the drying shrinkage of ECC has been reduced by 10% to 15% after adding SAP.

Key Words：Fiber cement matrix composites；Polyvinyl alcohol fiber；Super absorbent polymer ; mechanical property；Volume stability

目录

第1章 绪论 1

1.1 研究背景和意义 1

1.2 国内外研究现状 3

1.3 研究内容 5

1.4 预期目标 5

第2章 试验材料、设备及试验方法 6

2.1 试验材料 6

2.1.1 聚乙烯醇纤维 6

2.1.2 水泥 7

2.1.3 粉煤灰 7

2.1.4 减水剂 9

2.1.5 高吸水树脂（SAP） 9

2.1.6 骨料 9

2.2 试样成型及试验方法 10

2.2.1 试样成型 10

2.2.2 单轴拉伸试验 10

2.2.3 抗折强度和抗压强度 11

2.2.4 混凝土体积稳定性测试 12

2.2.5 微观形貌测试 12

第3章 试验结果及分析评价 13

3.1 实验研究内容 13

3.2 单轴拉伸性能 14

3.2.1 水胶比对ECC单轴拉伸性能的影响 14

3.2.2 SAP掺量对ECC单轴拉伸性能的影响 16

3.3 抗压强度的影响 18

3.3.1 水胶比对ECC抗压强度的影响 18

3.3.2 SAP掺量对ECC抗压强度的影响 19

3.4 抗折强度的影响 20

3.4.1 水胶比对ECC抗折强度的影响 20

3.4.2 SAP掺量对ECC抗折强度的影响 21

3.5 干燥收缩的影响 22

3.5.1 水胶比对ECC干燥收缩的影响 22

3.5.2 SAP对ECC干燥收缩的影响 22

第4章 结论与展望 24

4.1 结论 24

4.2 展望 24

参考文献 25

致 谢 26

第1章 绪论

1.1 研究背景和意义

在现代土木工程中，水泥混凝土被广泛地应用。水泥混凝土是一种由水泥、水、骨料、矿物掺和料和外加剂所组成的复合材料。我们从混凝土的配方上就可以发现混凝土的诸多优点。，例如：材料来源广泛，制备工艺简单，成型方便以及价格低廉等。因此混凝土被广泛的应用在各种基建工程中，例如国防建设、交通、铁路、海洋及民用建筑等都得到了大量应用，可以说混凝土是现代文明的基石之一。随着混凝土的应用增多及对其性能要求的提高，一些本来并不突出的缺陷也变得不可忽视。例如：混凝土的抗拉强度低、韧性差，因此在建筑工程中都是做抗压材料，其抗拉能力往往是由混凝土所包裹的钢筋所提供的，但是即使是这样钢筋混凝土的抗拉能力依然是非常的差。这无疑是限制了混凝土的应用，在现在设计越来越复杂，建造难度越来越大的情况下，无疑是不行的。因此有学者们提出各种技术方法以提升混凝土的韧性、抗拉强度等性能。

混凝土的改进无疑是困难的，很多的技术方案被提出然后又被废弃。最后学者们提出了在混凝土中添加纤维的做法^[1]。在一开始的时候，学者们添加了钢纤维，玻璃纤维，碳纤维等纤维，在一定程度上提高了混凝土的韧性，但是对第一条裂纹开裂后的导致的极限拉伸强度及拉伸应变提高有限，使传统的纤维混凝土仍然无法承受较大的弯曲载荷和拉伸载荷，在这两种情况下，混凝土依然会出现应变软化的现象。但是之前的研究不是白费的，其积累的一些技术资料为以后探明出纤维增韧混凝土复合材料的机理打下了理论基础。于是到了20世纪60年代初期，纤维复合材料被正式的应用在了实际建设中。