工程水泥基复合材料（ECC）的性能及应用

论文总字数：12365字

摘 要

关键词：ECC 超高韧性水泥基复合材料；多缝开裂；应变硬化；耐久性；聚乙烯醇纤维；水泥基复合材料；PVA纤维；抗压强度；应用；抗震性能

Abstract：Engineering Cement-Based Composite (ECC) is a new type of fiber reinforced cement-based composite. This paper reviews the development status and characteristics of ECC, and introduces the basic performance and other performance of ECC. The specific engineering application of ECC is briefly introduced, and the development prospects of ECC are prospected.

目录

第一章 绪论

第一节 课题研究的背景和意义

第二节 国内外主要研究现状

第三节 本文的研究目的及主要研究内容

第二章 ECC的使用性能

第一节 ECC的原理及主要特征

第二节 国产与美国ECC性能对比分析

第三章 ECC的应用及展望

第一节 ECC的应用

第二节 ECC的发展趋势

第四章 结语

第一节 主要结论

第二节 展望

1. 绪论
2. 课题研究的背景和意义

随着现代社会的高速发展，建筑需求明显加大，而在建筑所需材料中以水泥应用范围最广。水泥基材料主要分为三种：一是水泥；二是砂浆；三是混凝土，该材料在实际的工程应用中有利也有弊，优点在于水泥的抗压强度高，但是抗拉强度低，抗裂性能差，脆性也较大，当受到了拉伸应力，水泥材料易于发生脆性破坏，例如剥离和破碎。由于水泥基材料的上述缺点是其固有的，通过改进自身材料很难解决这一问题。如何解决这一问题成为了研究难题。国外经过几十年的研究发现，为了改善水泥基材料的性能，采用了“复合”技术，加入了纤维等材料，也因此衍生出了许多同系列的水泥基复合材料，常见的有纤维混凝土、高性能纤维增强水泥基复合材料等。直至今年，一种性能更高的水泥基复合材料开始出现在市面上，名为工程水泥基复合材料，英文简称为ECC，深受国内外建筑方的青睐。

为解决上述问题，在水泥基材料研究领域，出现了各种各样的混凝土材料，比如钢筋混凝土、纤维混凝土，还有一些复合材料，如纤维增强水泥砂浆、韧性超高的水泥基材料、工程水泥基复合材料等，这些材料的应用领域不同，发展进程也因此存在一定的差异。现阶段，后两种材料已经可以很好的解决工程结构的突然性断裂且具有很好的抗变形能力。分析工程水泥复合材料的性能及应用具有重要的意义。而ECC也因其良好的性能引起了广泛关注。

1. 国内外主要研究现状

最近的十几年来，水泥基复合材料越来越受到人们的关注，它的应用研究也越来越多。美国、日本、加拿大等国家已经广泛地采用低掺率的合成纤维预拌混凝土，并且将之用于实际工程。在国外发达国家和地区，如美国、日本、欧洲，ECC已经广泛应用于实际工程，包括：桥梁桥面的维修加固、边坡的加固、作为桥梁的连接板、作为高层建筑的连接梁。在美国使用的混凝土总量中，合成纤维混凝土约占10%。但在国内，我们主要还是在实验室条件下研究ECC的材料性能，相比国外是相当落后的。近年来，我国也开始逐步应用合成纤维混凝土新技术来解决工程中的许多新问题，大部分都有成效。

ECC的研究历程是这样的：20世纪90年代初，美国密歇根大学教授维克托^[1]基于其对断裂与微观力学基本原理的研究，进一步提出了设计理论，其所采用的设计方法既结合了微观力学的基础性能，也对微观的材料结构展开了合理的调整。在研究短纤维增强水泥基复合材料的时候，他们借助了纤维桥连接法，该方法兼顾了以下多项元素：一是基质和纤维的根本性质；二是二者的界面性质；三是二者之间的相互作用。此外，他们还进一步探究了碳纤维对水泥基复合材料性能所产生的影响，从中发现纤维的直径与应变能力会影响材料的延性改善。有的碳纤维直径较大、拉伸应变较高，但强度和模量低，这种碳纤维在搅拌成型的过程中不太会发生断裂，更有助于优化ECC的性能。1995年，实验室研究并分析了ECC材料的应变硬化性能与骨料之间的关系，发现细骨料能显著提升ECC材料的弹性模量，但若用量过多，ECC材料的应变硬化能力就会受到影响，延性也降低。之后，又不断的研究了ECC钢筋混凝土的耐久性，ECC梁的抗剪能力，ECC在抗震结构中的应变硬化特征和多缝开裂特征，ECC作为连接板良好的变形能力。

和国外的研究相比，我国起步较晚，相关的研究报道也不多。此外，研究的深度和广度上和国外也有很大不同。然而，目前，我国正处于经济快速发展时期，对建筑材料的需求越来越高。在这种背景下，水泥基复合材料越来越受到人们的重视，水泥基复合材料也得到了迅速的发展。值得注意的是，理论研究的缺乏是水泥基复合材料进一步发展的一个障碍。需要理论与实验互相支撑，才能使得国内在这一领域也能够像国外一样广泛的应用于实际工程。

1. 本文的研究目的及主要研究内容

本文的研究目的在于解决普通水泥基材料韧性差、脆性差、抗拉伸能力差、容易开裂等缺点，引出ECC材料的产生和发展方向。主要介绍了近年来水泥混凝土技术发展的主要方向就是水泥基复合材料，而ECC正是一大代表。如今，市面上主要有以下两种水泥基复合材料：一是颗粒水泥基复合材料；二是纤维水泥基复合材料。本文将以水泥基复合材料作为研究对象，分析其具体特征及应用范围，下文是与该研究课题有关的研究文献：

1.国内外ECC材料发展的文献调查

在查阅了大量国内外有关的文献之后，了解了ECC材料的设计理论、结构特点，材料的要求以及优缺点分析；并对国内外研究现状以及实际应用进行了文献调查。

2.ECC材料的原理和力学性能研究

基于ECC材料的微观力学设计原理，通过实验室研究，比对不同的早强剂种类，调节粉煤灰的用量，分析了ECC材料的物理性能和力学性能会受到怎样的影响。最后得出了ECC材料的高流动性、高延性的性能是水泥基复合材料的最大特点。

3.ECC材料耐久性、自愈合性等性能研究

ECC材料由于其自身具有很好地强度、高温低温性能、防水性、控制裂缝宽度的能力等等性能，所以它具有很高的耐久性，具有很稳定的温度敏感性能，为水泥基材料提供了自愈合的可能。

1. ECC的使用性能
2. ECC的原理及主要特征

通过前文的叙述我们可知，水泥基复合材料有纤维和粒状之分。其中，前者根据所含纤维量来进行划分，又可以分为三种：(1)第一种，纤维体积含量最小，小于1%，纤维在材料中主要起的作用是收缩裂缝；（2）纤维体积的含量在1%到2%之间，纤维主要起到了改进力学性能的作用；（3）高性能纤维增强水泥基复合材料，这种材料与前两种最大的不同之处在于它在单轴拉伸过程中呈现了类似于金属的应变硬化性能，这种材料在破坏过程中存在大量的微裂纹，具有超高的韧性和能量吸收能力。下面具体介绍ECC材料的原理及主要特征。

上世纪90年代初，密歇根大学的维克多·克莱教授根据微观断裂力学参数和纤维桥联理论，经过一系列研究和制备，也就有了工程水泥基复合材料，我们所说的ECC。它的纤维体积掺量为2%，属于第二种，它的抗压强度在40兆帕到60兆帕之间，抗拉强度在5兆帕左右，拉伸应变可以达到3%到5%，这个数值是普通混凝土的300-500倍，所以它是一种高性能纤维增强水泥基复合材料。ECC中的纤维属于短切乱向分布，它对于水泥基材料的增强作用主要表现在纤维的应力传递过程和纤维的桥接应力。在ECC的受拉过程中，应力在纤维与基质之间不断传递，可以分成两个部分：裂缝产生之前和裂缝产生之后。最初，裂缝还没有产生，基质和纤维都是在一个整体里面，界面处的基质和纤维所产生的纵向应变相同，这个时候作为主导的是弹性应力的传递，界面处也会随之产生剪切应力。在此之后，荷载会不断地增加，一旦荷载超过了基质和纤维之间的粘结强度，界面之间的摩擦力就成了主导，代替了弹性剪切应力。最后，当荷载增加到一定程度，两者会共同作用，基质与纤维开始发生脱粘，从而产生滑移。研究表明，ECC的极限抗拉强度主要还是由摩擦应力决定的，而变形能力是由产生的相对滑移决定的。

高韧性纤维水泥基复合材料ECC是一种复合型材料，它是将高强度补强有机纤维添加到由水泥、水、砂组成的水泥砂浆中而产生的。ECC是基于断裂力学、细观物理力学和统计优化设计的，采用短纤维增强时，纤维含量必须在复合材料总体积的2.5%以下，硬化后复合材料的应变硬化特性显著。在拉伸载荷作用下会产生许多细小的裂纹，其拉伸应变能力最高可超过新型材料的3%。该材料的基本构成有：水泥、纤维、石、砂、水、矿物掺合料以及稠化剂。一般来说，水和水泥的比例要在0.5以下，且纤维体积不能超过2％。研究结果显示，ECC的应变能力通常介于3%--6%的区间，极限值为8%，能够消耗普通纤维混凝土的3倍能源。基于此，ECC不仅有利于提升结构的延展性和能耗性，还可以切实强化结构的抗冲击性、耐蚀耐磨性，在地震结构中拥有较大的发展空间。较之传统的钢筋混凝土结构，ECC材料有更高的性能^[1] 。ECC材料可以反映新型材料品种的价值，这符合社会工程材料的需求，所以ECC必将成为性能设计方面的一种应用技术，以下是ECC的几个性能表现：

1. 抗拉性能与应变硬化

有研究发现^[2],ECC最主要的性能表现为应变硬化，以下三个方面可以体现:

（1）ECC的应变硬化会有许多裂缝产生，这与金属的冷拉性能不同，当外力消失时，裂缝自然闭合。该过程是对损伤的积累，因而也被叫做准应变硬化。

（2）应变硬化须是受拉应变硬化，因为在完全荷载的作用下，大纤维体积比的混凝土同样能够显现出应变硬化的特点，但在直接拉伸载荷下，依旧可以看到应变软化。

（3）为切实强化混凝土的断裂韧性，所以在普通纤维混凝土中加入了一定量的纤维，但材料仍逃脱不了开裂的命运，开裂后的材料整体断裂或从基体中脱出，粘结应力小，荷载也快速下降。在ECC材料中，纤维之间的裂缝也能够起到桥接裂缝并且承受荷载的作用，随着裂缝的产生，多个裂缝逐渐从基体中拔出，期间荷载持续增大。

值得一提的是，为保证性能的优良，可尝试在PVA纤维的设计阶段考虑怎样减少粘合强度。经过研究发现^[4]：在PVA纤维上涂上剂量不同的特殊油剂，可对PVA和ECC基体之间的粘结与滑移有显著效果。具体而言，即涂覆了油剂的纤维外形比没有涂的更为完整，后者会出现抽丝、拔断等多种问题，前者仅会在拔出的过程中产生轻微的摩擦，直至脱粘与滑移，也没有对外形造成明显的损坏。

实验结果表明^[2]，在开裂的早期阶段，ECC材料的荷载和混凝土并没有太大区别，但在极限拉伸应变趋近普通混凝土或传统FRC的500倍，显示出较大的韧性。ECC的拉伸应变能力相当于试样上的几个细裂纹。从初始开裂到极限载荷的整个过程中，拉伸应力-应变曲线都表现出明显的应变硬化特征。

在载荷不断增大的情况下，基体开始出现较大的裂纹，且ECC中的纤维可以为之提供所需的桥接应力。基体裂纹的扩散是以“自相似”的方式进行。期间，裂纹尖端的应力场与变形场不会改变，直至裂纹完全穿过截面。当裂纹首次出现时，与之配套的试件承载能力也会在顷刻间下降，然后又立刻恢复，裂缝的宽度也会以较快的速度维持在相对精细的水平，如此反复几次后，试样会显现出很多分布较均匀的细裂缝，裂缝的宽度之间一般都很接近。在极限荷载，也就是应变为5%以下时，裂缝的宽度也能够维持在60微米左右。而当应变小至1%时，裂缝的宽度就会变得很小，材料本身的性质会决定这种细小的裂缝的宽度，无关于ECC材料是否会配筋及其配筋率的大小。

1. 抗剪性能与能量吸收

Kanda（1998）等^[8]借助实验来测试ECC的抗剪性能，发现在剪跨比数值为1的时候，即没有搭配任何抗剪钢筋时，ECC梁的抗剪能力高于混凝土梁，比例为42.7%，而对应变形能力是2.25 倍，具有显著的破坏延性特征。这些都充分证明了ECC材料的抗剪性能。Vasillaq（2003）^[10]等人研究并观察了ECC板在剪切作用下的变化，发现其从没有开裂到开裂是一个循序渐进的过程，材料本身的刚度并不会因开裂而出现急剧的下降，但普通的混凝土则会表现出十分明显的脆性破坏特征。Gregor^[3]等人重复剪切试验了钢筋混凝土(RC)和钢筋-ECC(R/ECC)梁构件，得出以下结论：在剪切破坏R/ECC的过程中有许多非常细小的斜裂缝出现，与延性破坏特征相符。且ECC的剪切韧性比R/C更好。在地震结构中，分散地震能力最有效的方式是发挥塑性铰区域对能量的吸收作用，但在被脆性混凝土包裹的情况下，仅有少量钢材可通过屈服阶段。然而，在延性比为10%的时候，即便没有抗剪箍筋，ECC悬臂梁构件也不会出现保护层脱落或开裂的或破裂。在设计抗震结构的过程中，通常需要用到滞回环，这是一种形状较为完整的结构体系，具有较强的能量吸收能力，因而意义重大。Fukuyama（2003）研究并介绍了响应控制装置，该装置主要由两部分构成：一是 ECC短柱；二是扩大头。其不仅有助于减小建筑结构在地震中发生的位移，降低对构件的破坏，还能利用ECC短柱来达到高韧性、高强度与高刚度的建筑效果；此外，扩大头部既能控制装置的影响范围，还可确保装置与框架之间的紧密连接。因其皆属于水泥基材料，所以相比于钢框架与阻尼器，它们更适用于混凝土结构的地震响应控制。

1. 韧性评价及薄板抗弯性能

ECC材料的抗弯性能与其拉伸性能有着直接的关联，使用四点弯曲试验机对ECC薄板实验，通过研究发现：在弯矩的作用下，ECC薄板的裂缝在产生之后，会伴随着应变硬化过程，多缝开裂，挠度也会不断变大，但不会屈服，试件的弯曲韧性也较高，因此ECC也被称为弯曲混凝土。

第二节 国产与美国ECC性能对比分析

国产ECC和美国ECC具有不少相同的性能，如下：

1.自密性

该性能指的是混凝土抗离析的能力较强，无需进行捣固与振动处理。ECC材料最大的特点就在于水泥浆与集料的比例很高，集料的粒径很小，所以自密性很好。基于新拌的ECC流变性能的测试结果，可以总结出ECC在不受阻碍的情况下拥有良好的流动性与流速。比如修补路面时浇注ECC材料，不仅流动性较好，且填充能力也非常优秀，为实际工程中使用带来了很大的便捷。

2.耐火性

在温度较高的情况下，高强度的混凝土通常会发生爆裂现象。究其原因在于高强混凝土内部结构较为紧密，不仅孔隙率很小，就连连通的孔隙也较少，所以在温度快速上升的时候，粘稠的硬化水泥浆体会在第一时间内对水蒸气的逸出进行阻挡，使得混凝土的孔洞内形成极大的蒸汽压力。在压力超出混凝土的抗拉强度时，便会立刻爆裂成若干个大小不一的碎片。ECC材料之所以耐火性能良好，主要是因为PVA纤维可以在高温环境下溶解，形成水蒸气的迁移通道，进而释放出ECC组分中所聚集的蒸气压力，以防止水泥基质被分解破坏。

3.自愈合能力

该能力指的是混凝土的裂缝可自行愈合，部分长时间暴露在室外环境下的裂缝会逐渐收缩直至完全消失。很多人将这种能力归因于混凝土内部的水泥基质有一些未被水合，外部原因与其暴露的外部环境条件有关。包括干湿循环、温度条件、渗水和混凝土中的氯化物含量；此外，裂缝的宽度不得大于150，最好是50。密歇根州的杨恩华博士在ECC部件的耐久性研究中发现了很强的自我修复能力。自我修复能力提高了ECC在不断变化的环境中的耐久性。

4.环保性

ECC材料也具有良好的环保性能。煤在燃烧之后会产生降低空气指数的粉煤灰，全球粉煤灰一年的产生量达6亿多吨，而怎样有效处理这些粉煤灰成为困扰世界各国已久的大难题。在最近几年里，先后有不少研究结果表明，粉煤灰能够像火山灰、硅粉一样来代替部分水泥，这不仅极大地缓解了其对空气带来的污染，还减少了建筑工程对水泥的用量，节省了不少成本。通常而言，粉煤灰最少可代替10%-25%的水泥。因为火山灰自身无法与水发生直接反应，必须借助石灰石的作用才能实现水化反应，但释放的热量较少。为此，杨恩华博士用粉煤灰来试验ECC材料，结果显示在粉煤灰含量不断增加的情况下，ECC的抗压强度呈现出不断下降的趋势，但若粉煤灰与水泥的比例保持在2.8以下的水平，ECC材料的抗压性依旧较高。此外，粉煤灰的含量也不会对ECC的拉应变产生显著的影响，因为掺加不同含量的粉煤灰的ECC皆存在应变硬化的现象，所以ECC材料对环境保护是有一定作用的。

国内外ECC产品性能上的差异在于：国内学者最开始仅对掺加低体积国产PVA纤维的影响进行了研究，进一步了解其对改善水泥基材料的抗裂性能与韧性效果，以期能够强化材料的抗冲击和抗拉性能，后来国内才开始将PVA纤维应用于配置ECC材料。

早强型ECC材料就是国产ECC的典型产品。其作为大跨径钢桥面铺装层材料不仅可以满足一定的强度，也具备了较高的抗弯抗拉性能和良好的变形能力。制备早强型ECC的原材料有：水泥、粉煤灰、石英砂、PVA纤维、高效减水剂、早强添加剂等。通过抗压强度实验和四点弯曲实验，可以选出了有效的早强剂，优化粉煤灰和早强剂用量，确定早强ECC材料的配比，增加掺加粉煤灰的量有利于提高ECC的工作性能。早强型ECC的各种性能能够满足当前桥梁铺装的大部分需要。

1. ECC的应用及展望
2. ECC的应用

经过了近几十年的研究和发展，ECC技术也慢慢的成熟，除了实验室研究，ECC已经成功地应用于一些实际工程中。ECC的韧性很高，其多裂缝开裂的特性也很独特，产品类型也十分丰富，所以才能够在土木工程领域有着广泛的应用空间。多年的研究与发展终于让ECC材料能够应用到实际工程中。在这一方面起步较早的国家当属美国和日本。ECC材料的低纤维含量和简单方便的施工工艺也使其在实际工程应用中的可行性很高，且普通混凝土所参照的使用标准也适合用在ECC材料上，这就在无形之中扩大了该材料土木工程中的应用范围。无数次试验证明了ECC材料的结构强度、耐磨性、能量吸收和裂缝控制能力都有着其他材料不具备的优势。当ECC材料作为混凝土表面的覆盖物进行加固和维护时，由于其极限拉伸应变比普通混凝土大得多，即使下层混凝土完全断开，也能承受一定的荷载和变形。因此ECC材料可以广泛地应用于桥面、路面的维修工程。另外，由于ECC超高的韧性，作为连接塑性铰，它具有很强的能量吸收能力。有一种喷射ECC具有应变硬化性能，这种ECC材料可以得到同样好的力学效果，同时也具备应变硬化特性，裂缝的宽度不到100微米，拉伸应变可以达到1.5%-2.5%之间，最大喷射厚度可以达到45毫米。ECC材料品种的丰富，使得ECC材料能够满足多种实际工程的需求。以下是对ECC在现实工程中的应用案例介绍：

1. 桥梁面板维修

在美国的密歇根州，有一座名为Curtis的大桥，这座桥的面板历经多年的风吹日晒后，已经出现了严重的损坏甚至影响了行人的使用。之后，工程师们在2002年进行了加固和维护工作，其中ECC材料得到了广泛的应用。为了对比ECC材料作为修补材料的优劣性，有关的工作人员在选用ECC材料对其进行修补的适合，同时也使用了一般的混泥土进行维修。修补工作完成后的两天里，ECC修补处没有明显可见的裂缝，而使用普通混凝土修补的地方出现一条很明显的裂缝，宽度大约有0.3毫米。两年后，这座桥进行了测试。试验结果表明，经过两年的使用，在严寒的冬季条件下，经过几次冻融循环后，ECC修复的桥面仍处于良好的工作状态。由此产生的细裂纹的宽度可以很好地控制在30微米以下。相比之下，用普通混凝土修补的周边桥面发生了严重退化，出现了严重的剥落现象，裂缝宽度高达几毫米。观测结果表明，ECC材料能够很好地应用于桥梁修补工程，表现出了一定的优越性能。

2．边坡加固

在日本，一座混凝土斜坡墙由于碱 - 骨料反应而遭受严重的裂缝损坏，严重影响使用。工程师在2003年对其进行了修复和加固，为了确保修复后不会出现更严重的裂缝，工程人员在施工过程中在边坡表面喷洒了一层数十毫米厚的ECC覆盖物。整个施工过程非常便捷顺利，试验完成一年后，再度勘察发现ECC修补的地方最大的裂缝宽度也只有50微米，足见该材料的实用性。

1. 水坝维修加固

日本广岛的三阪大坝距今已有60多年的使用历史，其内部的混凝土结构已经出现严重的开裂、破碎、漏水等情况，基本上已经到了无法使用的地步。基于此，2003年该大坝经历了一次大规模的修缮，工程人员同样在这次维修过程中使用了大量的ECC材料。大约600平方米的混凝土表面喷上20毫米厚的ECC作为保护层。由于ECC具有良好的性能和施工技术，所以修复工作不仅简便，且效果十分显著，修复之后的水坝使用情况良好，ECC材料也因此在水体工程中得到了更为广泛的应用。

1. 钢/ECC组合桥面板

ECC材料凭借其良好的力学性能与持久性，除了可以应用于桥梁养护与加固，还能用于桥梁的新建项目。2005年5月，位于日本北海道江北市的梅园大桥正式建成，该大桥的桥面主要采用了钢/ ECC复合材料，将其作为一般钢材面板的下层铺装。ECC的高韧性和良好的裂缝控制能力满足桥板铺筑的适宜性和耐久性的要求，由于采用了该方案，桥板的自重降低了40%，大桥使用寿命预计将延长至100年，显著增加了桥的经济效益。

5.韧性连接板

通常在桥面板之间设置伸缩缝，并在伸缩缝上设置可膨胀接头以连接桥板。然而，在连续的温度膨胀变形过程中，目前的节点很容易损坏，一旦损坏，水和化学物质很容易渗透到桥板甚至下部的结构梁中。造成严重的侵蚀和破坏。因此，一旦节点损坏，必须及时修复，否则很容易造成结构板梁的劣化，在维修过程中经常需要更换，这样就会引起许多不必要的资源浪费。而要有效解决该问题，可将连续桥面连接板来取代连接节点。因为连接板可以和相邻的桥面实现完美的连接，能够减少因为下部构件渗漏而导致的损伤。然而，若采用一般的钢筋混凝土或钢构件来制作连接板，则会消耗大量的钢材，且这种钢材的连接属于刚性连接，即在桥面出现变形的时候，会影响桥梁板内部的应力重分布，使其承载力的设计变得更为复杂。除此之外，刚性连接板在裂缝的扩展规模上也缺乏有效的控制。而ECC材料的出现正好可以解决上述难题。ECC不仅拥有超高的韧性，且应变硬化特性也足以承担相邻桥板在热胀冷缩时所发生的变形，且可在饱和多缝开裂的时候对裂缝宽度进行控制，避免漏水而引起的桥体侵蚀情况。总的来说，这种刚性连接板兼具普通连接件与刚性连接板的优点，所以性价比极高。2005年7月，密歇根开展了一个示范项目，即对公路桥梁进行改造，期间使用了大量由ECC材料制作的连接板，工程结果显示，ECC材料可作为性能超高的桥接板。

6.抗震消能构件

在现代高层建筑中，使用频率较高的抗震方法是消能减震。详细来说，就是在建筑结构的节点、连接处等部位安装阻尼器，在地震发生时所引起的强烈震动下，这些阻尼器就会立刻进入非弹性状态，并且产生相当大的阻尼，消耗大量的振动能量，以此来减少建筑主体结构的动力响应，以免其进入非弹性状态。以便在发生强烈地震时保护建筑物不受破坏。由于其优异的韧性，ECC材料使其成为一种良好的吸收能量和减震材料，可用作高层建筑中嵌入式部件形式的能量消散和抗振构件。在日本，一栋27层、近100米高的建筑采用了ECC材料制成的耗能减震连梁。当地震发生时，这些耗能部件可以起到阻尼能量抵消的作用，有效提高了整个建筑的安全性。

1. ECC的发展趋势

ECC性能优良，仅凭其超高的韧性就能够有效填补传统混凝土的性能缺陷。另外，因其掺加的纤维量较少，可在一定程度上规避普通纤维混凝土的缺点，比如和易性差，且可深加工制作成自密实ECC、喷射ECC等产品。纤维含量的减少同样也赋予了ECC材料以更高的经济价值。在经济发达国家及地区，已有不少专家学者对ECC开展了全面的优化及改进实验，且因此研发出了许多ECC产品。

因ECC韧性强、渗透性低、耐久性好，还能对裂缝的宽度进行有效的控制，所以将其应用在液压、港口、船舶、道路、桥梁或建筑工程等领域将使这些结构更加安全、耐用。如混凝土建筑物的修补工程；大坝、蓄水池、输水渡槽的防裂和抗渗；作为钢筋混凝土结构的保护层提高耐久性等等。

1. 结语
2. 主要结论

通过本文的研究和讨论得出，ECC性能极高，有广阔的发展前景，可在建筑施工领域得到广泛的应用，为建筑带来更高的安全性。国外现有的关于ECC的理论及实验研究正不断完善，且研究层面也得到了提升，从最初的材料、构件研究变成了结构研究，这些都将加快ECC材料的规模化应用。相比之下，国内的研究较为滞后，为此应当有针对性地吸取国外的成功经验，借鉴其应用的先进成果，综合我国建筑领域对新型建材的需求情况，进一步研究ECC材料及其性能特点，以期能为产品制造与工程施工等领域带来新的材料选择。另外，基于可持续性要求的环境ECC和为了减少自重而研发出来的轻量级ECC同样得到了成功的应用。综上，不能预测出ECC今后的技术将会更加先进，拥有极好的发展前景。

1. 展望

对于ECC材料的研究是一个长远的过程，需要不断的创新和尝试，限于时间、篇幅等因素，还有许多工作有待进一步研究，总结如下：

1.本文虽然对ECC材料的抗拉性能和抗剪性能进行了研究，但并未对其疲劳性能和抗冻性能等进行系统的研究，这一方面还需要进一步的研究和分析。

2.ECC材料中至关重要的组成部分就是PVA纤维，尽管国内有不少厂家可以生产出大量高强、高模的PVA纤维材料，但大部分都未经过表面处理，所以不能用于配制ECC材料，这不仅是对PVA纤维生产厂家提出的一个难题，也是对致力于ECC材料研究的学者的一大挑战，如果国内的PVA纤维在得到表面处理之后可以在ECC得到直接的应用，这就意味着我国纤维增强水泥基复合材料的发展将会取得质的突破。

3.伴随新材料出现的必定有相应的测试标准。因而，需要在最短的时间内为ECC材料确立直接拉伸性能的测试方法及具体标准。

4. ECC材料与超细晶钢的协调作用有待进一步研究。现阶段，我国已有超细耐候钢、800MPa超细晶粒钢，且对Q235钢完成了一轮工业性的轧制试验，试验结果非常成功，生产出的超细晶粒钢拥有510-535MPa的抗拉强度，390-410MPa的屈服强度，若将其代替现在建筑结构中的普通钢筋，其对建筑结构性能所带来的影响必定非同凡响。

主要参考文献

[1]姚山 戴玲 马丽. 工程用水泥基复合材料ECC的研究进展与工程特性[D]. 混凝土, 2010.

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