文章概述
隨著低碳環(huán)保理念的全面貫徹，具有高強韌性、設計靈活性和耐久性的紡織結(jié)構(gòu)材料被廣泛作為混凝土增強結(jié)構(gòu)材料使用，已越來越多地應用于土工建筑、交通運輸?shù)让裼妙I域。但是，在現(xiàn)有常見紡織結(jié)構(gòu)材料中，應用較多的玻璃/碳纖維格柵低密度織物脆性較大，在面臨外力沖擊時易造成結(jié)構(gòu)瞬時失效，在軍事前線掩體、防爆防震墻、防撞橋墩等需要高強高韌場合的加固仍具有較大局限性。
近日，江南大學紡織科學與工程學院/針織技術(shù)教育部工程研究中心研究團隊結(jié)合針織技術(shù)與混凝土技術(shù)，以高強高模的芳綸復絲和高彈耐酸堿的尼龍單絲分別作為面層和間隔層，自主研制出了一種可工業(yè)化生產(chǎn)的新型針織間隔結(jié)構(gòu)水泥基復合材料（TRC）并進行了關鍵技術(shù)研究，為有效拓寬該新型三維紡織材料在軍民兩用領域的應用奠定了理論基礎。
本項工作中，研究人員通過準靜態(tài)彎曲和動態(tài)沖擊等測試手段，系統(tǒng)評估了正反面紗與間隔絲的用量對TRC整體力學性能的影響，并創(chuàng)新引入了一種非對稱三維結(jié)構(gòu)以進一步提升材料的承彎承沖能力。此外，還利用micro-CT工業(yè)計算機斷層掃描技術(shù)觀察了TRC在準靜態(tài)/動態(tài)加載失效后的內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損傷形貌，揭示了該針織間隔織物的增強機理。研究表明，具有較大伸長率的針織間隔結(jié)構(gòu)可以有效抑制基體的脆性開裂并提升TRC塑性變形能力；TRC的力學性能與面紗/間隔絲用量成正比關系；面層從密到疏的梯度非對稱結(jié)構(gòu)可以更好地提升TRC的吸能效果；相較常規(guī)水泥板材，僅添加4.8%纖維體積含量的針織間隔織物的TRC抗彎和抗沖擊損傷容限分別提升了9.2倍和12.4倍。該研究彌補了高性能針織間隔織物在土工建筑領域中的理論空缺，為進一步擴大針織三維結(jié)構(gòu)材料應用范圍提供了理論指導。
圖文導讀
圖1 針織間隔織物結(jié)構(gòu)設計示意圖
圖2 TRC彎曲性能測試結(jié)果
圖3 TRC彎曲試樣micro-CT掃描2D和3D圖像
圖4 TRC低速沖擊性能測試結(jié)果
上述研究以“Mechanical performance of cementitious composites reinforced with weft-knitted spacer fabrics under static flexural and impact loading”為論文標題在線發(fā)表在土木工程領域頂級期刊《Construction and Building Materials》。江南大學針織中心2020級碩士研究生馬曉濤為論文第一作者；江南大學針織中心馬丕波教授和董智佳副教授為論文共同通訊作者。該研究得到了國家自然科學基金（11972172）、中央高校基本科研業(yè)務費（JUSRP62005）、江蘇省高等學校重點學科建設項目（PAP）資助。全文鏈接為：https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.131376。