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高韧性混凝土性质发生改变，与这两个因素有关，相关行业需要注意
1.1 研究背景随着我国城镇化建设的快速发展，2021年年末，我国常住人口城镇化率已达到 64.7%。但与经济发达国家相比，我国城镇化率尚处于较低水平，日本、美国、英国、 法国等发达国家均在80%以上。
据联合国估测，到2050年，世界发达国家的城镇化率 将达到86%，我国将达到71.2%。可见，我国城镇化率正在持续稳步增长且未来仍有 较大的提升空间，因而基础设施建设也将随着城镇化建设的进行而快速发展。
在所有工程材料中，混凝土是目前应用最广泛的一种材料，其消耗率超过了其它任何工程材料的总和。按体积计算的话，混凝土是仅次于淡水的人类最常使用的第二大必需品。混凝土中大约10%~12%的体积为水泥。
65%~80%为骨料，14%~21%为水，另有 0.5%~8%是空气。其中，水泥的生产是一个大量消耗能源的过程。每生产1 kg的水泥，大约要消耗4000~5000 kJ的能量，占全球总生产能耗的20%~40%。
同时，每生产1 kg 硅酸盐水泥，将排放0.85~1 kg的CO2，这也使水泥生产成为全球第三大CO2排放源。 据美国地质调查局（United States Geological Survey，USGS）发布的《Mineral Commodity Summaries 2022》报告。
2021年中国水泥产量占全球的57%，远超其他国家，位居第一。在基础设施建设中，除了在混凝土材料的生产以及结构的建造过程中会有较高的能源消耗和碳排放量外，在结构长期的服役阶段，还可能需要进行大量的维护。
而且维修本身往往不持久，需要进行多次。每次维修活动都会消耗更多的材料，随之而来 的就是能源的消耗和污染物的排放。 可见，在结构建造初期使用低能耗、低碳、高耐久性的建筑材料以及合适的结构设计将会有助于节约能源以及减少碳排放量。
进而提高建筑业的可持续性，同时也将会助力我国碳达峰和碳中和目标的实现。目前，在降低原材料能耗和碳排放量方面较为常用且比较有效的做法是使用工业固体废弃物如矿渣、粉煤灰、硅灰等材料部分替代混凝土中的水泥，降低水泥用量。
从而减少结构的碳排放量以及对能源的消耗。同时，这些矿物掺合料所具有的填充和“二次水化”作用还会在一定程度上提高水泥制品的力学性能和耐久性能。 在材料设计中，一般会通过使混凝土变得更致密，也就是降低渗透性。
来提高混凝土的耐久性能。然而混凝土本身所具有的准脆性特征使其在极端荷载作用下会发生脆性破坏，出现开裂、软化现象，同时伴随着单条裂缝的不断扩展，这将成为结构失效的主因。随着混凝土强度的提高，脆性也会随之增强。
所以高强混凝土更容易发生突然的 断裂破坏。这时，外界的水分和侵蚀性介质（如CO2、氯盐、硫酸盐等）就会通过裂缝进入到混凝土内部，从而侵蚀混凝土和内部的钢筋。此外，即使没有外部荷载存在。
在一般气候条件下，水泥基材料的收缩应变（一般可达到0.08%）和热应变（可达到 0.04%）结合起来也往往比无筋水泥基材料的极限拉应变（约为0.015%）高得多，这也就限制了钢筋混凝土结构的服役寿命。
所以从耐久性的角度来看，混凝土材料不但要有高抗渗性，同时还要有一定的韧性以提高其损伤容限。使用钢筋以提高结构所能承受的拉伸和剪切应力是目前广为应用的提高结构韧性的方法，但这对于混凝土内部裂缝的控制还是比较有限的。
而在胶凝材料基体中掺入能够均匀随机分布的短纤维材料正好解 决了这个问题，同时对于不能使用钢筋的工况。
比如：薄板构件、须承受局部高负荷或 变形的构件（如隧道衬砌、防爆结构或必须打入地面的预制桩）、需控制因湿度或温度变化而引起的裂缝的部件（如楼板和路面），纤维就发挥了很大的作用。
纤维在混凝土中的首次应用可以追溯到20世纪60年代。现如今，随着基础设施 建设对高性能甚至超高性能混凝土的需求，纤维增强水泥基复合材料（fiber reinforced cementitious composites，FRCC）逐渐受到了国内外学者的高度关注。
目前在水泥基材 料中常用的纤维主要有：钢纤维、玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维、聚丙烯纤维、聚乙 烯纤维、聚乙烯醇（polyvinyl alcohol，PVA）纤维以及植物纤维（如纤维素、剑麻、黄 麻等）等。
这些纤维在性能、效能和成本上差异很大，对水泥基材料性能的影响也各不 相同[ 10]，但其作用的本质是相似的，那就是控制裂缝的扩展。由于具有较优异的力学性能，PVA纤维增强水泥基复合材料。
自20世纪90年代出现以来，引起 了世界范围内的关注。基于其不同的属性和侧重点，该材料又被称为engineered cementitious composites（ECC）[、strain-hardening cement-based composites（SHCC）。
以及ultra-high toughness cementitious composites（UHTCC），为方便介绍，本文以下均以UHTCC指代此类材料。UHTCC主要基于微观力学理论设计而成。为提高韧性， UHTCC中掺入了具有较高弹性模量（与普通混凝土相当或更高）和较高拉伸强度的PVA纤维。
同时为了减小基体材料的断裂韧性以实现多缝开裂，材料中未掺入粗骨料，同时限制细骨料的最大粒径和掺量，并掺入了大量粉煤灰（占胶凝材料质量的 50%~85%）。已有研究发现，UHTCC在拉伸荷载作用下会表现出显著的多缝开裂和应变硬化行为。
具有高延性（极限拉应变≥3%）和较细的裂缝宽度（＜100 μm）。而且这种较细的裂缝宽度是材料的固有属性，与结构的尺寸无关。这一裂缝宽度完全满足了国内外规范中对结构安全服役所能容许的最大裂缝宽度的限制：
《GB 50010-2010 混凝土结构设计规范》提出，对于环境作用类别最严酷的海洋 环境和受除冰盐影响环境，混凝土表面所能容许的最大裂缝宽度为200 μm；《GB/T 50476-2008 混凝土结构耐久性设计规范》。
和《SL 230-2015 混凝土坝养护修理规程》建议为150 μm；ACI 224R [34]建议在除冰盐环境下为180 μm，海洋环境下为150 μm，对于挡水建筑物为100 μm。因此，UHTCC可以使外力作用下产生的裂缝呈无害化分散。
同时UHTCC较小的裂缝宽度大大减小了与裂缝相关的劣化机制对材料的影响，如 能够有效阻止外界水分、气体和盐的侵入，减缓水泥基材料和钢筋可能受到的侵蚀，提 高结构的耐久性能，此外，由于开裂后裂缝宽度较细。
UHTCC在湿润环境、氯盐溶液、硫酸盐溶液以及冻融循环过程中还表现出了优异的自愈合能力，重建其力学性能和抗渗性，大大提高了UHTCC在侵蚀性环境下的耐久性能。UHTCC的高延性还可以通过抑制由钢筋锈蚀引起的混凝土保护层的剥落进而延长结构的使用寿命。
大量矿物掺合料的掺入以及较高的耐久性能使UHTCC与普通混凝土相比可显著提 高基础设施的可持续性。为了确保这一新型材料能够在实际工程中成功应用并长期较好 地服役，对于其耐久性能的研究仍有待进一步展开。
实际工程中的海洋环境、盐湖卤水 和盐碱地环境（如我国的青海、新疆、内蒙古、西藏等地区）及除冰盐环境等严酷环境 会对建筑结构产生较严重的腐蚀破坏。因此，针对以上环境的特点。
本文将通过实验室模拟，对UHTCC在高温以及侵蚀性盐溶液几种环境下长期暴露后性能的演变及机理进 行详细和深入的研究，为该材料在实际工程中的应用提供试验依据和理论支撑。
1.2 UHTCC多缝开裂行为1.2.1 多缝开裂的微观力学原理
材料中大多数重要的增韧机理都是与界面相关的剪切破坏的直接结果，这种破坏形 式通过裂缝面桥联和裂尖钝化使裂缝稳定扩展从而提高材料的能量吸收能力。相比下，拉伸或者压缩破坏模式会导致能量吸收能力有限的不稳定断裂。
因此，可以通过 优化纤维与基体之间的界面性能来控制复合材料的整体韧性。UHTCC的多缝开裂行为 正是基于微观力学原理通过对纤维、基体、纤维-基体界面进行设计而实现的。
纤维增强水泥基复合材料要想获得的应变硬化行为。
其开裂后强度 （σpc，位于B点）应该高于初裂强度（σcc，位于A点）。具体来讲就是：在外力作用下，当在试件内部某一较大缺陷处触发第一条裂缝时，若此裂缝处纤维桥联能力大于初裂强 度，试件就不会因为开裂而失效。
相应地，随着变形量的增大，试件的持荷能力也在逐 渐增大，裂缝处桥联的纤维将会通过粘结应力将额外的应力转移到基体上。随着 荷载的增大，将会有更多的裂缝从较小尺寸的缺陷处引发。
如果产生一条新裂缝所必 需的拉伸荷载超过已形成的多条裂缝中任意一条的纤维桥联能力，则将会在纤维桥联能 力被耗尽的裂缝位置处发生局部断裂，试件失效。这就意味着多缝开裂过程如果要继续进行的话，就必须满足式的条件。
即复合材料的开裂应力必须小于材料中纤维 桥联应力的最小值。其中，复合材料的开裂应力主要受基体的韧度和缺陷尺寸的影响，也可能受纤维桥联性能影响（若缺陷处有纤维桥联）。而纤维桥联能力与纤维参数（掺 量、长度、直径等）和纤维-基体界面粘结强度有关。
纤维桥联能力决定了试件开裂后强度。因此，为了减小基体的断裂韧度，以确保多缝开裂的发生，UHTCC中不含粗骨料，所用骨料为平均和最大粒径分别约为110 μm和200 μm的细硅砂。
以上介绍的强度准则是萌生裂缝的必要条件，然而若要使裂缝 处桥联的纤维在裂缝扩展和张开的过程中保持完整性，还需实现稳态平面裂缝扩展，即满足式的能量准则，基体材料在裂纹尖端的韧性（Jtip）不大于纤维桥联余能 （Jb’）。
Jtip由基体材料的成分所决定，当纤维含量较少时，近似等于Km 2/Em，Km和 Em分别为基体的断裂韧度和弹性模量。Jb’可由纤维桥联应力-裂缝张开位移（σ-δ）曲线求得。
它可以理解为可用于裂缝扩展的净能量，也就是外界所做的功与纤维桥联消耗能量的差值。通过限制Jtip或者增大Jb’都会促进稳态平面裂缝扩展，从而使试件形成多条裂缝，表现出拉伸延性。