ECC基本力学性能及工程应用

极限拉应变可达3%以上。目前使用PE纤维制备的PE-

结构耐久性造成严重影响。工程设计水泥基复合材料(ECC)

是通过设计、调整材料微观结构得到的具备高延性、高韧性 和高裂缝宽度控制能力等优点的纤维增强水泥基复合材料，

ECC极限拉应变最高达到11%⑵，具备较高的拉伸延性。 宜接拉伸性能见图2。其极限拉伸应变能够达到3%以上，受压、受弯时具有较大的

变形能力。大量工程应用表明，ECC替代混凝土能带来较好

的综合效益。关键词:ECC ；基本性能；工程应用中图分类号:TU528.58

文献标志码:B文章编号：1672 -4011(2019)05 -0026 -02DOI：10. 3969/j. issn. 1672 - 4011. 2019. 05. 0111基本性能ECC以水泥、粉煤灰、微硅粉等为胶凝材料,PVA、PE等 纤维为增强材料，最粗骨料通常为精细砂，骨料直径在300

ptrn以下，以保证基体的均匀性。在纤维体积掺量低于2% 的情况下,硬化后的复合材料表现出与金属相似的应变硬化 特性，极限拉伸应变通常达到普通混凝土的300 ~500倍;受

拉、受弯时裂缝宽度控制在100 以下，阻裂性能优异。使

用ECC材料替代混凝土，能显著提高结构的变形能力和耐

久性能。1.1单轴压缩性能ECC不含粗骨料，压缩弹性模量低于普通混凝土，通常 为15-22 GPao抗压强度取决于配合比及原材料种类,28 d 强度一般为30 -80 MPa,最高可达到150 MPa[1]o受压时，

水泥基体开裂后,ECC内部纤维发挥作用，阻止断裂界面剥

离，试件表面出现大量裂纹而不脱落,变形能力较强，极限压

应变可达到普通混凝土的2〜3倍，单轴压缩性能见图lo1.2直接拉伸性能直接拉伸作用下,ECC基体开裂后，开裂截面处应力由

纤维承担，荷载瞬时下降后恢复。纤维的桥联作用使得荷载

持续波动增长，试件表面逐渐出现微细裂缝,直到裂缝数目

达到饱和，其中一条裂缝不断扩展，最终纤维被拉断或拔出，

试件破坏。伴随着多裂缝开展,ECC表现出应变硬化特性,收稿日期：2019 -03 -06作者简介：吴镇铎(1992 -),男，广东揭阳人，在读硕士研究生，主要 研究方向：ECC制备及应用。・26・图2 ECC直接拉伸应力-应变曲线及破坏形态1.3 受弯变形性能通常采用薄板四点弯曲试验评价材料弯曲韧性。不同

于混凝土薄板受弯脆性破坏,ECC薄板受弯时能将受拉面单 一裂缝分散为大量微细裂缝,裂缝宽度控制在较低水平,直

至某个受弯截面处拉应力超过纤维桥联应力,纤维被拉断或

拔出，裂缝不断扩展并贯穿受弯截面，试件破坏。ECC的开

裂强度通常低于普通混凝土，极限抗弯强度可达到混凝土的

2倍左右，从开裂到破坏耗时为普通混凝土数百倍，试件变 形较大，受弯韧性较高，见图3。图3 ECC受压、受拉及受弯板底开裂形态1.4其他性能ECC原材料中细度较小的粉煤灰、微硅粉等颗粒能够填 充内部孔隙,随着龄期增长，二次水化反应逐步进行,材料内

部初始缺陷逐渐减小,材料抗渗性能和氯离子渗透系数逐渐

降低，使得ECC具备有限的自愈能力和优异的抗渗性能⑶。矿物复掺使ECC具备其他性能。复掺石灰石粉的ECC

材料能够抑制早期开裂，自愈性能提高；复掺偏高岭土的

ECC具备较低的干燥收缩性和孔隙率，基体更密实[4_5] o对ECC构件的研究表明,ECC能显著提高梁构件的弯

曲变形性能和抗剪性能，但箍筋过密会ECC变形，降低

构件变形能力;循环加载下的ECC梁柱构件表现出较强的

裂缝宽度控制能力和较高延性,其滞回曲线更加饱满,耗能

能力更强⑹。2工程应用

ECC高延性、高韧性及优异的裂缝宽度控制能力能够有 效解决传统混凝土受拉脆性带来的结构耐久性问题,长期效

第45卷第5期2019年5月6 iJ g 坊Sichuan Building MaterialsVol.45,No.5May, 2019益较高，具备良好的应用前景。各国研究人员尝试将ECC

构件的变形能力和耗能能力，适用于需要大变形能力的结构

构件。日本鹿岛建筑公司在东京Glorio Roppongi高层公寓

应用于实际工程当中(见图4),取得了较好的效果。楼中采用ECC连梁连接每层的核心墙，旨在发挥ECC较高 的耗能能力，提高建筑的抗震性能。3结语目前国内外对ECC进行了大量的理论和试验研究，工 程应用也越来越多。ECC具备优异的力学和耐久性能，能够

弥补传统混凝土抗拉能力不足导致的结构耐久性问题，综合

但)桥面连接板效益较高。目前ECC较高的成本了材料的应用，随着 技术的逐渐成熟，成本将不断降低,ECC的应用将更加广泛。[ID：007814]参考文献：[1 ] Ranade R,Li V C,Stults M D,et al. Composite Properties of High

-Strength, High - Ductility Concrete[ J]. ACI Materials Journal,

2013,110(4) ：413 -422.[2] Yu K, Wang Y, Yu J,et al. A strain - hardeningcementitious com­

posites with the tensile capacity up to 8% [ J ]. Construction and

(b冰坝修复(c)抗震连梁Building Materials ,2017,137 ：410 -419.图4 ECC X程应用[3 ]蔡新华.超高韧性水泥基复合材料耐久性能试验研究[D ].大

连:大连理工大学,2010.2.1桥面板及桥面连接板ECC材料最早为满足桥面连接板柔性变形、控制裂缝开 展等性能要求而设计，目前在美日等地做了大量桥梁工程实

际应用，如美国密歇根州94号高速公路桥面连接板、日本

[4] Siad H, Alyousif A,Keskin 0 K,et al. Influence of limestone pow­

der on mechanical, physical and self - healing behavior of engi­neered cementitious compos让es [ J ]. Construction and Building Ma­

Mihara大桥等。对比钢筋混凝土桥面板,ECC能在减轻桥梁 自重的同时，有效抑制桥面开裂，提高桥梁使用寿命⑺O 2.2结构修补优异的耐久性能和抗渗能力使得ECC在结构修复中具

有极高的应用价值。日本Mitaka水坝长期运行过程中，表面

terials,2015 ,99 :1 - 10.[5 ] Ozbay E, Karahan 0, Lachemi M, et al. Investigation of Properties

of Engineered Cementitious Composites Incorporating High Volumes of Fly Ash and Metakaolin [ J ]. Materials, 2012, 109 ( 5 ) ： 565 -572.[6]

李庆华，徐世焜.超高韧性水泥基复合材料基本性能和结构应 用研究进展[J]•工程力学,2009,26(S2) ：23 -27.混凝土严重受损，出现开裂渗水现象，以ECC喷射层覆盖表

面后运行状况良好；日本滋贺县水渠受损后分别采用

ECC和玻璃纤维聚合物砂浆进行修补,使用一段时间发现, 聚合物砂浆出现较大裂缝，而ECC修补层的裂缝极小，抗裂 性能更好⑻。[7] [8]

丁一，陈小兵,李荣.ECC材料的研究进展与应用[J].建筑结 构,2007,37(Sl) ：378 -382.刘志凤.超高韧性水泥基复合材料干燥收缩及约束收缩下抗 裂性能研究[D].大连:大连理工大学,2009.2.3结构抗震构件钢筋增强ECC构件在循环荷载下具备优于钢筋混凝土(上接第21页)[22] 孔祥清，袁绍林,董锦坤，等•聚丙烯-玄武岩混杂纤维再生混

凝土高温性能试验研究[J].科学技术与工程,2018,18(21)：

[17] 薛丹丹，裴长春•混杂纤维再生混凝土的力学及抗裂性能试验

研究[J].山西建筑,2014,40(33) ： 102-104.101 - 106.[18] 姚琳,裴长春•混杂纤维再生混凝土基本力学性能试验研究 [23] 薛丹丹•钢-聚丙烯混杂纤维再生混凝土梁抗裂性能试验研

究[D].延边:延边大学,2015.[J] •山西建筑,2016,42(35) ：117-119.[19 ]刘慈,崔佳伟,邓佳卓,等.不同掺入率混杂钢纤维对再生混凝

土性能的影响[J] •混凝土与水泥制品,2016,43(12) ：53 -56.[24] Zhang Hai_Long, Pei Chang-Chun. Flexural properties of steel fiber

types and reinforcement ratio for high-strength recycled concrete

[20] 章文姣，鲍成成,孔祥清，等•混杂纤维掺量对再生混凝土力学

性能的影响研究[J] •科学技术与工程,2016,16(13)：106 -

beams [ J ]. Advances in Structural Engineering, 2017,20 ( 10 )： 1512 -1522.[25 ]刘华新，杨剑伟,王学志,等•纤维材料与再生混凝土组合应用

研究进展[J].硅酸盐通报,2017,36(2):7 -14.112,123.[21] 王曙光.快速修复路面的混杂纤维水泥混凝土基本性能试验

研究[D].锦州：辽宁工业大学,2017.・27・