本文利用薄板试件和梁试件,采用三分点加载,对超高韧性水泥基复合材料(Ultra High Toughness Cementitious Composite,简称UHTCC)的受弯性能进行了试验研究,并在试验结果的基础上探讨了适于UHTCC弯曲韧性的评价方法。薄板四点弯曲试验表明,UHTCC材料具有可与金属相比拟的弯曲变形能力。四点弯曲梁试验表明,UHTCC材料具有优异的裂缝无害化分散能力,在荷载达到峰值裂缝开始局部化扩展之前,裂缝在整个梁深几乎始终以扁平形式存在和扩展,宽度始终保持在几十个微米量级,不同梁深位置的变形协调通过裂缝条数的变化实现。梁试验表明,UHTCC具有非常高的耗能能力,到达峰值荷载时消耗的能量是对应钢纤维消耗能量的13倍,该材料试件在跨中挠度达到l/60时仍能够保持良好的完整性,是用于结构抗震的理想材料。在弯曲韧性的评价方法分析中发现,ASTMC1018方法中的韧性指数用于评价UHTCC可能会引起一定的误导,将限定计算挠度扩展后的JSCE-SF4方法能够很好地描述该材料的耗能能力,而本文定义的"变形硬化系数法"通过给出不同变形情况下的抗弯强度,不仅能够有效评价UHTCC的韧性特征,也能够很好地满足当前结构设计的需求,总之,经过改进后的JSCE-SF4方法结合"变形硬化系数法"能够从能量和强度两个方面全面地评价UHTCC的弯曲韧性。
对已有应变硬化水泥基复合材料薄板型试件的直接拉伸试验方法进行改进,并利用改进后的测试方法研究超高韧性水泥基复合材料(Ultra High Toughness Cementitious Composite,简称UHTCC)的受拉性能,通过试验系统地给出利用国产基体原材料配制的超高韧性水泥基复合材料的直接拉伸特性,具体包括直接拉伸应力-应变曲线和极限裂缝宽度等特征指标。试验结果表明,所研制的超高韧性水泥基复合材料的极限拉应变可以稳定地达到3%以上,并具有良好的裂缝宽度控制能力,在荷载达到峰值的情况下对应的裂缝宽度可以有效地控制在100μm以内,有些甚至在50μm以内,可称为"无缝混凝土"。还利用该方法对具有不同初始缝高比的双边对称开口薄板试件进行系统地研究,试验表明超高韧性水泥基复合材料对缺口不敏感,即使在初始缝高比达到0.5的情况下,超高韧性水泥基复合材料仍具有显著的应变硬化性能及良好的裂缝无害化分散能力。超高韧性水泥基复合材料这些优异的性能将使其在结构防裂、防水、抗震、耐久性修补与防护等方面发挥显著作用。
