高延性混凝土材料

高延性混凝土由胶凝材料、骨料、添加剂和合成纤维组成。基于微观力学设计原理，按一定比例加水搅拌。成型后，具有高强度、高韧性、高抗裂性和高耐损伤性的特种混凝土具有200倍的拉伸性能。

良好的#性能→高延性混凝土可以用粉煤灰代替水泥，减少粉煤灰空气的严重污染；

自愈合能力→较强的自愈合能力提升了构件在不断变化的环境中的耐久性；

耐火性→纤维在高温下溶解，形成水蒸气迁移通道，释放构件中的蒸汽压力，避免水泥基体的分解和破坏；

4.拉伸性能可达普通混凝土的50~200倍；

多裂缝开发-实现裂缝而不坏-又称可弯曲混凝土。

纤维混凝土具有高强度、高韧性、高抗裂性和高耐损伤性，即高延性混凝土。其极限延伸率是普通混凝土的200倍以上，其中纤维的加入可以大大提升水泥基体的韧性，很好地防止裂缝的破坏，从而提升结构的强度和延达到抗震减灾的最终效果。

高性能混凝土纤维增强的发展历史。

纤维增强的高性能混凝土是在混凝土生产过程中由工程纤维水泥基复合材料制成的。混合纤维可以在一定程度上提升混凝土材料的抗拉强度、弯曲强度、抗剪强度等抗裂性指标。工程纤维增强水泥基复合材料(高延性)最早由密歇根大学Victor.C.Li教授提出。在此基础上，国际上提出了应变硬化水泥基复合材料(SHCC)。为了制备低成本、高性能的高延性，Li和Kanda将聚乙烯醇(PVA)用于纤维增强水泥基复合材料，制成聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料。近年来，混合纤维混凝土的研究也是研究人员的热点。

高性能混凝土纤维增强的各种力学性能。

混凝土材料制成的各种结构作为土木工程行业应用最广泛的材料，必须满足安全性和耐久性的要求。本文主要分析了高性能纤维混凝土的力学状态与普通混凝土的力学状态的比较，阐述了高性能纤维增强混凝土的优点。

1.抗拉性能。目前，拉伸试验是验证高延性各种性能参数最直接有效的方法。通过拉伸试验，我们可以直接得到拉伸弹性模量、开裂荷载、初始裂纹宽度、开裂应变、极限应变和更大裂纹宽度。通过对混凝土单轴拉伸性能的研究，发现不同PVA纤维增强混凝土的拉伸试验最终取决于裂缝表面纤维跨越裂缝的更低桥接作用。在混合了一定量的混合纤维的纤维混凝土复合材料中，由于非连续纤维立即分布在混凝土中，当裂缝达到一定程度时，裂缝区域的纤维可以有效地发挥桥接作用，从而防止裂缝的裂缝程度，限制裂缝的持续发展，达到增强效果的目的。

2.抗压性能。当单轴受压时，纤维增强的高性能混凝土的添加提升了受压应力作用下砂浆机体的压缩韧性。实验表明，纤维的添加提升了单轴受压棱柱体和立方体的抗压强度。实验研究表明，粉煤灰的含量对混凝土生产过程中的强度有显著影响。

3.延展性。高延性具有超高延展性，这表明它很少有类似于普通混凝土的脆性故障的可能性。工程性能是为事故提供可预测性。实验研究表明，在相同的几何尺寸和荷载条件下，高延性具有更高的强度、更大的延展性和最强的能量吸收能力和裂缝控制能力。

4.抗弯性能。三点弯曲试验可以很好地描述纤维增强高性能混凝土构件的性能。大连理工大学徐世珍利用薄板试件和梁试件研究PVA纤维增强水泥基复合材料的弯曲性能。实验研究表明，薄板试件在峰值荷载下可以产生很大的变形，但可以保持试件的完整性。

5.耐久性。高强度混凝土委员会指出，为了评价高延性混凝土的耐久性，应根据渗透性和抗裂性进行评价。抗渗性标准用于评价无裂缝混凝土对外界物质的抵抗力，包括水和气体的侵入性。抗裂性标准用于评价混凝土抗裂开发和持续发展的能力。现有数据显示，高延性混凝土的抗裂性高于普通钢筋混凝土。高性能纤维在复合材料中的均匀乱向分布形成了一种空间支撑体系，有助于产生二次增强效应。这种分散形式可以抑制混凝土的收缩，吸收开裂释放的能量，减少混凝土早期干燥收缩产生的裂缝，提升其韧性，减少裂缝引起的钢筋腐蚀。高延性材料具有良好的延展性和抑制裂缝宽度的特点。

高性能混凝土纤维增强成因理论分析。

纤维混凝土增强理论主要基于复合材料理论和纤维间距理论两种理论。

1.复合材料理论。复合材料理论是将高延性纤维混凝土的性能视为各种单一材料性能的集合，具有各种单一材料的综合性能，从而获得更好的延性等优异性能，从而实现材料性能的质的飞跃。

2.纤维间距理论。该理论从线性弹性断裂力学开始。认为要提升混凝土材料的强度，必须减少或消除其固有的内部缺陷，韧性取决于混凝土裂缝端的应力集中系数。在混凝土基体中，纤维可以弥补自身的缺陷，减少裂缝源的大小和数量，达到提升基体强度的目的。纤维间距越小，裂缝引起的应力集中越小，从而提升复合材料的强度和韧性。

高性能混凝土纤维增强的类型和特点。

纤维混凝土材料有：碳纤维和聚丙烯纤维、钢纤维和聚丙烯纤维、耐碱玻璃纤维和聚乙烯纤维增强混凝土。

实验研究表明，由高模纤维制成的混凝土可以获得单一纤维增强混凝土无法达到的强度和韧性等力学性能。然而，混合纤维高性能混凝土也可能产生两种不同的混合效应：正负混合效应。

纤维增强高性能混凝土在工程实践中的应用。

1.以高延性纤维增强混凝土材料为结构的主要材料，提升结构的抗震性能。

2.桥头跳车采用高延性纤维混凝土防治。

3.作为油气管道的保护层。