工程用水泥基复合材料

工程用水泥基复合材料（ECC），也被称作“可弯曲的混凝土”，是一种由特别筛选的短纤维（通常是合成纤维，即聚合物纤维）随机分布于便于模板成型的砂浆制成的加强复合材料 。 与普通混凝土不同，ECC可以达到3-7%的应变值^[1]，相比而言，普通波特兰水泥（或普通硅酸盐水泥，即OPC）只有0.1%。因此ECC表现得更像可延展的金属材料而不是的如玻璃一样的脆性材料（普通混凝土就呈现脆性特征）， 故而拥有广泛的应用范围。

发展

不同于普通的纤维加强混凝土，工程用水泥基复合材料（ECC）是一种由微观力学（微观弹性力学系统）设计而得的材料^{[2] [3]}。只有当水泥基材料是基于微观力学和断裂力学理论设计成型，从而具有高弹性延展性的特征，才能称之为ECC。 因此ECC不是一种固定的材料设计方法，而是在不同的研究、发展和应用阶段都具有广泛意义的主题。目前，ECC材料的种类正在逐步增加。ECC的设计方法尽管是单门别类，但是它的发展需要结合统一纳米级、微观级、宏观级尺度的材料研究，同时让这些在不同尺度上的材料系统有序地组合工作。

ECC看起来很像以普通硅酸盐水泥为基底的混凝土，然而ECC可以在应变中产生大的变形（或是弯曲）^[1] 。主导ECC的学科发展的研究机构有：密歇根大学， 休士頓大學， 代尔夫特理工大学， 东京大学， 布拉格捷克理工大学，和史丹佛大學。传统的混凝土缺乏延展性，在高应变（弯曲变形）下很容易破坏，表现出脆性破坏的特征，正是这个不足促成了ECC 的发展。

材料特性

ECC有许多独特的特性，包括：受拉性能优于其它纤维加强复合材料，和普通混泥土一样易于浇筑成型，纤维用量很少 （约占总体积的2%），裂缝小，以及没有各向异性的平面特征。^[4]这些特性很大程度上得益于纤维和水泥基底经过微观力学“量体裁衣”式设计后的相互作用。特别是，这些纤维只允许出现许多特定宽度的微裂缝，而不是和普通混凝土一样的少数几条大裂缝，这就使得ECC能够产生大变形而不会破碎性失效。

ECC 材料特性	数值
极限拉应力 (${\displaystyle \sigma _{cu}}$ )	4.6 MPa
极限应变 (${\displaystyle \varepsilon _{cu}}$ )	5.6 %
初始裂缝应力 (${\displaystyle \sigma _{fc}}$ )	2.5 MPa
初始裂缝应变 (${\displaystyle \varepsilon _{fc}}$ )	0.021 %
弹性模量 (${\displaystyle E}$ )	22 GPa

与其它复合材料的比较

性质	FRC	普通HPFRCC	ECC
设计方法	无	高纤维用量	基于微观力学设计，减少纤维体积率（Volume fraction），减少造价、方便加工
纤维	任何类型，其体积率通常小于2%； 若使用钢纤维直径（df）在500${\displaystyle \mu m}$ 左右	大部分使用钢纤维，体积率通常大于5%；直径150${\displaystyle \mu m}$ 左右	特制的聚合物纤维，体积率通常小于2%；直径小于50${\displaystyle \mu m}$
混合物	粗骨料	细骨料	控制混合物的粗糙度和缺陷尺寸；细沙
界面	不控制	不控制	控制化学和摩擦粘结来联系材料间性能
力学性能	应变软化	应变硬化	应变硬化
拉应变	0.1%	<1.5%	>3% （通常）； 8% 最大
裂缝宽度	无法预估	通常数百微米，超过1.5%应变后无法估计	在应变硬化阶段小于100微米^[1]

注释：FRC=纤维加强水泥 HPFRCC=高性能纤维加强水泥基复合材料

參考文獻

1. . Engineeredcomposites.com. [2014-05-25]. （原始内容存档于2007-11-15）.  无效|deadurl=bot: unknown (帮助)
2. V.C. Li: From mechanics to structural engineering - The design of cementitious composites for civil engineering applications Structural Engineering/Earthquake Engineering (1993) 10:37s-48s
3. Li, M., and Li, V. C., “Rheology, Fiber Dispersion, and Robust Properties of Engineered Cementitious Composites, “ Materials and Structures, 46 (3): 405-420, 2012.
4. M.D. Lepech and V.C. Li: “Large scale processing of Engineered Cementitious Composite.” ACI Materials Journal (2008) 105:358-366.