第1章绪论
1.1研究背景及研究意义
改革开放以来，我国基础设施建设快速发展，大亚湾核电站、三峡水利枢纽工程、京沪高铁等相继完工并投入使用。近几年，随着杭州湾大桥、苏通大桥、青岛跨海大桥等一大批大型跨江、跨海工程建设的实施和完工，标志着大型钢筋混凝土结构逐步有序地向海洋扩展；西部大开发战略实施以来，西部地区交通设施建设迅猛发展，而西部地区多是盐碱地区或者盐湖环境，道路、桥梁及隧道常会暴露在这些恶劣环境中。无论是海洋及近海地区的潮湿盐类环境，还是西部盐湖、盐碱地区，都会给钢筋混凝土结构带来氯盐、硫酸盐腐烛破坏，引起更严重的钢筋锈烛等耐久性问题，进而引起混凝土产生裂缝，而各种裂缝的存在进一步加速了外界有害介质进入结构内部，加快了结构损伤劣化的进程，严重时保护层锈胀开裂甚至剥落，严重降低结构的耐久性，缩短其服役寿命。北方地区冬季寒冷，而最近几年，南方冬季大面积雪灾，冻融破坏不可避免。而冬季雪天到来后不得不向道路、桥梁、城市立交桥等喷洒除冰盐，由此而引发的钢筋绣蚀问题也不可小觑。1991年，RK.Metha教授在第二届混凝土耐久性国际会议上做了题为《混凝土耐久性一五十年进展》的主题报告，报告中就己经指出：当今世界钢筋混凝上结构破坏的因素按重要性递减顺序来分，依次为一钢筋绣烛、寒冷地区冻害以及侵烛环境下的物理化学作用⑴。钢筋混凝土结构很多耐久性问题的出现很大程度上归因于混凝土自身高脆性、低抗拉的本质特性，在荷载或环境因素的影响下，其开裂几乎是不可避免的，而且一旦出现开裂，裂缝宽度将很难得到控制，混凝土结构中的这些粗大裂缝将大大加速氯盐、硫酸盐、二氧化碳等外部侵烛介质向钢筋混凝土结构内部侵入，从而大大缩短了建筑物旳服役寿命。因此，控制结构在荷载作用下的裂缝宽度、延缓裂缝的扩展速度、提高材料的初性，以及冻融损伤后氯盐侵烛破坏，对于提高钢筋混凝土结构的耐久性、保持基础设施建设的可持续发展具有重要的意义。
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1.2国内外研究现状及发展动态
1992美国密歇根大学V. C. Li教授和麻省理工大学K. Y. Leung教授提出乱向短切纤维增强水泥基复合材料的纤维桥联准则（也可以称为初裂应力准则）[4]。该准则认为纤维产生的开裂桥联应力在理论上可以表示为纤维特性、基体特性、纤维/基体界面特性以及裂缝张开位移3的函数。而且材料的初始开裂应力必须小于最大桥联应力，否则纤维的断裂或者拔出会使其承载力突然下降，跨接裂缝的桥梁无法搭建，荷载也就无法传递回基体，更不会产生新的裂缝，应变硬化也就无从谈起。随后Leung提出了基于能量守恒原理的稳态开裂准则(Steady State Cracking )。该准则认为如果余能小于材料的开裂郁度（阻止被纤维桥联的裂缝扩展的最小能量），材料中的裂缝就会成为典型的格里菲斯裂缝（Griffith Crack)，出现与传统纤维混凝土（FRC)类似的应变软化现象；如果余能较大，裂缝稳态扩展。同时,荷载由纤维从裂缝又被传递回基体，在基体中其它有缺陷的地方形成新的裂缝。如此反复，就形成了多裂缝开裂和应变硬化现象。
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第2章拉伸荷载作用下SHCC开裂损伤过程及其对耐久性的影响
2.1试验方案
目前，国内外对SHCC旳基本力学性能、本构关系以及耐久性能等方面的研究已经取得了很大的进展[68]。然而，研究者们对SHCC耐久性的研究主要是针对未受损伤构件进行的。此结果虽然能反映SHCC良好旳耐久性，但与实际工程有一定差别。实际工程中的构件在使用甚至施工过程中会受到各种荷载和环境的作用，而这些作用会对构件造成一定的损伤，损伤又会影响到构件的耐久性。这就使得基于未受损伤构件的相关寿命预测与耐久性评估结果受到质疑。另外，水泥基材料中的钢筋锈烛，冻融破坏，碳化等耐久性劣化过程都与水分的存在密切相关。并且无论在西部盐碱地地区的基础设施，或是北方寒冷气候条件下各种道路桥梁的除冰盐，亦或是东南沿海建筑，这些结构在服役过程中都将暴露在氯离子的侵烛4，环境中。因此研究损伤后SHCC试件的吸水特性和抗氯离子侵烛性具有非常重要的工程意义。这对更好地认识和理解SHCC的劣化机理及其耐久性失效机制具有十分重要的科学意义。对此，本章釆用数字图像处理的方法研究了拉伸荷载作用下SHCC的裂缝开展过程，并用数理统计和概率的方法对其进行分析。在此基础上进行毛细吸水试验和氯离子侵蚀试验，研究不同拉伸应变水平下SHCC的耐久性，同时研究了桂烧浸渍防水处理对开裂SHCC的防护效果。并基于上述研究结果给出SHCC裂缝特征与渗透性的关系，用于开裂SHCC的耐久性评价。
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2.2 SHCC拉伸应力-应变关系
试验所采用SHCC的拉伸应力-应变曲线如图2-9所示。从图中可以看出，该应力-应变曲线分为三段：（1)弹性段：从幵始加载到第一条裂缝出现结束，应力-应变成比例发展，其斜率为试件的弹性模量。该阶段，主要是基体承受外部荷载。（2)应变硬化段：当拉应力达到初裂强度后，SHCC试件出现第一条裂缝。此时，该处的PVA纤维横跨于裂缝之间，其桥接应力远大于基体的开裂强度，将荷载继续传递给裂缝附近的基体，应力重分布，进入稳态开裂阶段。随着拉伸应变的增大，应力略有上升，表现出明显的应变硬化特性。且此阶段的应力-应变曲线按照一定规律上下波动。其中每一次波动就代表着有新裂缝的出现。（3)应变软化段：在此阶段，试件中最薄弱处的裂缝幵始张开形成主裂缝，裂缝宽度明显增大，纤维不断被拔出或者拔断，随着应变的增加应力逐渐减小，呈现出应变软化现象，裂缝进一步扩展，最终导致试件断裂。
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第3章基于中子透射成像的开裂SHCC吸水过程.....56
3.1 概述.....56
3. 2基于中子图像的水泥基材料内部水分含量定量计算.....62
3. 3 试验方案.....66
3. 4 不同开裂状态下SHCC试件水分侵入规律.....67
3. 5不同开裂状态下“整体防水SHCC”水分侵入规律.....72
3. 6 本章小结.....74
第4章干燥环境中SHCC及其基体内部收縮应力.....76
4. 1反问题的基本理论及算法.....76
4.2 水泥基材料湿度扩散理论及湿度场.....80
4. 3水泥基材料干缩理论及其求解.....84
4. 4 试验方案.....87
4.5不同千燥龄期试件内部湿度分布.....90
4.6不同干燥龄期试件内部应力.....95
4. 7 本章小结.....99
第5章冻融损伤对SHCC性能的影响.....101
5.1 试验方案.....101
5. 2 SHCC的冻融劣化特性.....107
5.3 本章小结.....109
第5章冻融损伤对SHCC性能的影响
5.1试验方案
试验原材料中的水泥、粉煤灰、砂子、水、纤维与2.1.1节所述原材料相同。试验釆用了两种配合比与第4章所用配合比完全相同，详见表4-1。根据不同试验成型不同尺寸的试件。试件成型24 h后拆模，随后放入标准养护室（温度为20±3。C,相对湿度=95 %)中养护至24天，然后将其放入（20±2) V水中饱水4天，随后开始冻融循环试验。当冻融达到目标循环次数后，进行后续的毛细吸水试验、氯离子侵烛试验、加速碳化试验以及粘结拉拔试验。冻融试验按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》（GB/T50082-2009)规定的快冻法对SHCC及其基体进行冻融循环试验。首先，成型100mmX 100 mmX400 mm的棱柱体（用于测试冻融循环过程中试件的动弹性模量和质量的变化），每组3块。同时制作同样尺寸的测温试件。根据5.1.1节介绍的成型和养护方式进行试件处理，达到28天龄期后幵始冻融循环试验。
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结论
(1)采用数字图像处理的方法研究了拉伸荷载作用下SHCC试件成型面和底面的裂缝开展过程，并用数理统计和概率的方法对其进行分析。结果表明-试件底面裂缝密度低于试件成型面，其平均裂缝宽度大于成型面；裂缝宽度统计参数（裂缝密度、最大裂缝宽度、平均裂缝宽度、裂缝宽度标准差）均与拉伸应变呈三次多项式关系,根据这些关系式就可以计算任意拉伸应变下的上述参数值；拉伸荷载作用下SHCC的裂缝宽度分布满足Gamma分布，根据各参数与拉伸应变的关系式可进一步计算得到任意拉伸应变下的裂缝宽度分布密度函数。
(2)随着拉伸应变的增大，SHCC试件的吸水速度增快，吸水量增大，毛细吸水系数随拉伸应变线性增加；随着拉伸应变的增大，氯离子侵入深度和侵入量增大。
(3)从不同角度给出了裂缝特征与SHCC渗透性的关系。采用这些关系可以根据工程对渗透性的要求确定其可用拉伸应变。
(4)应用中子成像技术，突破SHCC的非透明局限，实现了对SHCC材料在未幵裂以及开裂情况下水分侵入过程的可视化成像追踪和定量计算。SHCC在无裂缝时，水分侵入量很少；但当多缝开裂且裂缝宽度较大时，水分迅速沿裂缝侵入试件内部，并为裂缝两侧基体提供水源，甚至通过纤维与水泥基体之间的微孔道大量渗透而侵入整个开裂区域。但釆用内掺硅院乳液方法制备的整体防水SHCC在开裂后表现出良好的耐久性。
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参考文献（略）