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关键词： 节点灌浆材料   病害成因分析   正交试验   纤维增强性能   拉拔试验  

摘要： 装配式桥梁结构预制构件间的节点作为结构的薄弱环节,其稳固性成为了装配式桥梁结构安全性能的关键。波纹管灌浆连接作为近几年我国装配式桥梁节点处主要采用的一种新型连接方式,其中节点灌浆材料的好坏对波纹管灌浆连接的整体性有着重要的意义。虽然我国市场上的节点灌浆材料种类繁多,但目前现有的大多数节点灌浆材料仍然具有脆性大、早期强度低等影响波纹管连接整体性的问题。因此本文通过对河北省装配式桥梁节点病害的整理和分析,总结出了节点病害的成因。基于此,依托“荣乌高速公路新线”项目首先对节点灌浆材料的基本力学性能、抗冻性能和纤维增强性能进行研究分析;然后通过波纹管灌浆对节点灌浆材料和钢筋新旧接触面之间的粘结性能进行拉拔试验。所得到的结论如下:(1)通过调研河北省内装配式桥梁沿线的工程地质、气象参数等资料,对河北省内的交通量和轴载等数据进行整理,探究河北省装配式桥梁节点病害成因,并对病害成因进行分析。(2)以抗压强度为主要指标,抗冻性、流动性和纤维增强性能为参考依据,可以得出装配式桥梁结构节点灌浆材料的最佳组合因素为:水胶比为0.26,胶砂比为1.20,矿物掺合料掺量为20%,粉煤灰和硅灰1:1混掺,纤维采用聚丙烯纤维,长度为6mm,掺量为0.5%。(3)通过正交试验系统的研究了纤维的掺量、长度和类型对节点灌浆材料的影响,研究可知,掺加纤维使节点灌浆材料的流动性、抗压强度和抗折强度得到了进一步地提升,也改善了节点灌浆材料脆性大,易碎裂等问题。(4)根据预制波纹管灌浆构件的拉拔试验研究发现,影响钢筋与节点灌浆材料粘结性能最重要的影响因素是抗压强度,次要的是锚固长度。当锚固长度大于基本锚固长度后,其极限承载力的变化趋于平衡,粘结强度基本保持不变。本研究取得的成果为减少装配式桥梁结构节点间的损坏提供了有效的技术支撑,同时为延长桥梁使用寿命,降低养护成本,具有重要的研究意义。

关键词： 变厚度复合材料   三维机织   低速冲击性能   弯曲性能   细观有限元模拟   失效机理  

摘要： 变厚度复合材料是一种重要的工程材料,在各类高性能要求的产品中具有广泛的应用。然而目前工程中常用的变厚度复合材料以层合材料为主,其受到载荷时易分层降低整体性能。为解决这一问题,本文基于合理的结构设计,在普通织机上使用玄武岩纱线作为经纬纱设计并织造了整体性好的连续变厚度的三维机织物,并采用VARTM(树脂传递模塑)工艺制备了树脂基变厚度复合材料,同时制作了两种不同的层合复合材料用于对比。根据ASTM标准进行了三点弯曲与低速冲击的测试,最后利用细观有限元方法对三维机织变厚度复合材料的弯曲性能进行了细观有限元模拟分析,探究了其损伤机理与破坏模式。 首先,不用三维织机,在普通织机上,采用分层角连锁结构,经过合理的组织设计,成功织造纬向连续变厚度三维机织物。以变厚度三维机织物为增强材料,环氧树脂为基体材料,采用VARTM工艺制备了三维机织变厚度复合材料。 其次,根据ASTM标准对层合复合材料和三维机织变厚度复合材料的正向与反向进行三点弯曲实验。实验结果表明,三维机织变厚度复合材料正向弯曲时载荷与能量吸收最大,分别为225.35MPa与5.230J。在弯曲方向相同时,三维机织变厚度复合材料的弯曲承载能力与能量吸收能力均大于层合复合材料弯曲承载能力。在结构相同时,材料沿正向弯曲的弯曲承载能力远大于材料沿反向弯曲的承载能力。在弯曲过程中层合复合材料的损伤形式主要为沿材料铺层方向的层间损伤,而三维机织变厚度复合材料的损伤为沿材料厚度方向的纤维断裂与树脂开裂,证明三维机织变厚度复合材料具有良好的层间性能。同时分析了材料损伤的机理。 然后,根据ASTM标准对层合复合材料和三维机织变厚度复合材料的正向分别进行25J、50J、75J和100J的低速冲击实验。实验结果表明,三维机织变厚度复合材料相较于层合复合材料具有更高的损伤容限;为研究材料损伤时的力学性能,采用50J冲击能对三维机织变厚度复合材料进行了反复冲击。结果表明材料损伤后的刚度仍在一定程度内得到了保持,证明了三维机织变厚度织物具有良好抗冲击能力;同时,分析了材料的损伤过程并揭示了材料损伤机理。 最后,采用细观有限元方法对材料的弯曲性能进行了模拟。建立了三维机织变厚度复合材料的正向弯曲与反向弯曲的细观有限元模型,对三维机织变厚度复合材料的弯曲性能、破坏模式进行分析。结果表明,有限元模拟与实验的弯曲应力-挠度曲线具有较高的吻合性,均表现为三个阶段,且正向弯曲与反向弯曲中有限元模型与实验的最大弯曲应力之间的误差为0.4%与0.8%,验证了三维机织变厚度复合材料细观有限元模型的准确性。同时利用该细观有限元模型,具体分析了材料在承载过程中的损伤演化及失效模式,揭示了三维机织变厚度复合材料的失效机理,为三维机织变厚度复合材料的设计与应用提供了理论指导。

关键词： 环氧乳液改性砂浆   力学性能   孔隙结构   改性机理   耦合分析  

摘要： 聚合物改性混凝土作为一种结合聚合物与混凝土优点的复合材料,改进了普通混凝土的抗拉强度、耐磨、耐蚀、抗渗、抗冲击等性能,同时改善了混凝土的和易性。本文采用环氧乳液作为水泥砂浆的改性聚合物,重点研究了环氧乳液掺量和养护模式对改性砂浆性能的影响规律及作用机理。本研究中,对环氧乳液改性砂浆的流动性、力学性能、孔隙分布以及微观结构进行了分析。改性砂浆的环氧乳液掺量为0%、5%、10%、15%和20%,同时保持所有砂浆的流动性相同。所有环氧乳液改性砂浆试件在干养护、湿养护和干湿养护模式下养护7、14、28、45、60和90天后,进行抗压强度、抗折强度、压汞实验(MIP)和扫描电镜(SEM)测试,来分析环氧乳液对改性砂浆的工作性能、力学性能和孔隙分布的影响。实验结果表明:随着环氧乳液的掺入,改性砂浆的流动度呈先增大后减小的趋势,掺量为10%时流动性最好;随着环氧乳液掺量的增加,所有改性砂浆试件的抗压强度不断减小,干养护条件下的试件抗折强度呈先增大后减小的趋势,湿养护条件下的试件抗折强度呈减小的趋势,干湿养护条件下的试件抗折强度呈先减小后增加,然后再减小的趋势;环氧乳液可以显著提高砂浆的折压比,改善普通砂浆的韧性;普通水泥砂浆适合湿养护模式,而环氧乳液改性砂浆则需要干湿养护环境;环氧乳液的掺入有助于改善普通水泥砂浆微观结构,然而在湿养护模式下几乎没有观测到连续的网状膜结构;随着环氧乳液掺量的增加,改性水泥砂浆中的微孔比例趋于减少,而大孔的比例趋于增加,同时环氧乳液的掺入阻碍了砂浆体系中水泥的水化过程,从而导致凝胶孔的比例增加。本文采用试验研究和理论分析结合的方法,通过模型拟合来揭示环氧乳液改性砂浆硬化机理和力学性能发展规律,分析水泥水化反应和聚合物固化反应之间的耦合作用机理,探讨水化度和聚合度的耦合过程对改性砂浆宏观力学性能的影响机制。同时通过复合对数正态分布模型来分析改性砂浆的孔隙结构分布情况,建立环氧掺量与模型分布参数的关系,为环氧乳液改性水泥砂浆的配合比设计提供理论依据。

关键词： 硅橡胶/纤维复合材料   DMA   霍普金森压杆   阻尼性能  

摘要： 甲基乙烯基硅橡胶的材料其强度低,阻尼因子小,有效阻尼温域窄,限制了其在减振降噪耐冲刷领域的应用。本文采用开炼机将短切碳纤维、白炭黑和甲基乙烯基硅橡胶共混后,与碳纤维布（碳布）复合,应用针刺热压方法制备硅橡胶/纤维复合材料;分别通过动态热机械分析仪（DMA）、霍普金森压杆技术和万能拉伸试验机、摩擦磨损试验机等对硅橡胶/碳纤维复合材料的动、静态力学性能进行了系统分析和研究。主要研究内容及实验结果如下:（1）在组分为100g甲基乙烯基硅橡胶、30g白炭黑、10 g羟基硅油的基础上添加4层和0层碳纤维布的硅橡胶/碳纤维复合材料相比较,前者的抗拉强度为12.817 MPa,断裂伸长率为362.178%,硬度为59.2 HA,密度为1.086 g/cm3。相比于后者分别提高了748.36%、92.46%、38%、1.12%。（2）在组分为100g甲基乙烯基硅橡胶、30g白炭黑、10 g羟基硅油、10 g短切碳纤维的基础上添加4层和0层碳纤维布的硅橡胶/碳纤维复合材料相比,前者抗拉强度为12.808 MPa,断裂伸长率为257.05%,硬度为70.9 HA,密度为1.180g/cm3,相对于后者分别提高了966.1%、77.18%、35.31%、7.27%。硅橡胶基复合材料的抗拉强度、硬度等静态力学性能随碳纤维布层数的增加而提高。说明碳纤维布的添加可以提高硅橡胶基复合材料的静态力学性能。（3）利用霍普金森压杆技术对硅橡胶基复合材料吸能机制进行研究分析。仅改变应变率大小,探究应变率大小对硅橡胶/碳纤维复合材料吸能机制的影响。实验结果表明:随应变率的提高,硅橡胶基复合材料的应力也在增大。当应变率为5300 s-1时,复合材料的冲击应力可达到183.547 MPa。仅改变碳纤维布的层数,探究在不同应变率下碳纤维布层数对硅橡胶复合材料阻尼性能的影响。通过研究得随应变率的增大硅橡胶复合材料的阻尼吸能特性提高,随碳纤维布层数的增加硅橡胶复合材料的阻尼吸能特性也提高。（4）由动态热机械性能测试（DMA）分析可知:不论在常温压缩模式还是常温剪切、变温压缩模式下,添加碳纤维布均可以提高硅橡胶基复合材料的阻尼性能和吸能特性。在-150～400℃的温度范围内。组分为100 g甲基乙烯基硅橡胶、30g白炭黑、10 g羟基硅油、10 g短切碳纤维、4层碳纤维布的硅橡胶复合材料的储能模量在-45℃时达到峰值,为181.451 MPa,相比于组分为100 g甲基乙烯基硅橡胶、30 g白炭黑、10 g羟基硅油、4层碳纤维布的硅橡胶基复合材料的储能模量提高了159.61%。这说明短切碳纤维的加入能更好的提高硅橡胶基复合材料的阻尼性能。

关键词： 寒冷地区   耐久性   应力松弛   低温性能  

摘要： 近年来,我国路网密度迅速上升,且以沥青路面为主,截至2021年底,我国公路总里程达528万公里。与此同时,在寒冷地区,沥青路面早期病害问题突出,降低了路面的使用寿命,增加了道路养护成本。本研究是以新疆寒冷地区为调研对象,开展相关研究,分析影响新疆沥青路面耐久性的因素,研究低温条件下,应力松弛能力与沥青路面耐久性的关系。首先,对新疆南北疆寒冷地区的地理特征、气候特征、道路病害分布情况进行了调研。调研结果表明,南北疆地区基本属于寒冷地区范畴,北疆地区整体比南疆地区更加寒冷,具备一定的降水量。南北疆地区沥青路面裂缝病害均为主要病害,且都以横向裂缝病害为主,其中北疆地区的裂缝病害比例比南疆地区的高。其次,分析组成沥青混合料的沥青、粗集料、细集料、砂、矿粉等原材料的作用,分析原材料性能与沥青混合料断裂形式的关系,总结寒冷地区耐久性沥青路面对原材料的性能需求,提出各原材料的性能控制指标,基于提出的关键指标,选择用于沥青混合料试验的原材料。再次,确定本研究采用的级配有SMA-13、AC-16、AC-20,对制成的沥青混合料试件分别进行了冻断实验、冻融劈裂实验、低温小梁弯曲试验、四点小梁弯曲试验。根据冻断试验结果可得沥青混合料的应力松弛能力会减缓混合料的应力累积速度,延长累积应力达到材料破坏强度的时间。为了验证沥青混合料应力松弛作用对沥青混合料耐久性的影响,本文的低温小梁弯曲试验采用了0℃、-10℃、-20℃三个试验温度和30mm/min、40mm/min、50mm/min三种加载速率,弯曲疲劳试验温度选用-20℃、-10℃、0℃三种,试验结果表明应力松弛能力的削弱以及发挥应力松弛作用的时间减少,会使沥青混合料低温抗裂性能和抗疲劳性能有变差的趋势。最后,运用粘弹性模型,拟合了温度应力的松弛过程与温度的关系,并进行了上面层材料考虑粘弹性的影响时,沥青路面力学响应的有限元分析。根据粘弹性模型拟合结果可知,温度越低,沥青混合料松弛能力所受抑制作用越强,且应力松弛能力的弱化速度是随着温度的降低而上升的。有限元分析的结果表明,在固定荷载条件下,应力松弛能力的强弱会影响青路面的应变累积情况,进而会影响路面抗疲劳性能。

关键词： 镁碳耐火材料   钙镁铝酸盐   液相   力学性能   抗热震性  

摘要： 镁碳耐火材料因其优异性能被广泛应用于转炉和电弧炉内衬以及钢包渣线等部位,已成为支撑钢铁工业安全稳定运行的重要材料。然而,随着炼钢技术的发展和炼钢节奏的加快,镁碳耐火材料的服役环境日益严苛,导致其使用寿命降低。近年来,一种新型钙镁铝酸盐(CMA)骨料已成功应用于制备镁碳耐火材料,并显示出相比于传统镁碳耐火材料更优异的使用效果。然而,目前较少有关于CMA骨料对镁碳耐火材料力学性能与抗热震性的研究,有必要进行系统研究。本文首先研究CMA骨料对镁碳耐火材料力学性能与抗热震性的影响,揭示含CMA骨料镁碳耐火材料高温下液相的形成与材料性能之间关系;其次,采用包覆技术制备尖晶石或氧化铝包覆CMA骨料,系统地研究包覆骨料对镁碳耐火材料力学性能和抗热震性的影响;最后,研究了CMA细粉的引入对镁碳耐火材料结构与性能的影响,并通过优化混料顺序调整CMA细粉的分布状态,探明CMA细粉含量和混料顺序的差异对镁碳耐火材料显微结构与其力学性能和抗热震性的关系。基于上述研究工作,得到如下主要结论:1.引入CMA骨料显著影响镁碳耐火材料力学性能与抗热震性。经200-1400℃处理后,试样抗折强度略低于未添加CMA骨料的试样,而当热处理温度升至1600℃时,试样的抗折强度有所升高。由热震试验发现,与未添加CMA试样相比,经1400℃热处理后含CMA骨料试样具有更高的残余强度比。当热震后再经1600℃热处理,含CMA骨料镁碳试样强度恢复更显著,由原先13.9MPa提高至14.7MPa。这是由于CMA骨料较镁砂骨料高的气孔率,影响了1400℃以下处理试样的抗折强度;但经1600℃处理后CMA骨料中低熔点铝酸钙液相形成,并促进了镁铝尖晶石晶须的形成,提高了材料的强度。2.引入尖晶石或氧化铝包覆CMA骨料有助于改善镁碳耐火材料的力学性能和抗热震性。经1600℃热处理后,相比于直接引入CMA骨料的试样,含尖晶石或氧化铝包覆CMA骨料试样抗折强度分别由13.3MPa提升至14.3MPa和14.9MPa。由热震试验表明,与直接引入CMA骨料试样相比,经1600℃烧后含尖晶石或氧化铝包覆CMA骨料试样的强度衰减明显降低,分别由原先7.6MPa提高至8.7MPa和8.8MPa。这主要是由于包覆CMA骨料具有相对较低的气孔率,并且包覆层限制了高温下CMA骨料中低熔点铝酸钙液相的渗透过程,而少量液相通过淬冷后包覆层的裂隙修复结构中的裂纹。***细粉含量和分布对镁碳耐火材料的力学性能和抗热震性有明显影响。当引入2.5wt%CMA细粉时,镁碳试样的抗折强度有所提高,尤其是CMA细粉分布在骨料周围的试样强度提高更显著。经1400℃热处理后,含2.5wt%CMA细粉镁碳试样抗折强度分别由原先13.1MPa提高至14.6MPa和14.6MPa;当CMA细粉引入量增加至5wt%时,镁碳试样抗折强度却明显降低。这是由于少量CMA细粉的引入在高温形成液相促进了镁铝尖晶石晶须的生成,但当CMA细粉量增加时,高温下过多液相导致其高温抗折强度降低。由热震试验显示,2.5wt%CMA细粉分布在骨料周围的镁碳试样具有最优的抗热震性。

关键词： 聚丙烯自增强   复合材料   力学性能   温度效应   本构模型  

摘要： 材料科学的迅速发展及环保意识的日益增长对复合材料提出了新挑战,完全可回收的轻质复合材料成为目前各个领域研究的热点。聚丙烯自增强(Self-Reinforced Polypropylene,SRPP)复合材料是以聚丙烯(Polypropylene,PP)纤维或织物增强PP树脂而成,其优异的抗冲击性以及界面结合力不仅能够克服异质复合材料的界面问题,而且回收工艺简单,具有特定的经济及环境效益,得到了汽车、运动器材和安全用品等领域的广泛关注。而SRPP复合材料的基体与增强体均为热塑性材料,其力学性能对温度十分敏感,在设计和开发SRPP复合材料制品过程中,极难对其机械性能和力学响应进行预测,且SRPP复合材料在热冲压成型工艺中易出现局部拉破等缺陷,现有商用仿真软件的前处理数据库中没有适用于模拟SRPP复合材料的材料库。因此为了扩大SRPP复合材料商业化应用并为材料的仿真模拟提供本构关系,需要对该材料力学性能的温度效应、本构模型的建立进行更深入的研究。本文旨在量化温度对SRPP复合材料力学性能的影响规律,并建立一个简单有效且能够准确预测不同温度下SRPP复合材料力学行为的本构模型,为该材料在国内的应用推广和有效成型提供参考。具体研究内容及结论如下:(1)采用差示扫描量热法(DSC)分别对PP纤维、PP薄膜以及SRPP复合材料的热性能进行了测试分析。结果表明:SRPP复合材料的玻璃化转变发生在-11.5℃左右,DSC曲线存在两个熔融峰,其中150.2℃对应复合材料中的基体相,比PP薄膜高1.5℃,166.9℃对应复合材料的增强相,比PP纤维低4.1℃。在PP纤维和PP薄膜熔融复合过程中,PP树脂基体的结晶度有所提高,而PP纤维受到了一定程度的损伤。(2)探究了SRPP复合材料力学性能的温度效应,在-40～120℃温度范围内对SRPP复合材料的拉伸性能、弯曲性能以及层间剪切性能进行了测试分析,并建立了各力学性能与温度间的经验公式。结果表明:对于拉伸性能,拉伸强度随着温度的上升呈现先增后减的趋势,在-20℃时达到最大值118.5 MPa,低于该温度时纤维和基体容易发生界面脱粘,导致强度下降;断裂伸长率从-40℃的24.8%一直增大至120℃的88.4%;玻璃态时的弹性模量始终维持在4.9 GPa左右,温度提升至-10℃时发生骤降并逐渐减小。对于弯曲性能,弯曲强度和弯曲模量均随温度的升高而降低,在-40℃时,弯曲强度和弯曲模量达到最大值,分别为113.7 MPa和4.9 GPa,在120℃时分别降为7.0 MPa和0.2 GPa。层间剪切强度从20℃的7.5 MPa减小至120℃的2.3 MPa,但在-40～0℃范围内受温度影响不显著。(3)采用扫描电子显微镜对SRPP复合材料的破坏形貌进行了观察。结果表明:对于拉伸破坏,温度低于-10℃时,材料表现为脆断,低于-20℃时界面脱粘程度加剧导致材料强度下降,而从-10℃开始至120℃表现为韧性断裂。对于剪切破坏,温度低于-10℃时剪切破坏模式主要表现为界面脱粘,当温度高于20℃时剪切破坏模式以基体破坏为主。(4)基于20～120℃温度范围内的拉伸试验数据,建立了考虑温度影响的SRPP复合材料的双参数唯象本构模型,并对拉伸应力应变曲线及强度模量进行了预测。结果表明:预测曲线与实验曲线的吻合程度以及预测拉伸性能的精度均较高,即本文提出的唯象本构模型能够对20～120℃温度范围内SRPP复合材料的拉伸应力应变曲线以及强度模量进行准确预测。

关键词： CF/PA6复合材料   湿热环境   静态力学性能   动态力学性能   疲劳力学性能  

摘要： 碳纤维增强复合材料（Carbon Fiber Reinforced ***）的广泛应用,对其力学行为和性能的准确预测的要求日渐提高。开展湿热环境对复合材料性能影响的研究有重要的学术意义和工程价值。本文以研究湿热环境下碳纤维增强尼龙6复合材料（CF/PA6）的力学性能退化和损伤破坏行为为目标,分析其湿热老化前后性能下降幅度与规律,通过傅里叶红外光谱分析（Fourier Transform infrared spectroscopy,FTIR）和动态热机械分析（Dynamic Mechanical Analysis,DMA）,激光共聚焦显微镜（Laser Scanning Confocal Microscopy,LSCM）等表征手段分析湿热处理前后材料的老化机理;通过湿热老化前后对比试验分别研究湿热老化对CF/PA6复合材料静态力学性能,动态压缩力学性能及拉-拉疲劳性能的影响,并通过扫描电子显微镜（Search Engine Marketing,SEM）微观表征分析湿热老化对其破坏模式的影响,研究结果为了解湿热环境对复合材料性能影响提供有益参考。主要内容如下: （1）通过硫化机热模压工艺制备了CF/PA6复合材料层合板和纯PA6树脂板、并分别研究两种不同材料的吸湿性行为及吸湿后物化性能变化。通过吸湿试验发现,在一定的温度范围内,温度越高,CF/PA6复合材料和PA6复合材料的吸湿率和达到饱和吸湿的速率越大;CF/PA6复合材料吸湿符合FICK吸湿规律;通过FTIR和DMA表征发现,吸湿过程主要发生物理反应而非化学变化,通过LSCM发现湿热老化后,材料内部出现了不同程度的损伤。 （2）湿热老化前后CF/PA6复合材料的静态力学性能退化及损伤破坏模式研究。研究表明,湿热环境对基体和界面影响较大,受界面和基体主导的90°方向力学性能,如90°拉伸强度/模量,弯曲强度/模量,90°压缩强度/模量和层间剪切强度,在湿热老化后性能衰减较为严重,纤维主导的0°方向的力学性能,如0°拉伸模量影响很小,0°拉伸强度、0°压缩模量/强度的影响较小,性能的衰减与材料吸湿率具有较高的正相关性。湿热老化前后,材料的破坏模式未发生明显改变。 （3）湿热老化前后CF/PA6复合材料的动态力学性能退化及损伤破坏模式研究。本章使用SHPB装置开展了CF/PA6复合材料的动态压缩试验,研究表明,材料的动态压缩强度0°>[0°/90°]s>90°,且在不同的纤维取向下,均有明显的应变率强化效应,应变率强化效应提升大小0°>[0°/90°]s>90°,湿热老化后材料的动态压缩强度得到提升,湿热老化前后,动态压缩试样的冲击破坏过程与破坏模式未发生较大改变。 （4）湿热老化前后CF/PA6复合材料的疲劳力学性能退化及损伤破坏模式研究。结果表明,CF/PA6具有较好的疲劳性能,在未经湿热老化处理之前疲劳极限位于65%UTS至70%UTS之间,即使湿热老化后,疲劳极限仍在60%至65%之间。通过对比湿热老化前后的S-N曲线可以得知,湿热老化前后疲劳寿命曲线具有相似的斜率,湿热老化未改变材料的疲劳寿命累积折减规律和渐进损伤破坏模式,疲劳损伤过程均呈现快-慢-快的三阶段退化。

关键词： 空心微珠   ECC   钢筋混凝土梁加固   粘结性能   耐火性能  

摘要： 工程水泥基复合材料(ECC)具有多重密缝稳态开裂特性以及良好的裂缝宽度控制能力,应用于结构加固中可提高加固结构的破坏承载力、消除应力集中引起的混凝土剥落现象、并能有效阻断有害介质通过过宽裂缝通道进入构件内部。同时,轻质ECC有利于减轻加固后结构的附加荷载,并降低总体成本;高温下,轻质ECC较低的导热系数可以延迟外界高温向加固结构内部传递,提高结构的耐火性能。本文在前人研究的大掺量粉煤灰ECC基础上,采用粉煤灰空心微珠(FAC)替换胶凝材料中的粉煤灰和细骨料石英砂,以研制具有较低密度和较低导热系数的ECC,并将优选配比制备的ECC应用于钢筋混凝土梁的加固中,初步探讨了高温作用对ECC-混凝土和砂浆-混凝土界面粘结性能的影响以及采用不同材料加固的钢筋混凝土梁在常温和高温下受弯承载性能的差异。本文主要工作及结论如下:1.试验共设计了6组FAC不同取代率的ECC配合比,并开展了工作性能试验、单轴拉伸试验、立方体抗压试验和导热性能试验,探究了不同FAC掺量对ECC工作性能、力学性能及导热性能的影响;综合分析各配合比的各项性能及其成本优选出了最佳配合比。研究表明:(1)当加入相同量的减水剂时,随着FAC替代粉煤灰取代量的增加,ECC搅拌过程中FAC易破碎、吸水现象越严重,导致ECC浆体流动性呈现变差趋势,其拓展度测量直径呈现变小趋势。(2)随着FAC取代量的增加,ECC的初裂强度、极限抗拉强度和拉伸应变总体呈下降趋势;当FAC掺量达到30%时,ECC的初裂强度和极限抗拉强度分别下降了57.1%和54.5%,其应变硬化特性基本丧失。(3)当采用FAC替代石英砂,一定程度上消除了薄弱界面过渡区的影响,有助于提高ECC基体密实度、显著提升ECC拉伸应变性能,但会导致ECC孔隙率增加、初裂强度和极限抗拉强度一定程度地降低。(4)随着FAC取代量的增加,ECC导热系数整体呈下降趋势;当FAC掺量为10%时,ECC导热系数有下降了53.7%;当FAC掺量大于10%时,ECC导热系数下降趋势变缓;表明FAC完整性以及封闭多孔结构对于降低ECC导热系数有显著影响。2.对常温下和高温作用后的16组共48个粘结试件开展了劈拉试验和直剪试验,初步探究了高温作用对ECC-混凝土和砂浆-混凝土界面粘结性能的影响。研究表明:(1)常温下,砂浆-混凝土粘结试件脆性破坏特征显著,ECC-混凝土粘结试件的破坏具有较大延性;高温作用后,二者在加载过程中均发生脆性破坏。(2)随着作用温度由200℃升高至600℃,砂浆-混凝土粘结试件和ECC-混凝土粘结试件的劈拉强度总体上呈下降趋势,前者衰减速率呈现先快后慢的规律,而后者衰减速率呈现先慢后快的规律。(3)随着作用温度由200℃升高至600℃,砂浆-混凝土粘结试件和ECC-混凝土粘结试件的直接剪切强度总体上呈下降趋势,二者随温度上升而衰减的规律基本相似。(4)粘结试件界面的劈拉强度和直剪强度受界面两侧抗压强度较弱的基体强度影响较大,其中较弱基体的抗压强度对界面劈拉强度影响较直剪强度影响更为显著。3.分别对普通钢筋混凝土梁(对比梁)、钢筋增强砂浆加固后的钢筋混凝土梁和钢筋增强ECC加固后的钢筋混凝土梁开展了常温静载试验,探究了不同加固材料对梁的破坏形态、裂缝发展模式和受弯承载能力的影响。研究表明:(1)在加载过程中,钢筋增强ECC加固后的钢筋混凝土梁的裂缝数量明显多于对比梁和钢筋增强砂浆加固后的钢筋混凝土梁,其裂缝形态呈现短而密的特点。(2)钢筋增强砂浆加固后的钢筋混凝土梁的开裂强度、屈服强度和极限强度相较于对比梁分别提高了103.7%、42.0%和42.4%;钢筋增强ECC加固后的钢筋混凝土梁的开裂强度、屈服强度和极限强度相较于对比梁分别提高了140.7%、48.2%和47.0%;砂浆加固层开裂后几乎不能承受拉伸荷载,而ECC加固层可在整个加载过程中提供稳定的拉伸应力,其对强度提高做出贡献。(3)钢筋增强砂浆加固后的钢筋混凝土梁中的加固钢筋晚于梁加固层上部原有钢筋屈服,钢筋增强ECC加固后的钢筋混凝土梁中的加固钢筋先于梁加固层上部原有钢筋屈服,表明加固钢筋在ECC加固层中比在砂浆加固层发挥的作用更为充分。(4)加固层开裂前,钢筋增强砂浆加固后的钢筋混凝土梁和钢筋增强ECC加固后钢筋混凝土梁加固层上部原有钢筋应变几乎相同,挠度也无差异;加固层开裂后,钢筋增强砂浆加固后的钢筋混凝土梁加固层上部原有钢筋应变和挠度迅速增长,二者之间的差距越来越大。4.分别对普通钢筋混凝土梁(对比梁)、钢筋增强砂浆加固后的钢筋混凝土梁和钢筋增强ECC加固后的钢筋混凝土梁开展了明火试验,探究了不同加固材料和不同加固厚度对加固梁耐火性能的影响。研究表明:(1)明火试验后,对比梁和钢筋增强ECC加固后的钢筋混凝土梁呈现受弯破坏形态,钢筋增强砂浆加固后的钢筋混凝