含粉煤灰陶粒高延性水泥基复合材料研发与有限元模拟

董智福; 谭海龙; 余江滔

doi:10.15935/j.cnki.jggcs.20241120.001

结构工程师 ›› 2025, Vol. 41 ›› Issue (04) : 111 -121. DOI: 10.15935/j.cnki.jggcs.20241120.001

含粉煤灰陶粒高延性水泥基复合材料研发与有限元模拟

董智福, 谭海龙, 余江滔

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摘要

本研究选取不同粒径的粉煤灰陶粒作为粗骨料，制备含粗骨料的高延性水泥基复合材料（Coarse Aggregate-Engineered Cementitious Composites,CA-ECC），分析了陶粒粒径对CA-ECC压缩和拉伸性能的影响。结合细观和微观试验，分析了CA-ECC高拉伸变形能力形成机制。基于随机骨料模型建立了CA-ECC细观数值模拟，在验证模型可靠性的基础上，开展了参数分析，阐述了陶粒的不同特征对CA-ECC拉伸性能的影响机理。结果表明：CA-ECC能维持良好的拉伸变形能力，当粒径在5～8 mm时，CA8-ECC的拉伸变形可以达到11%。观察断面后发现，裂缝在陶粒内部扩展过程中容易产生偏转和分叉，形成比常规ECC更密的裂缝。通过有限元分析发现，分布在ECC基体中的小粒径陶粒可以诱导损伤的扩展，使ECC基体损伤发展充分。此外，结合荷载条件下材料内部应力分布情况确定了良好的界面性能、合适的陶粒弹性模量和粒径是保证CA-ECC高变形能力的前提条件。