現代土木工程中的水泥基複合材料小析
工程水泥基複合材料 (ECC) 是一種獨特的水泥混合物，具有包含低體積纖維和不同複合材料的獨特組成，它除了具有修複能力以外，還具有較高的延展性和拉伸強度。傳統混凝土和纖維增強混凝土具有脆性，是以在影響結構耐久性的環境和機械載荷下容易産生開裂。
關于ECC在濕熱環境中的耐久性問題，就纖維本身的耐久性來講，一項實驗證明了聚乙烯醇 (PVA) 纖維在 20–70 攝氏度的高溫下，在水泥基堿性水環境中的耐久性。該研究推薦了 50 攝氏度的門檻值溫度，因為低于此溫度填充強度将保留，并預計在100年内保持在 95% 以上。但實驗結果顯示，超過此門檻值抗拉強度損失明顯。
繼而研究了PVA纖維在 90°C 到 250°C 溫度範圍内的耐熱性，顯示 PVA 纖維的拉伸強度與暴露溫度的關系。 據觀察，在初始加熱至 90°C 後，拉伸強度降低了約 8%。下圖清楚地表明，與未加熱的參考樣品相比，随着峰值溫度從 90°C 增加到145°C，拉伸強度下降到大約 83%。 對于經受 220、250°C 溫度範圍内的樣品，劣化非常顯着。 PVA 纖維在250°C下熔化，是以無法進行拉伸測試。
另外，關于ECC的滲透性和抗裂性問題，就凍融循環和冬季除冰鹽的使用為例，普通混凝土通常需要适當的氣孔系統，以避免凍融循環造成的内部開裂和除冰鹽當機造成的結垢。 在檢查了裂縫寬度 (CW) 和裂縫頻率對增強砂漿和 ECC 耐久性的影響後，ECC 通過透水性進行量化——這是一種持續保護鋼筋免受腐蝕的能力。
人們普遍認為，無論 CW 對腐蝕速率的影響如何，隻要去限制水、除冰鹽、侵蝕性土壤條件和海水的使用，都會提高任何一種類型混凝土結構的耐久性。據觀察，無論應變水準如何，自控裂縫寬度平均為 60Pm 的 ECC 樣本表現出與完好混凝土幾乎相同的滲透性，即使在如上圖所示的，百分之幾的拉伸應變下也是如此。 在這項研究中，ECC 和增強砂漿樣本都被拉伸到相同的 1.5% 變形，導緻了各種裂縫寬度和不同樣本之間的裂縫數量。随着 CW 的增加，滲透率急劇上升，并且破裂的 ECC 與參考的完好材料的可比滲透率也變得更加明顯。相反，在增強砂漿試驗中則産生了大于 150Pm 的裂縫。 盡管裂縫數量較少，但這些較大的裂縫寬度也會導緻增強砂漿的透水性顯著增加。
最後，關于ECC的自愈特性。一般暴露在自然環境中的結構很容易開裂，其主要是因為荷載過大、收縮受限，以及惡劣的天氣條件等因素。 裂縫使得有害物質滲透到混凝土或鋼筋之中，進而影響混凝土的耐久性，降低水密性的剛度損失。
研究表明，開裂的混凝土在與水接觸時能夠随着時間的推移自行愈合，然而，混凝土的愈合卻是一個複雜的過程，并涉及多種化學和實體機制。 開裂混凝土的自愈程度取決于 CW，與大裂縫相比，較小的裂縫愈合得更快。 是以，具有小 CW 的樣本可能會完全愈合，進而增加受損材料的耐用性和由此産生的機械性能。 可通過對尺寸為 50x100x500 mm3 的棱柱形梁進行機械測試，研究寬度在 5μm 和 15μm 之間的裂縫的自愈效率。
在此研究中的超高性能混凝土樣本首先要在 20°C 和 100% 相對濕度下養護 2 天，以評估其在濕熱環境中的性能，即該研究包括預裂化階段後的四個不同老化期。下表顯示了在水中不同老化期剛度增益的演變。值得注意的是，對于最長的接觸水時間，自我修複的後果更為重要。其在水中儲存 10 周後，梁逐漸恢複了它們的初始剛度，因為剛度與正常水化過程中的水合物相當的新水合物在裂縫中結晶，甚至減少了裂縫的長度。
以上研究了暴露于不同環境的 ECC 的自我修複程度，發現裂紋損壞的标本在經曆幹濕循環時表現出有效的自我修複。而ECC 的機械特性由于在承受拉伸載荷時具有超延展性、應變硬化和高應變能力，是以被認為是一種具有廣泛應用前景的材料，包括結構修複、抗地震活動、沖擊和爆炸。
ECC 提供了一系列具有不同功能的材料。上表總結了 ECC 的重要機械性能。 通過使用微機械工具，還可以預期具有更廣泛的特性。
由于ECC具有獨特且多樣性的特性，例如自愈能力、低滲透性、高延展性和抗拉強度，而且具有環境可持續性，是以其在結構應用中大有裨益。不論是它的耐久性、滲透性、抗裂性、自愈能力和抗壓強度，還是抗彎強度等重要機械特性，ECC的實驗研究如今仍在進行中，其應用領域比以往任何時候要廣泛，期望未來 ECC 在混凝土建築工程中的應用能夠變得更加的廣泛。
