课题基金 / 基金详情

高强ECC受火(高温)后的残余力学性能、爆裂机理及其改善措施

批准号:
52078083
项目类别:
面上项目
资助金额:
58.0 万元
负责人:
张志刚
依托单位:
学科分类:
工程材料
结题年份:
2024
批准年份:
2020
项目状态:
已结题
项目参与者:
张志刚

项目摘要

结项摘要

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中文摘要
ECC所展现出的高延性、超高韧性、微裂缝控制特性和耐久性,使其可满足下一代基础设施的要求,极具应用前景。为了适应现代经济发展的需求,满足超大跨径桥梁、超高层建筑等混凝土结构的设计要求,研发出更高强度、更高延性的ECC材料已成为世界性的研究热点。但是在遭受火灾(高温)时,高强ECC中的聚合物纤维发生熔融,导致其力学性能大幅下降,而且极易发生爆裂,引发人们对其在建筑结构中使用安全性的担忧。鉴于此,本项目以高强ECC的抗火性能为研究目标。首先,基于微观力学理论,从多个尺度层面揭示高强ECC在火灾(高温)后的力学性能劣化规律与机理;其次,借助现代先进测试技术与理论分析,探明高强ECC的高温爆裂发生机理;最后,参照高强混凝土高温抗爆的研究经验,结合高强ECC的自身特性,对其高温性能改善技术进行探索。本项目的顺利开展将丰富ECC火灾安全领域的理论体系,为高强ECC结构的工程实践提供理论依据和指导原则。
英文摘要
ECC exhibits high ductility, ultra-high toughness, micro-cracking behavior, and durability, which allow it to satisfy the requirements of next-generation infrastructures, and subsequently, shows great perspective in practical applications. To meet the needs of modern economic, and satisfy the design requirements for mega bridge/buildings, the development of ECC possessing high strength and high ductility has become the research hotspot worldwide. However, the melting of polymer fibers under fire or high temperature is likelihood to cause a significant deterioration in the mechanical performance of ECC, and simultaneously along with a severely explosive spalling, which raises the safety concerns of buildings as it is applied in structural elements. Therefore, this proposal puts a special emphasis on the performance of high strength ECC under fire. Firstly, the residue mechanical performance of high strength ECC and mechanism relates its deterioration after fire exposure are revealed from the perspective of multiple-scales based on micro-mechanics theory. Secondly, the mechanism about the occurrence of explosive spalling in high strength ECC under fire is clarified relying on the advanced testing technology and theoretical analysis. In final, combined the characteristics of high strength ECC, the improvement measures to its performance under fire is explored with referring to the research experiences in the field of high strength concrete. The research achievements will enrich the theoretical system of ECC in the field of fire safety, and provide the theoretical guidance for the application of high strength ECC in building structures.
高强ECC因其卓越的高延性、超高韧性、微裂缝控制及优异的耐久性,广泛应用于超大跨径桥梁、超高层建筑等现代基础设施。然而,高温环境下,ECC中的聚合物纤维熔融导致其力学性能急剧下降,并且材料易发生爆裂,威胁结构安全。鉴于此,本项目聚焦高强ECC的抗火性能,系统研究了高温作用下高强ECC的力学性能劣化规律、爆裂机理以及改善措施。本项目首先通过优化基体、纤维及纤维-基体界面的相互作用,设计并制备了强度达到93.17MPa的高强PE-ECC,且在常温下表现出优异的延性;随后,研究了传统PVA-ECC在高温下的力学性能变化,系统揭示了高温对PVA-ECC的微观结构和力学性能的影响;进一步,开发了四种不同强度等级的高强PE-ECC,分析了其在高温下的抗压强度、抗拉性能及爆裂特性;为了改善高强PE-ECC的高温爆裂行为,项目探索了PP纤维的掺入,通过改变纤维类型优化了材料的蒸汽逸出机制,显著提升了高温环境下高强ECC的爆裂特性;此外,将再生口罩纤维引入高强PE-ECC中,进一步改善了其高温下的拉伸性能和爆裂行为,为再生资源的应用开辟了新的方向;同时通过神经网络和机器学习模型的建立,本项目为预测高温下混凝土的爆裂行为提供了高效工具。本项目的研究成果不仅为高强ECC在高温下的性能优化提供了理论依据,还为高强ECC在建筑结构中的安全应用提供了科学依据和技术支持,推动了其在建筑行业的广泛应用。
高强ECC受火(高温)后的残余力学性能、爆裂机理及其改善措施
  • 批准号:
    --
  • 项目类别:
    --
  • 资助金额:
    58万元
  • 批准年份:
    2020
  • 负责人:
    张志刚
  • 依托单位:
无缝机场道面用高延性水泥基材料(ECC)的自愈合行为与机理研究
  • 批准号:
    51708061
  • 项目类别:
    青年科学基金项目
  • 资助金额:
    24.0万元
  • 批准年份:
    2017
  • 负责人:
    张志刚
  • 依托单位:
国内基金
海外基金