文章编号:１００１-９７３１(２０１５)０５-０５００１-０６
超高韧性水泥基复合材料自愈合研究进展?
阚黎黎１,王明智１,史建武１,施惠生２
(１．昆明理工大学环境科学与工程学院,昆明６５０５００;
２．同济大学先进土木工程材料教育部重点实验室,上海２０００９２)
摘一要:一在总结了最近几年国内外相关研究进展的基础上,对超高韧性水泥基复合材料(ECC)及裂缝自愈合进行了综述.着重介绍了裂缝自愈合的最大允许宽度限值以及自愈合机制.提出利用ECC所独具的对裂缝宽度的可控性及紧密细小的微裂纹二较低的水胶比及矿物掺合料的二次水化效应可实现其良好的自愈合特性.最后指出该研究领域所面临的挑战及今后的研究方向,为ECC裂缝自愈合的研究提供有价值的理论参考.
关键词:一超高韧性水泥基复合材料(ECC);自愈合;
裂缝;最大允许宽度限值;机制
中图分类号:一TQ１７２文献标识码:A DOI:１０．３９６９/j．issn．１００１-９７３１．２０１５．０５．００１
１一引一言
作为建筑结构最常用的材料 水泥基材料,具有脆性大二抗拉强度低二抗冲击能力差二易开裂等缺点,因荷载二高温下的体积变化二徐变二收缩以及冻融循环等因素[１]导致的裂缝不仅影响了材料的力学性能,更为重要的是裂缝的存在为水分和氯离子等有害介质侵入港口二桥梁二隧道二海上石油平台等海工混凝土结构提供了便捷通道,加速了钢筋锈蚀和混凝土性能的破坏,从而导致其耐久性劣化,对结构本身的安全性产生巨大影响.可以肯定的是,所有的钢筋混凝土构件都不可避免地会产生裂缝,传统混凝土结构的裂缝通常都在毫米级以上,这对于自愈合的实现是非常困难的.因此,寻找一种能最大程度地降低裂缝宽度二无需外界干扰二有利于裂缝自身愈合的新型水泥基材料变得极为迫切,成为混凝土,尤其是海工混凝土耐久性研究中亟待解决的重要课题,也是国内外最为关注的土木水利行业的热点问题和重要工程问题.
超高韧性水泥基复合材料(en g ineered cementi-tious com p osite,ECC)是近年来快速发展起来的一种高性能纤维增强水泥基复合材料.由于其所拥有的对裂缝宽度的可控性及多缝开裂的优良性能,使它具有了更为出色的自愈合特性.２一ECC材料
基于细观与断裂力学原理对纤维二基体以及纤维-基体界面体系进行系统设计二调整和优化的ECC是１种在纤维掺量极低(通常体积分数?２．０％)的情况下实现多条微细裂缝平稳展开二呈现超高韧性的新型纤维增强水泥基复合材料,其基本设计理念最早由美国密歇根大学的Victor C．Li教授在２０世纪９０年代提出.它克服了普通纤维增强水泥基材料纤维掺量大二施工技术复杂二造价高等缺点,是一种从实际性能要求出发而设计的新型水泥基复合材料.从受力开裂到极限破坏过程中ECC可产生多条间距仅为１~２mm(图１)[２]的紧密细小裂缝,即使是在较高应变破坏下,裂缝宽度仍保持在６０μm以下(图１)[３],表现出显著的应变硬化及裂缝宽度可控性.
图１一ECC多缝开裂[２]及典型的拉伸应力-应变曲线及裂缝宽度发展示意图[３]
Fi g１Multi-crackin g[２]and t yp ical tensile stress-strain curve and crack width develo p ment of
ECC[３]
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阚黎黎等:超高韧性水泥基复合材料自愈合研究进展
?基金项目:云南省应用基础研究基金面上资助项目(２０１３FB０２３)
收到初稿日期:２０１４-０６-０５收到修改稿日期:２０１４-１１-１０通讯作者:施惠生,E-mail:shs＠mail．ton gj i．edu．cn 作者简介:阚黎黎一(１９８０－),女,云南宣威人,副教授,博士,主要从事新型建筑材料研究.