高延性混凝土的基本定义
高延性混凝土(Engineered Cementitious Composite,简称)是一种以合成纤维(如聚丙烯粗纤维、聚乙烯醇纤维等)为增强材料的纤维增强水泥基复合材料。)以水泥、石英砂等为基体,基于微观力学和断裂力学原理,又称“弯曲混凝土”。与传统混凝土的“脆性破坏”特性不同,其核心功能是通过纤维与基体的协同作用,实现“高延性、高韧性”的变形能力。
高延性混凝土的核心特性
1. 高延性和应变硬化效应:
极限拉应变可达3%~8%(普通混凝土仅为0.01%~0.02%),是普通混凝土的300倍以上;在拉伸过程中,出现了“应变硬化”的特点——裂缝随应变增加而逐渐增大,但不会突然断裂,始终保持结构完整,不会出现普通混凝土的“脆性破坏”(例如突然开裂、崩塌)。
2. 高抗裂裂缝和裂缝控制能力:
裂缝开裂特性明显,裂缝宽度可控制在60。μm以内(最小开裂宽度远小于结构允许的,例如普通混凝土开裂宽度通常超过200μm),有效地防止裂缝扩展,提高结构的耐久性。
3. 高韧性:
受压损伤时韧性较高(损伤后二次加载仍能保持约90%的残余强度),在承受冲击或爆炸荷载时能有效吸收能量,减少结构损伤。
4. 纤维增强机制:
纤维作为一种“拉筋”,在基体中均匀分散,通过“桥梁连接”防止裂缝扩展——当基体出现裂缝时,纤维通过裂缝承受拉力,使材料继续承受,这是其高延性的关键原因。
5. 其它优异性能:
自愈能力:裂缝中的纤维溶解后,会形成水蒸气迁移通道,释放内部蒸汽压力。同时,环境中的水分可以使未水化的水泥颗粒继续水化,填充裂缝,提高耐久性;
耐火性能:纤维在高温下溶解,释放蒸汽压力,避免水泥基体分解破坏,耐火性能优于普通混凝土;
性能:可以掺入粉煤灰代替部分水泥,减少二氧化碳排放。
区别于传统混凝土的关键
普通混凝土高延性混凝土性能指标
拉伸应变 0.01%~0.02%(脆性破坏) 3%~8%(延性破坏,裂纹不坏)
裂缝宽度通常超过2000μm 控制在60μm以内
韧性低(易突然断裂)高(吸收能量,减少破坏)
加固方法需要绑扎钢筋、支模板、浇筑混凝土,只需压10~20mm厚层,无需钢筋。
主要应用领域
1. 加固砌体结构:
将高延性混凝土表面(厚度10~20mm)压在墙面上,通过与原结构粘结形成一个整体,提高砌体墙的开裂荷载、后继承力和变形性能,适用于老房子、校舍、城乡民用建筑的抗震加固。
2. 桥梁和隧道工程:
用于桥梁、桥墩等构件的抗震加固,提高承载能力和耐久性;用于隧道工程的内衬修复,防止地下水渗入,延长使用寿命。
3. 保护历史文化遗产:
用于加固石库门、古建筑外墙等历史建筑,单面施工可以保持建筑外立面,兼顾文化遗产的保护和结构。
4. 其他领域:
桥面铺装(减少裂缝)、水利工程(如大坝渗漏修复)、建筑物装饰(制作复杂的形状构件)等。
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