生态型高延性水泥基复合材料的可适性设计理论与可靠性验证Ⅰ:可适性设计理论

郭丽萍^1,2,3，谌正凯¹，陈波⁴，杨亚男¹

1. 东南大学材料科学与工程学院2. 江苏省土木工程材料重点实验室3. 江苏省先进土木工程材料协同创新中心4. 南京水利科学研究院水文水资源与水利工程科学国家重点实验室

摘 要：目前,国内普遍使用多元化固体废弃物粉末和自主研发的高强高模合成纤维来制备生态型高延性水泥基复合材料（Ecological high ductility cementitious composites, Eco-HDCC）。然而,原有高延性水泥基复合材料经典设计理论中的理论判据与现有Eco-HDCC材料的实际情况不完全相符,已不能适用于这类多元复合Eco-HDCC材料的可靠性设计与性能调控,因此,迫切需要对该经典材料设计理论进行修正和优化。本研究引入纤维分散系数和主裂缝断面有效纤维体积率两个修正参数,重新限定四个控制参数的取值范围,对经典HDCC设计理论进行了优化修正,并通过测试典型配比Eco-HDCC的宏观力学性能、微观力学性能与纤维分散度,评价可适性设计理论的合理性。研究结果证明,当采用本研究修正后的可适性设计理论并将关键设计参数取值范围控制于0.75≤α^*≤1、V_f,effect>1.5%、PSH₁>2.0、PSH₂>1.2时,Eco-HDCC材料可稳定实现高延性（单轴拉伸荷载下的极限应变超过2%）和多缝开裂的特性。本研究结果不仅可使采用多元化固体废弃物粉末和国内自主研发的高强高模PVA纤维制备的Eco-HDCC复合材料的设计过程更加有据可依、灵活可靠,而且能使其满足不同延性和性价比的工程需求,具有重要的理论意义和工程指导价值。

关键词：生态型高延性水泥基复合材料;可适性设计理论;有效纤维体积率;纤维分散系数;微观力学性能;