[01494010]新型水泥基复合材料性能及应用研究

传统水泥基复合材料具有抗拉强度低、韧性差、脆性大、耐久性低和开裂后裂缝宽度难以控制等缺点,使得许多结构在使用过程中甚至是建设过程中就出现了许多不同程度、不同形式的缺陷。基于此,该项目通过在普通水泥基复合材料中掺加纳米粒子和PVA纤维配制出性能优良的新型水泥基复合材料,并通过各种力学性能和耐久性试验对该新型水泥基复合材料的力学性能、断裂性能、耐久性能和应用技术展开了研究。主要内容如下： （1）研究了纳米粒子和PVA纤维增强水泥基复合材料的配制方法,通过坍落扩展度试验,分析了纳米粒子和PVA纤维对水泥基复合材料工作性的影响,得出了PVA纤维掺量、纳米粒子掺量及种类、石英砂粒径等对纳米粒子和PVA纤维增强水泥基复合材料工作性影响的规律。 （2）通过立方体抗压强度试验和轴心抗压强度试验分析了纳米粒子和PVA纤维对水泥基复合材料抗压性能的影响,得出了PVA纤维掺量、纳米粒子掺量及种类、石英砂粒径等对纳米粒子和PVA纤维增强水泥基复合材料抗压性能影响的规律,揭示了水泥基复合材料抗压破坏机理。 （3）通过单轴拉伸试验和抗折强度试验,分析了纳米粒子和PVA纤维对水泥基复合材料单轴抗拉性能和抗折性能的影响,得出了PVA纤维掺量、纳米粒子掺量及种类、石英砂粒径等对纳米粒子和PVA纤维增强水泥基复合材料抗拉性能和抗折性能影响的规律,并分析了相应的影响作用机理。 （4）通过小梁试件的三分点加载弯曲试验,根据《钢纤维混凝土》中弯曲韧性的评价方法,采用等效初始弯曲强度、初始弯曲韧度比、等效残余弯曲强度和残余弯曲韧度比作为弯曲韧性评价指标,分析了PVA纤维对掺纳米粒子水泥基复合材料弯曲韧性的影响,并分析了试件弯曲破坏曲线的特点,得出了PVA纤维对掺纳米粒子水泥基复合材料弯曲韧性评价指标影响的规律。 （5）通过尺寸为100mm×100mm×400mm预切口小梁试件的三点弯曲试验,研究了纳米粒子和PVA纤维增强水泥基复合材料的断裂性能,并以有效裂缝长度、起裂韧度、失稳韧度、断裂能等为评价指标,分析了PVA纤维、纳米粒子种类及掺量、石英砂粒径等对纳米粒子和PVA纤维增强水泥基复合材料断裂性能的影响,并得出了这些因素对水泥基复合材料各断裂参数影响的规律,分析了纳米粒子和PVA纤维增强水泥基复合材料的断裂破坏机理。 （6）通过抗冻融试验、抗碳化试验、抗渗试验和抗裂试验,研究了纳米粒子和PVA纤维增强水泥基复合材料的各种耐久性能,分析了纳米粒子和PVA纤维对水泥基复合材料各种耐久性的影响,得出了PVA纤维掺量、纳米粒子掺量及种类、石英砂粒径等对纳米粒子和PVA纤维增强水泥基复合材料各耐久性评价指标影响的规律,揭示了水泥基复合材料损伤规律和耐久性能退化规律。 通过该项目研究,可探明纳米粒子和PVA纤维对水泥基复合材料抗压性能、抗拉性能、抗弯性能、断裂性能及耐久性能的影响,揭示纳米粒子和PVA纤维增强水泥基复合材料的抗压破坏、抗拉破坏及弯曲荷载作用下的破坏机理,探明复合材料断裂损伤规律和耐久性能退化规律,从而配制出满足实际工程要求的新型水泥基复合材料。该项目成果对推动纳米粒子和PVA纤维增强水泥基复合材料的工程应用具有重要的理论意义和实用价值。