[发明专利]一种基于微观力学和断裂力学试验的ECC配方设计方法

权利要求书

1.一种基于微观力学和断裂力学试验的ECC配方设计方法，其特征在于，包括以下步骤：

(1)确定高韧性水泥基工程复合材料配方的预定目标；

(2)根据预定目标对高韧性水泥基工程复合材料的纤维参数进行选择和控制，其中纤维参数包括纤维类型、长度和直径；

(3)根据预定目标对高韧性水泥基工程复合材料的基体进行选择，其中基体为除纤维之外的其他所有组分；

(4)通过进行纤维-界面拉拔试验确定纤维-界面的影响因素；

(5)根据已选择的纤维、基体以及纤维-界面之间的影响因素来确定纤维的体积分数；

(6)在高韧性水泥基工程复合材料搅拌之前，利用纤维分散机使纤维充分分散，最后进行成品试块性能试验检测；

(7)若成品试块性能达到预定目标则不需要调整，否则从步骤(2)开始进行相应的调整。

2.根据权利要求1所述的基于微观力学和断裂力学试验的ECC配方设计方法，其特征在于，步骤2中纤维长径比要满足βL_f/2d_f＞2，其中L_f为纤维长度、D_f为纤维直径，β为滑移-硬化系数，纤维长度L_f大于纤维临界嵌固长度L_c且小于两倍的纤维临界嵌固长度L_c。

3.根据权利要求1所述的基于微观力学和断裂力学试验的ECC配方设计方法，其特征在于，步骤3具体包括基体各组分预配、确定基体断裂韧性K_m、弹性模量E_m，其中，基体的选择要满足稳态开裂准则、初裂应力准则和多缝开裂饱和指标；

Jtip≤σ0δ0-∫0δ0σ(δ)dδ=Jb′]]>

式中，J_tip为材料稳态开裂过程中裂缝推动力，即裂缝尖端断裂能，J’_b为总能量，σ(δ)为纤维复合材料连接法则，σ₀为最大连接应力，δ₀为裂缝开裂宽度，δ₀＝τL_f²/(E_fd_f(1+η)

σ0=12gτVfLfdf]]>

η=VfEfVmEm]]>

式中，L_f是单根纤维的长度，E_f为纤维的弹性模量，d_f是单根纤维的直径，V_f是纤维的体积分数，V_m为基体体积分数，E_m为基体弹性模量，τ是纤维与基体之间的界面摩擦粘结强度，g为缓冲因子，取值与缓冲系数f有关，缓冲系数f通过倾斜角的纤维拉拔试验确定；

J_tip和基体的断裂能J_m有关，当纤维体积分数小于3％时，裂缝尖端断裂能J_m等于J_m：

Jtip=Jm=Km2Em]]>

式中，K_m为基体断裂韧性，初裂应力准则即第一条裂缝时的开裂强度σ_cr，不能超过最大连接应力σ₀和多缝开裂饱和指标，J_b'/J_tip＞2.7，σ₀/σ_cr＞1.3。