基于正交设计和灰色关联理论的混杂纤维ECC优化设计

高英力,裴甘鹏,徐艺珅,冷 政

(1.长沙理工大学交通运输工程学院,湖南 长沙 410114;2.佛山市交通科技有限公司,广东 佛山 528000;3.中建西部建设湖南有限公司,湖南 长沙 410004)

混凝土被广泛地应用在桥梁、隧道等工程基础设施中,但混凝土材料具有易裂、延性差、拉伸强度不足等问题,严重影响结构的耐久性,已成为阻碍其发展的关键工程问题[1]。工程用水泥基复合材料(Engineering Cementitious Composite,ECC)是为了克服水泥基材料易裂、脆性大、变形差等而发展的多重稳态开裂材料[2-3],其用低于2%体积掺量的高强度高弹性短纤维进行增延,极限拉应变可达到3%～5%,具有应变-硬化和稳态开裂特征[4],展现出较好的耐久性和韧性。但是ECC的高成本限制了其在建筑工程中的大规模应用。为了得到一种价格低廉、性能优越的ECC材料,部分学者开始利用混杂纤维改性ECC材料[5-6]。Y.PAN等[7]利用玻璃纤维和聚乙烯醇(Polyvinyl Alcohol,PVA)纤维混杂制备一种新型ECC机场道面材料,可以接受3万次冲击,大大延长了机场道路的服役时间。S.DEB等[8]将原纤化和单丝聚丙烯(Polypropylene,PP)纤维混杂制备了新的纤维组合ECC材料,其抗拉性能和延性得到提高,但弯曲性能提升不明显。Q.Zhang 等[9-10]将PP纤维和丙烯酸乳胶结合制备了一种超轻型ECC,通过单丝拔出试验发现聚合物可以明显提升纤维和基体的黏结性,其黏结能力相比常规ECC提升144%,能够更好地改善钢结构的耐火性及抗冲击能力。H.MA等[11]用碳酸钙晶须(Calcium Carbonate Whisker,CW)改性常规ECC,改性后的混杂纤维ECC材料较常规ECC材料抗压强度提升了23%,抗拉强度和拉应变分别提升了53%和114%。……