超高韧性水泥基复合材料的搅拌方法研究

1 研究背景 水利工程是我国的一项基础产业工程 ,目前我国正在大规模、高速度地进行水利开发 ,2008 年第四 季度国家新增 200 亿元中央水利建设投资加快水利基础设施建设。水利工程建设耗资巨大 ,如果水利 工程结构耐久性不足 ,将增加建筑物使用过程中的修理与加固费用 ,影响或限制结构的正常使用功能并 缩短结构的使用年限 ,影响效益和安全 ,不仅造成经济损失 ,而且严重浪费资源 ,引发社会问题。因此有 必要全方位、多渠道地提高水工混凝土的质量和耐久性 ,延长工程使用寿命 ,确保国家可持续发展战略 在水利建设开发过程中的有效实施。 裂缝是影响水工混凝土质量和耐久性的首要因素 ,如何有效地控制水工混凝土裂缝的产生和扩展 是目前解决水工混凝土结构耐久性问题的关键之一。从材料的角度来讲 ,控制裂缝的方法主要是减少 水泥用量、使用外加剂和添加纤维。其中纤维的添加可以更为有效地控制混凝土裂缝的形成和扩展 ,提 高混凝土的延性和韧性 ,能较好的解决由于荷载作用或其他变形作用引起的混凝土开裂 ,成为提高水工 混凝土结构耐久性的有效方法之一。 目前各种纤维混凝土的研究和应用已经取得了丰硕的成果 ,尤其是高性能纤维混凝土的研究和应 用在较大程度上解决了混凝土的开裂问题 [1 - 4 ] 。但是普通的高性能纤维混凝土通常采用较大的钢纤维 体积掺量 ,不仅成本增加 ,重量大 ,施工困难 ,而且其裂缝控制宽度一般在几百个微米 ,尤其当应变超过 115 %时基本上不能再控制裂缝宽度 [5 ] 。根据国内外设计规范及有关试验资料 ,混凝土最大裂缝宽度的 控制标准大致为 :无侵蚀介质无防渗要求时 013～014mm;轻微侵蚀、无防渗要求时 012～013mm;严重侵 蚀、有防渗要求时 011～012mm。为了能更好的控制混凝土在各种荷载和变形下的裂缝宽度 ,提高混凝 — 1055 — 土结构的抗裂防渗性能 ,20 世纪 90 年代初美国密歇根大学成功研制了一种中等纤维体积掺量的随机 短纤维增强高性能水泥基复合材料(Engineered cementitious composites ,简称 ECC) [6 - 8 ] 。它采用聚乙烯纤 维或聚乙烯醇纤维作为增强材 ,以水泥净浆或特制水泥砂浆为基体 ,通过细观力学、断裂力学和数理统 计方法选择合理的纤维、基体和界面性能参数。这种新型材料在拉伸、弯曲等荷载作用下具有假应变硬 化和多缝开裂的特性 ,最大裂缝宽度可以控制在 011mm 以内 ,可以有效的防止外界有害物质的侵入 ,提 高水工结构的耐久性。由于荷载作用下大量细密裂缝的产生使它同时具有高延性、高韧性和高能量吸 收能力 ,解决了混凝土本身固有的脆性。目前这种材料已经在日本、美国、韩国、瑞士和澳大利亚投入使 用 [9 - 11 ] 。由于它在提高结构的裂缝控制能力、增加结构的延性、耗能能力、抗侵蚀性、抗冲击性和耐磨性 方面具有显著的效果 [8 ] ,所以除了应用于水利工程提高水工结构的抗裂、抗侵蚀、抗冻融等耐久性能以 外 ,它还可以用于桥梁工程、道路路面工程、地下工程、抗震结构、大变形结构、抗冲击结构和修复结构 等。 本文采用高强高弹模聚乙烯醇纤维作为增强材 ,以精制水泥砂浆为基体 ,通过大量试验研究成功配 制了具有类似于 ECC 材料性能的超高韧性水泥基复合材料(简称 UHTCC) 。本文将通过单轴拉伸试验、 四点弯曲试验、单轴抗压试验、三点弯曲缺口梁断裂试验研究这种超高韧性水泥基复合材料的抗拉、抗 弯、抗压和断裂性能。 2 试验原材料和搅拌工艺 211 原材料 胶凝材料包括 P. Ⅱ. 5215R 水泥和矿物掺合料 ,骨料为特制沙 ,外加剂为商用高效减水 剂 ,拌和水为饮用自来水 ,采用 PVA 纤维 ,有关性能参数见表 1 ,纤维体积掺量为 2 %。 表 1 PVA 纤维参数 纤维名称 名义强度/ MPa 纤维直径/μm 纤维长度/ mm 弹性模量/ GPa 延伸率Π% PVA 1 620 39 12 4218 6 % 212 搅拌工艺 首先将胶凝材料和精细沙投入搅拌机中 ,先干拌而后加水搅拌以使砂浆基体具有良好 的流动性和适宜的黏聚性 ,最后加入 PVA 纤维搅拌。搅拌结束后 ,纤维分散均匀 ,没有结团现象。所有 试件均钢模成型 ,36h 后拆模 ,放入标准养护室养护 28d 后取出 ,然后室内放置直至试验。 3 基本力学性能 311 拉伸性能 通过直接拉伸试验测定超高韧性水泥基复合材料的拉伸性能。试件尺寸 350mm × 50mm ×15mm ,试件测量标距 200mm。试件形式分为不带切口试件和双边切口试件 ,所有试件均先制成 不带切口试件。试验前采用约 2mm 宽的碳化钙锯对部分试件进行双边切口 ,切口尺寸分别为 5mm 和 10mm。不带切口试件的试验龄期分别为 28d 和 90d ,切口试件的试验龄期为 90d。试验时加载速率 011mm/ min ,采用荷载传感器和夹式引伸计测量荷载和拉伸变形 ,德国产 IMC 全自动数据采集处理系统 进行荷载和变形的数据采集和处理。 试验测得的荷载 - 变形曲线如图 1 所示。 从图 1 (a) 中可以看出 ,龄期从 28d 增长到 90d ,试件的拉伸应变基本没变 ,而抗拉强度明显增大。 由拉伸变形与测量标距的比值计算平均拉伸应变 ,由抗拉荷载与试件横截面面积的比值计算抗拉强度。 计算得到的 28d 极限应变为 3137 % , 抗拉强度为 4171MPa ; 90d 极限应变为 3140 % , 抗拉强度为 5168MPa。由于矿物掺合料的二次水化反应 ,UHTCC 后期强度增加较大 ,90d 龄期时抗拉强度较 28d 增 加了 2016 %。 试验中观察拉伸试件的开裂情况 ,可以看到接近极限抗拉强度时 ,试件的受拉区内产生了大量近似 平行的细密裂缝。采用 DJCK裂缝观测仪观测到的峰值荷载附近的裂缝张开宽度在 50μm 左右。由于 — 1056 — 图 1 试验测得的荷载 - 变形曲线 开裂混凝土的抗渗性是裂缝宽度的三次方 [5 ] ,所以如此小的裂缝宽度可以有效地阻止侵蚀性物质的侵 入。如果利用这种材料作为钢筋的混凝土保护层 ,则可以有效地减慢钢筋的腐蚀速率 ,提高钢筋混凝土 结构的耐久性。由 DJCK裂缝观测仪观测到的裂缝宽度和裂缝条数随拉伸应变的增长关系如图 2 所 示。从图 2 可以看出 ,随着变形的增加 ,裂缝宽度先增长 ,当增加到一定值(本试验为 40～50μm) 时 ,随 着变形的增加 ,裂缝宽度不再增加 ,而裂缝条数随变形的增加近似成线性关系增长 ,峰值荷载附近裂缝 条数高达 200 条之多。 图 2 裂缝宽度和裂缝条数随应变的增长关系 从图 1 (b) 和图 1 (c) 中可以看出 ,双边切口 5mm 的拉伸试件 ,测量标距内的总变形量明显大于切口 的张开变形量 ;双边切口 10mm 的拉伸试件 ,测量标距内的总变形量与切口的张开变形量大体相当。由 于试件的变形主要来源于试件上产生的裂缝条数和裂缝宽度 ,测量结果证明纤维具有非常良好的连接 作用 ,可以控制小切口处裂缝的扩展 ,使小切口试件的多缝开裂形式优于大切口试件。对试件多缝开裂 形式的实际观察也证明了这一点。对比观察两种切口试件的多缝开裂形式 ,可以看出当双边切口尺寸 较小时 ,试件在整个测量标距范围内产生均匀分布的多条细裂缝 ;当双边切口尺寸较大时 ,多缝开裂仅 限于切口附近 ,并且裂缝不再近似平行 ,而是围绕切口呈弧形曲线。 由抗拉荷载与试件切口处横截面面积的比值计算切口试件的名义抗拉强度 ,双边切口 5mm 试件的 名义抗拉强度 5132MPa ,双边切口 10mm 试件的名义抗拉强度 5190MPa ,与无切口试件的抗拉强度对比 可以发现试件的抗拉强度基本不变。 312 弯曲性能 采用薄板试件和梁试件研究超高韧性水泥基复合材料的弯曲性能 ,试件尺寸分别为 400mm ×100mm ×15mm 和 400mm ×100mm ×100mm。试验龄期 90d。分别在 30t 的闭环液压伺服材料试 验机和 100t 的闭环液压伺服材料试验机上进行试验。加载速率分别为 015mm/ min 和 011mm/ min。加 载方式为三分点加载。采用荷载传感器和 LVDT 测量抗弯荷载和跨中挠度 ,德国进口的 IMC 全自动数 据采集处理系统进行荷载和变形的数据采集和处理。 试验得到的荷载 - 挠度曲线如图 3 所示。右侧纵坐标是根据材料力学公式计算得到的抗弯应力。 由荷载 - 挠度曲线可得开裂荷载和开裂挠度、极限荷载和极限挠度 ,然后分别采用如下公式计算开 裂强度、抗弯强度和极限拉伸应变预测值 ,计算结果见表 2。 — 1057 — 图 3 荷载 - 挠度曲线 表 2 主要力学性能指标 编号 开裂挠度 δcΠmm 开裂荷载 PcΠN 极限挠度 δuΠmm 极限荷载 PuΠN 比例极限强度 σcΠMPa 拉伸应变 预测值Π% 抗弯强度 σuΠMPa 1 0138 367 3113 95610 4189 3134 12175 薄板试件 2 0138 372 3012 1 01816 4196 3122 13158 3 0145 426 3015 99610 5168 3125 13128 平均值 0140 388 3017 99012 5117 3127 13120 1 0136 2415 3198 39156 7135 3118 11187 梁试件 2 0123 25152 3192 42150 7166 3114 12175 3 0125 24141 4133 40130 7132 3146 12109 平均值 0128 24181 4108 4018 7144 3126 12124 开裂强度σc (MPa) : σc = Pc l0 bh 2 (1) 抗弯强度σu (MPa) : σu = Pu l0 bh 2 (2) 极限拉伸应变预测值εu : εu = 1 s kh l 2 0 f (3) 式中 : Pc 为开裂荷载 (N) ; Pu 为极限荷载 (N) ; l0 为梁的计算跨度 (mm) ; b、h 为试件的宽度和高度 (mm) ;s 为与荷载形式、支承条件等有关的系数 ,对于大变形情况下的四点弯曲构件 ,系数 s = 1/ 8 ; k = ht / h 为受拉区高度 ht 与构件截面高度 h 的比值 ,根据试验得到的裂缝沿构件高度方向的扩展深度进行 估算 ;f 为跨中挠度(mm) 。 由计算结果可见 ,无论是薄板试件还是梁试件 ,拉伸应变预测值均在 3 %以上 ,远大于混凝土的极 限拉伸应变 ,充分体现了 UHTCC 的高延性性能。预测拉伸应变与实测拉伸应变的误差约为 318 %。 弯曲韧性是评价材料弯曲性能的重要指标之一 ,根据试验测量结果 ,参考 ASTM 标准 [12 ] ,对韧性指 标定义如下 : (1) 对于薄板试件 ,以开裂挠度δc 对应的荷载 - 挠度曲线下面积 A0 为基准 ,分别取 5δc 、 10δc 、30δc 、50δc 、峰值荷载时的挠度δu 对应荷载 - 挠度曲线下的面积与 A0 的比值为韧性指标 ,并依次 记为 I9 、I19 、I59 、I99和 I2 u - 1 ; (2) 对于梁试件 ,以开裂挠度δc 对应的荷载 - 挠度曲线下面积 A0 为基准 , 分别取 3δc 、5δc 、10δc 、15δc 、20δc 、峰值荷载时的挠度δu 对应荷载 - 挠度曲线下的面积与 A0 的比值为 韧性指标 ,并依次记为 I5 、I9 、I19 、I29 、I39和 I2 u - 1 。 同时参考文献[13 ]中的定义 ,规定当 Ix > x 时 ,材料为韧性材料。根据上述定义计算得到的 UHTCC 的韧性指标见表 3。由计算结果可知 ,无论是薄板试件还是梁试件 ,均满足 Ix > x ,且随着 x 的增加 , Ix — 1058 — 与 x 之间的差值增大 ,说明随着变形的增加 ,材料韧性增加。 表 3 韧性指标 编号 薄板韧性指标 梁韧性指标 I9 I19 I59 I99 I2u - 1 I5 I9 I19 I29 I39 I2u - 1 1 913 2214 8516 15418 30219 610 1119 2713 4018 4819 3016 2 1013 2416 9118 16710 30412 614 1218 3014 4815 6315 5419 3 1018 2519 9317 16910 25518 618 1315 3117 5013 6718 5815 平均值 1011 2413 9014 16316 28716 614 1218 2918 4615 6011 4810 UHTCC 的弯曲残余强度指标计算结果如表 4 所示。对理想弹塑性材料来说 , R = 100。从表 4 中可 以看出除了梁试件中 1 号试件的 R29 ,39低于 100 以外 ,UHTCC 的弯曲残余强度指标都在 100 以上 ,说明 UHTCC 具有相对较高的塑性性能。 表 4 残余强度指标 编号 薄板韧性指标 梁韧性指标 R9 ,19 R19 ,59 R59 ,99 R99 ,2u - 1 R5 ,9 R9 ,19 R19 ,29 R29 ,39 R39 ,2u - 1 1 131 158 173 228 148 154 135 81 102 2 143 168 188 233 160 176 181 150 143 3 151 170 188 241 168 182 186 175 186 平均值 142 165 183 234 158 171 167 135 144 试验中观测试件的变形情况和多缝开裂形式可以发现 :薄板试件在峰值荷载时产生较大的弯曲变 形 ,并且保持良好的试件完整性 ,仅在试件的底面可以观测到大量近似平行的细小裂缝 ,裂缝宽度 50μm 左右 ,平均裂缝间距 1mm 左右 ;梁试件在荷载开始下降后 ,仍然保持完整状态 ,并且随着荷载的进一步 下降 ,仅在试件的下部可以观测到明显的局部破坏裂缝 ,而试件的侧面却可以看到大量细密裂缝 ,由于 受梁试件横截面上的弯拉应力分布的影响 ,侧面裂缝间距从下往上逐渐增大。 综上所述 ,超高韧性水泥基复合材料在弯曲荷载作用下的变形能力远大于混凝土和普通纤维增强 水泥基复合材料 ,而且它的开裂形式与混凝土和普通纤维增强水泥基复合材料的开裂形式也明显不同。 由于超高韧性水泥基复合材料选择了更为合理的材料参数 ,使纤维的增强增韧效果得到了更好的发挥。 在弯曲荷载作用下 ,超高韧性水泥基复合材料中的纤维依靠其连接作用控制了裂缝的进一步扩展 ,并承 担了基体释放的应力 ,同时依靠界面黏结将应力传递给周围未开裂的基体 ,诱发新裂缝的产生 ,使试件 的纯弯曲段逐渐出现了大量近似平行的细密裂缝。试验中观测到的试件上众多的细密裂缝充分体现了 纤维对基体裂缝的产生和扩展的有效控制作用。 313 抗压性能 试验采用棱柱体试件和立方体试件测定超高韧性水泥基复合材料的抗压性能。试件 尺寸分别为 40mm ×40mm ×160mm 和 7017mm ×7017mm ×7017mm。试验龄期 90d。在 300t 的闭环液压 伺服材料试验机上进行单轴抗压试验 ,采用位移控制 ,加载速率 015mm/ min。用 2 个 LVDT 分别在试件 两侧的对称位置测量压缩变形。对于棱柱体试件 ,在两个对应的侧面上分别粘贴相互垂直的应变片 ,测 量试件受压过程中的压缩应变和横向应变。采用德国进口的 IMC 全自动数据采集处理系统进行荷载、 变形和应变的数据采集和处理。 试验测得的抗压全曲线如图 4 所示 ,右侧纵坐标是计算得到的抗压强度。从图 4 可以看出 ,无论是 棱柱体试件还是立方体试件 ,峰值点以后的下降段与普通混凝土明显不同 ,没有出现荷载的陡然降低 , 而是表现出了较为缓慢的下降过程 ,体现了纤维的增韧效果 ,表明超高韧性水泥基复合材料较混凝土有 非常明显的峰值后延性。 根据抗压全曲线得到的力学性能指标如表 5 所示。由于立方体抗压强度仅是混凝土划分强度等级 的依据 ,实际工程中很少有结构形式是立方体的 ,大部分是棱柱体或圆柱体 ,所以本文对棱柱体试件在 测得抗压强度的同时 ,还根据电测法测量得到的应变计算了 UHTCC 材料的弹性模量和泊松比。由计算 — 1059 — 图 4 试件荷载 - 变形曲线 结果可以得到棱柱体试件的抗压强度是 41192MPa ,立方体试件的抗压强度是 49174MPa。UHTCC 材料 的泊松比是 01229 ,弹性模量 1913GPa。与普通混凝土相比 ,UHTCC 的弹性模量偏低 ,但受压变形能力比 普通混凝土大很多。这主要是由于纤维的连接作用和 UHTCC 材料为了获得高延性和高韧性而限制了 基体中骨料粒径的尺寸。 表 5 抗压试验结果 编号 比例极限应变 ×10 - 2 比例极限强度Π MPa 峰值点应变 ×10 - 2 抗压强度Π MPa 开裂强度 极限强度 泊松比 弹性模量Π GPa 1 0138 37181 0149 41175 0191 01229 1912 棱柱体 2 0142 35119 0158 41181 0184 01222 2018 3 0138 35106 0153 42119 0183 01235 1719 均值 0139 36102 0153 41192 0186 01229 1913 1 1130 37199 1191 46105 0182 立方体 2 0174 43111 1116 50124 0186 3 0168 40161 1106 52194 0177 均值 0191 40157 1138 49174 0182 试验结束后观察试件的破坏形式可以发现 ,棱柱体试件产生类似于混凝土和钢纤维混凝土的斜向 剪切破坏 ,而立方体试件并没有观测到明显的棱锥体破坏 ,仅在试件表面能观测到一些破坏裂缝。所有 试件在峰值荷载时均能保持良好的整体完整性 ,不会出现脆性坍塌碎裂破坏。 314 断裂性能 采用三点弯曲梁试件研究超高韧性水泥基复合材料及其基体的断裂性能,试件尺寸 40mm ×40mm ×200mm。试验龄期 90d。试验前采用约 2mm 宽的碳化钙锯在净跨的中部锯出缺口。缺 口深度分别为 10mm 和 16mm。在 30t 的闭环液压伺服材料试验机上进行试验 ,基体的加载速率 0102mm/ min , UHTCC 的加载速率 013mm/ min。采用夹式引伸计测量裂缝口张开位移 ,采用荷载传感器 测量荷载。通过在试件表面粘贴全桥电阻应变计的方法测量起裂荷载。 31411 P2CMOD 曲线 三点弯曲梁试验得到的荷载 - 裂缝口张开位移曲线( P2CMOD 曲线) 如图 5 和图 6 所示。从图中可以看出 ,纤维的加入使 UHTCC 的极限荷载较基体明显提高。由于纤维的阻裂作用 , 与基体相比 ,UHTCC 峰值前的非线性段更为明显 ,峰值后的下降段更为缓慢平稳。因此 ,纤维的加入使 UHTCC 的粘聚韧度明显增大 ,峰值前裂缝的稳定扩展阶段延长 ,峰值后的延性和韧性增大。 31412 起裂荷载的确定 通过在试件表面粘贴全桥应变计的方法来确定材料的起裂荷载。试验得到 的荷载 - 应变曲线如图 7 所示。通过对基体和 UHTCC 的曲线对比可以看出 ,二者的荷载 - 应变曲线明 显不同。 基体的荷载 - 应变曲线可以分为 3 个阶段 :第一阶段 ,荷载随着应变的增加近似呈线性增加 ,直至 应变达到最大值。第二阶段 ,随着荷载的继续增加 ,应变开始减小 ,直至荷载达到峰值荷载。这主要是 由基体开裂引起的。由于裂缝的产生 ,两侧的基体卸载回缩 ,导致应变减小。由此可以得到基体的应变 最大值点就是起裂荷载点 ;第三阶段 ,峰值荷载后 ,随着应变的继续减小 ,荷载开始降低。此过程对应于 裂缝的失稳扩展过程。 UHTCC 的荷载 - 应变曲线具有明显的假应变硬化特征。在荷载的上升过程中 ,可以观测到应变有 — 1060 — 图 5 P2CMOD 曲线(缺口深度 10mm) 图 6 P2CMOD 曲线(缺口深度 16mm) 一个明显的回缩点 ,这个回缩点是由于裂缝的产生引起的。但随后由于纤维的连接作用 ,应变很快又恢 复了增加。本文将这个回缩点定为 UHTCC 的起裂荷载点。 图 7 荷载 - 应变曲线(缺口深度 10mm) 31413 试验结果 通过计算得到的基体的试验结果见表 6。UHTCC 的计算结果见表 7。由于纤维的加 入 ,缺口深度 10mm 的 UHTCC 的起裂荷载较基体提高了 3105 倍 ,峰值荷载较基体提高了 3181 倍 ,峰值 荷载对应的 CMOD 提高了 46173 倍 ;缺口深度 16mm 的 UHTCC 的起裂荷载较基体提高了 2187 倍 ,峰值 表 6 基体试验结果 编号 起裂荷载 PinΠkN 名义起裂强度Π MPa 峰值荷载对应 CMODmaxΠmm 峰值荷载 PmaxΠkN 名义峰值强度Π MPa Pin Pmax 1 0141 5147 01022 0151 6180 0180 基体210 2 0137 4193 01018 0140 5133 0193 3 0137 4193 01027 0149 6153 0176 均值 0138 5111 01022 0147 6122 0181 1 0131 6146 01022 0133 6188 0194 基体216 2 0127 5163 01011 0131 6146 0187 3 0131 6146 01011 0133 6188 0194 均值 0130 6118 01015 0132 6174 0194 — 1061 — 荷载较基体提高了 3163 倍 ,峰值荷载对应的 CMOD 提高了 49167 倍。通过比较起裂荷载与峰值荷载的 比值 ,可以看出纤维的加入使材料开裂后具有更大的荷载增值度。 表 7 UHTCC 试验结果 编号 起裂荷载 PinΠkN 名义起裂强度Π MPa 峰值荷载对应 CMODmaxΠmm 峰值荷载 PmaxΠkN 名义峰值强度Π MPa Pin Pmax 1 1123 16140 1112 2114 28153 0157 UHTCC210 2 1189 25120 1110 2138 31173 0179 3 1149 19187 0193 2125 30100 0166 均值 1154 20149 1105 2126 30109 0168 1 1119 24179 0183 1146 30142 0182 UHTCC216 2 1109 22171 0160 1141 29138 0177 3 1121 25121 0184 1157 32171 0177 均值 1116 24124 0176 1148 30183 0179 试验结束后观察试件破坏情况发现 ,基体在两种切口下均为单一裂缝破坏 ,而 UHTCC 则表现出多 缝开裂破坏 ,并且切口小时 UHTCC 的多缝开裂波及范围较大 ,裂缝条数较多 ,这与拉伸试验中两种切口 试件的试验结果是一致的。由此也可以证明无论是弯曲荷载还是拉伸荷载作用下 ,UHTCC 对小切口具 有不敏感性。 4 结论 超高韧性水泥基复合材料具有类似金属材料的拉伸强化性能 ,其极限拉伸应变可达 3 %以上 ,几乎 相当于钢材的塑性应变能力 ,是一种具有像金属一样可变形的纤维混凝土材料。在拉伸和弯曲荷载作 用下均表现出明显的假应变硬化和多缝开裂特性 ,最大裂缝宽度在 50μm 左右 ,可以有效的阻止外界有 害物质的侵入 ,适用于抗裂防渗要求较高的水工混凝土结构。同时 UHTCC 是一种具有高韧性的延性混 凝土 ,它具有很强的能量吸收能力 ,因此可以显著改善混凝土结构的抗震性能和变形能力 ,可用于抗震 结构、大变形结构、抗冲击结构、结构裂缝控制和耐损伤工程结构。由于 UHTCC 具有相当于钢材的变形 能力 ,因此可用于混凝土结构中一些塑性变形较大的构件和部位 ,比如在塑性铰区使用 UHTCC ,可在很 大的塑性变形阶段保持塑性铰的完整性。此外 ,UHTCC 的抗压强度类似于混凝土 ,抗压弹性模量较低 , 但受压变形能力比普通混凝土大很多 ,而且在极限荷载时材料能保持良好的整体性 ,不会发生坍塌破 碎。通过三点弯曲缺口梁试验证明 ,UHTCC 的峰值荷载和峰值荷载对应变形都较基体有非常明显的提 高。缺口拉伸试件和缺口梁试件均证明 ,UHTCC 可以将单一裂缝细化成多条细密裂缝 ,同时 UHTCC 具 有对小缺口不敏感的特性。由于超高韧性水泥基复合材料具有多方面的优越性 ,因此在很多建设项目 中有着潜在的应用前景。