现代土木工程中的水泥基复合材料小析
工程水泥基复合材料 (ECC) 是一种独特的水泥混合物，具有包含低体积纤维和不同复合材料的独特组成，它除了具有修复能力以外，还具有较高的延展性和拉伸强度。传统混凝土和纤维增强混凝土具有脆性，因此在影响结构耐久性的环境和机械载荷下容易产生开裂。
关于ECC在湿热环境中的耐久性问题，就纤维本身的耐久性来讲，一项实验证明了聚乙烯醇 (PVA) 纤维在 20–70 摄氏度的高温下，在水泥基碱性水环境中的耐久性。该研究推荐了 50 摄氏度的阈值温度，因为低于此温度填充强度将保留，并预计在100年内保持在 95% 以上。但实验结果显示，超过此阈值抗拉强度损失明显。
继而研究了PVA纤维在 90°C 到 250°C 温度范围内的耐热性，显示 PVA 纤维的拉伸强度与暴露温度的关系。 据观察，在初始加热至 90°C 后，拉伸强度降低了约 8%。下图清楚地表明，与未加热的参考样品相比，随着峰值温度从 90°C 增加到145°C，拉伸强度下降到大约 83%。 对于经受 220、250°C 温度范围内的样品，劣化非常显着。 PVA 纤维在250°C下熔化，因此无法进行拉伸测试。
另外，关于ECC的渗透性和抗裂性问题，就冻融循环和冬季除冰盐的使用为例，普通混凝土通常需要适当的气孔系统，以避免冻融循环造成的内部开裂和除冰盐冻结造成的结垢。 在检查了裂缝宽度 (CW) 和裂缝频率对增强砂浆和 ECC 耐久性的影响后，ECC 通过透水性进行量化——这是一种持续保护钢筋免受腐蚀的能力。
人们普遍认为，无论 CW 对腐蚀速率的影响如何，只要去限制水、除冰盐、侵蚀性土壤条件和海水的使用，都会提高任何一种类型混凝土结构的耐久性。据观察，无论应变水平如何，自控裂缝宽度平均为 60Pm 的 ECC 样本表现出与完好混凝土几乎相同的渗透性，即使在如上图所示的，百分之几的拉伸应变下也是如此。 在这项研究中，ECC 和增强砂浆样本都被拉伸到相同的 1.5% 变形，导致了各种裂缝宽度和不同样本之间的裂缝数量。随着 CW 的增加，渗透率急剧上升，并且破裂的 ECC 与参考的完好材料的可比渗透率也变得更加明显。相反，在增强砂浆试验中则产生了大于 150Pm 的裂缝。 尽管裂缝数量较少，但这些较大的裂缝宽度也会导致增强砂浆的透水性显著增加。
最后，关于ECC的自愈特性。一般暴露在自然环境中的结构很容易开裂，其主要是因为荷载过大、收缩受限，以及恶劣的天气条件等因素。 裂缝使得有害物质渗透到混凝土或钢筋之中，从而影响混凝土的耐久性，降低水密性的刚度损失。
研究表明，开裂的混凝土在与水接触时能够随着时间的推移自行愈合，然而，混凝土的愈合却是一个复杂的过程，并涉及多种化学和物理机制。 开裂混凝土的自愈程度取决于 CW，与大裂缝相比，较小的裂缝愈合得更快。 因此，具有小 CW 的样本可能会完全愈合，从而增加受损材料的耐用性和由此产生的机械性能。 可通过对尺寸为 50x100x500 mm3 的棱柱形梁进行机械测试，研究宽度在 5μm 和 15μm 之间的裂缝的自愈效率。
在此研究中的超高性能混凝土样本首先要在 20°C 和 100% 相对湿度下养护 2 天，以评估其在湿热环境中的性能，即该研究包括预裂化阶段后的四个不同老化期。下表显示了在水中不同老化期刚度增益的演变。值得注意的是，对于最长的接触水时间，自我修复的后果更为重要。其在水中储存 10 周后，梁逐渐恢复了它们的初始刚度，因为刚度与正常水化过程中的水合物相当的新水合物在裂缝中结晶，甚至减少了裂缝的长度。
以上研究了暴露于不同环境的 ECC 的自我修复程度，发现裂纹损坏的标本在经历干湿循环时表现出有效的自我修复。而ECC 的机械特性由于在承受拉伸载荷时具有超延展性、应变硬化和高应变能力，因此被认为是一种具有广泛应用前景的材料，包括结构修复、抗地震活动、冲击和爆炸。
ECC 提供了一系列具有不同功能的材料。上表总结了 ECC 的重要机械性能。 通过使用微机械工具，还可以预期具有更广泛的特性。
由于ECC具有独特且多样性的特性，例如自愈能力、低渗透性、高延展性和抗拉强度，而且具有环境可持续性，因此其在结构应用中大有裨益。不论是它的耐久性、渗透性、抗裂性、自愈能力和抗压强度，还是抗弯强度等重要机械特性，ECC的实验研究如今仍在进行中，其应用领域比以往任何时候要广泛，期望未来 ECC 在混凝土建筑工程中的应用能够变得更加的广泛。
