弯曲荷载作用下PP-ECC梁裂缝发展规律试验研究

李福海，李 瑞，姜怡林，何肖云峰，胡丁涵

弯曲荷载作用下PP-ECC梁裂缝发展规律试验研究

李福海，李 瑞，姜怡林，何肖云峰，胡丁涵

(西南交通大学土木工程学院，成都 610031)

本文通过四点弯曲试验，研究PP-ECC梁在弯曲荷载作用下的裂缝发展规律，并与RC梁进行对比．研究结果表明：新裂缝的产生几乎贯穿了PP-ECC梁的整个加载阶段，并且在极限阶段呈现出多条主裂缝共同发展的破坏状态，同时，裂缝的发展模式以及发展形态也更为多元化．而RC梁表面不再有新裂缝产生，在加载后期则会出现单条较为明显的主裂缝；相同配筋率下，PP-ECC梁破坏时产生的裂缝数量远高于RC梁，裂缝数量增长率分别为420%和780%，并且随着配筋率的提高，RC梁与PP-ECC梁受拉区产生的裂缝数量逐渐减小；RC梁受拉区底部裂缝的延伸率达到了100%，而PP-ECC梁底部受拉区裂缝的延伸率则随着配筋率的提高而逐渐提高，平均延伸率为66.83%，远低于RC梁，较低的裂缝延伸率说明了PP-ECC梁具备比RC梁更好的受拉区裂缝控制能力．PP-ECC梁的最大裂缝宽度远小于RC梁，其最大裂缝宽度分别为RC梁试件的35.3%和38.5%，主裂缝的宽度随着加载级别的提升而呈现出近线性发展规律，PP-ECC梁的主裂缝的发展更为均匀稳定，并且随着配筋率的提高，RC梁与PP-ECC梁的最大裂缝宽度不断增大；PP-ECC梁裂缝最大延伸高度小于相同配筋率下RC梁的裂缝最大延伸高度，同时，加载过程中，PP-ECC梁的主裂缝宽度和裂缝数量发展以及主裂缝延伸高度和开裂宽度发展均体现出较高的一致性和同步性．

PP-ECC梁；裂缝发展模式；裂缝数量；裂缝最大宽度；裂缝最大延伸高度；裂缝发展规律

钢筋混凝土梁是混凝土与钢筋的复合结构，由于混凝土本身较低的抗拉强度，使梁体结构受拉区基体材料更易开裂，而混凝土对于裂缝的控制能力较弱，一旦开裂，裂缝的发展无法得到有效控制[1-3]，随着裂缝宽度和延伸高度的不断扩大，外部侵蚀介质更易进入结构内部，造成内部钢筋的锈蚀和混凝土基体的破坏，形成不可逆转的耐久性损伤．因此，为降低由于结构过度开裂而造成的损失，寻求一种可有效控制裂缝发展的材料显得尤其重要．

工程用水泥基复合材料(engineered cementitious composites，ECC)是一种基于微观结构和断裂力学原理而研制出的具备超高韧性和多裂缝开展机制的新型建筑材料[4-16]．研究结果表明[17]，ECC材料在荷载作用下可有效控制裂缝的发展，其原因在于基体单位体积内较为均匀地分布着大量纤维，这些纤维犹如微细钢筋，可以起到支撑骨料的作用，并且由于纤维本身较好的变形能力以及与基体较强的黏结作用，在内部产生损伤的过程中，可以消耗掉微裂缝在发展过程中所产生的能量，从而阻断裂缝扩展，提高结构的抗裂能力．

近年来，国内外学者对于ECC材料在构件上的应用进行了相应的研究．张君等[18]制作了不同配合比的ECC预切口梁，探究承载力随裂纹扩展的变化规律以及不同水胶比对预切梁抗弯性能的影响；罗敏等[19]研究了RC/ECC 组合梁的抗弯性能，研究结果表明：组合梁抗弯性能、变形性能、裂缝控制能力均强于普通混凝土梁；徐世烺等[20]研究了ECC-混凝土复合梁的抗弯性能，试验研究结果表明：随着受拉区ECC替换率的变化，复合梁的抗弯承载力得到不同程度的提高，并且变形能力和裂缝控制能力也同样出现一定程度的变化．Suthiwarapirak等[21]通过四点弯曲疲劳试验对PVA-ECC薄板的抗弯性能进行了研究，试验结果表明：PVA-ECC薄板呈现多裂纹稳态发展破坏，并且在荷载作用下可以表现出更好的变形能力；Dan等[22]通过对配合比的不断优化，设计出极限抗拉强度在4.8MPa左右的PVA-ECC材料，并将其运用于梁体结构，通过数字图像技术探究不同因素影响下PVA-ECC梁抗弯抗剪性能的差别；Maalej等[9]使用PP纤维代替PVA纤维并首次将其应用于构件中，研究结果表明：在配筋率和构件尺寸不变的情况下，使用PP-ECC材料制成的ECC梁极限承载力明显高于RC梁．目前，不少学者在进行ECC材料以及ECC应用于实际构件的研究，而对于PP-ECC材料用于受弯构件时，构件在服役期间裂缝具体发展规律的研究则相对较少，并且尚未形成系统，因此，该部分仍需进行较为深入的试验和理论研究．

本文通过逐级加载方式，分析PP-ECC梁在加载过程中裂缝的发展过程及发展模式，记录PP-ECC梁在不同级别荷载作用下的裂缝数量、裂缝宽度和裂缝延伸高度，研究上述多项参数在加载过程中的发展规律．同时与2根RC梁进行对比，研究不同材料对裂缝控制能力的差异．

1 试验概况

1.1 试件设计

试验设计并制作了5根试验梁，包括2根RC梁及3根PP-ECC梁，标号为L-1～L-5，具体参数见 表1．为便于观察裂缝的产生和发展，试件表面涂白并画上40mm×40mm的网格，试件尺寸如图1所示.

1.2 材料性能

本试验中PP-ECC材料的主要成分为粉煤灰、水泥、水和PP纤维，PP 纤维的体积掺量为2%，PP-ECC相关性能指标见表2．普通混凝土由水泥、粗细骨料、粉煤灰、水以及减水剂组成．C30混凝土和受弯钢筋性能指标分别见表3和表4.

表1 试件参数汇总

Tab.1 Sample parameter summary

注：本试验由于试件尺寸较小，不宜配置较大直径的钢筋，6mm钢筋为光圆钢筋，而8mm和10mm钢筋为带肋钢筋，对比性较低，因此选用8mm和10mm钢筋．

图1 试件尺寸及截面配筋

表2 PP-ECC性能指标

Tab.2 Performance indicators of PP-ECC

表3 C30混凝土性能指标

Tab.3 Performance indicators of C30 concrete

表4 HRB400钢筋性能指标

Tab.4 Performance indicators of HRB400 reinforced bar

1.3 试验加载方式

本试验使用微机控制电子万能试验机进行逐级加载，每次加载级别为2kN，每级加载之间间隔5～8min，以便于观察裂缝的产生和发展，直至试件加载至极限状态，记录最大裂缝宽度、最大裂缝延伸高度以及受拉侧产生裂缝总数．试验梁采用三分点弯曲加载，实际加载跨度为900mm，纯弯段为300mm，具体加载装置见图2．

图2 试验加载装置

2 试验结果及分析

2.1 裂缝发展形态

如图3所示，对于配筋率不同的PP-ECC梁，在其达到极限状态时两侧面均出现较多裂缝，呈现出多裂缝破坏模式；配筋率相同时，PP-ECC梁在达到极限状态时侧面产生的裂缝数量远多于普通混凝土梁，并且以中轴线为对称轴基本呈现出两侧对称分布．

2.2 裂缝发展过程

弹性阶段，PP-ECC梁呈现出未开裂持荷状态；达到开裂荷载后，在弯矩突变区域出现多条细微裂缝；继续加载，早期裂缝发展并不明显，而是在纯弯段不断产生新的细微裂缝；加载至一定荷载级别时，弯剪段开始出现裂缝；继续提高荷载级别，纯弯段区域形成主裂缝，其宽度大于其余裂缝，此阶段依旧有少数新裂缝产生，并且多出现于纯弯段；临近极限荷载时，新裂缝不再产生，多条裂缝在荷载的作用下不断发展，达到极限状态时，试件表面呈现出多条细密裂缝的破坏模式．

综上所述，PP-ECC梁在弯曲破坏过程中裂缝的发展呈现出以下几个阶段：

(1) 加载至开裂荷载，纯弯段同时产生3～5条细密裂缝；

(2) 继续加载，早期裂缝并未出现明显发展，纯弯段裂缝数量不断增加；

(3) 继续加载，纯弯段裂缝有较为明显的发展，弯剪段开始出现裂缝，并且裂缝发展速度较快；

(4) 继续加载，纯弯段出现多条主裂缝，其余裂缝也在缓慢发展，裂缝数量依旧在增加，但增加速度明显下降；

(5) 达到极限状态，裂缝数量不再增加，主裂缝形成，呈现出多条主裂缝共同发展的破坏状态．

图3 试件裂缝分布

2.3 裂缝发展模式

试验过程中，试件表面形成以下几种不同类型的裂缝发展模式：

(1) 横向裂缝(如图4(a)所示)；

(2) 斜裂缝(如图4(b)所示)；

(3) 多枝裂缝(如图4(c)、(d)、(e)所示)；

(4) 交叉裂缝(如图4(f)、(g)所示)；

(5) 纵向裂缝(如图4(h)所示)．

PP-ECC梁中各类裂缝的产生原因如下．

(1)横向裂缝．

横向裂缝主要存在于纯弯段，该部分没有纵向剪力，裂缝由试件底部产生后，沿侧表面基本呈现出竖直方向发展．

(2)斜裂缝．

斜裂缝主要存在于弯剪段，由于横向剪力的存在，裂缝由底部产生，在发展过程中呈现出一定的倾斜角度，并向中轴线方向不断延伸．

(3)Ⅰ类多枝裂缝．

在局部区域，裂缝的产生会使得其周边形成较为明显的应力集中现象，PP纤维的加入使得局部区域基体在形成裂缝后依然可以凭借纤维的桥联作用继续受力，同时，裂缝产生所导致的应力集中现象使得其周边尚未开裂的基体很快达到开裂强度，进而在 原有裂缝的基础上延伸出新的裂缝，形成Ⅰ类多枝  裂缝．

(4)Ⅱ类多枝裂缝．

PP-ECC材料具备较为良好的应变-硬化特性，因此试件受拉区会形成多条细密裂缝的破坏模式，相邻两条裂缝间隔较小，在发展的过程中交汇并一同发展，也因此形成了Ⅱ类多枝裂缝．

(5)Ⅲ类多枝裂缝．

Ⅲ类多枝裂缝的形成原因与Ⅰ类多枝裂缝的形成原因相同，区别在于Ⅲ类多枝裂缝更易出现在试件表面缺陷处．

(6)Ⅰ类交叉裂缝．

试件逐渐达到极限状态时，由于受拉区混凝土退出工作，仅由钢筋提供拉力，因此中性轴上升速度较快，上部混凝土所承受荷载不断增大，最终在受压区混凝土出现压溃现象，在受压区下部边缘出现横向裂缝，并与不断向上延伸的纵向裂缝一同形成Ⅰ类交叉裂缝，并且出现位置较为随机．

(7)Ⅱ类交叉裂缝．

试件内部PP纤维并非呈现出完全的均匀乱向分布，因此不同区域力学性能存在差异，两条单独发展的裂缝交汇后，由于交汇区域附近基体材料强度可能较低，因此交汇点周边会迅速开裂，使得交汇的两条裂缝无法形成一条裂缝，而是按照原本的状态继续发展，进而形成Ⅱ类交叉裂缝．

(8)纵向裂缝．

随着荷载的不断提高，受压区基体材料逐渐达到临界状态，其边缘区域出现纵向开裂现象，同时，由于纤维在基体中的桥联作用以及弯剪段截面所承担的弯矩荷载相对较小，使得弯剪段裂缝延伸高度普遍较低，因此无法与上部裂缝产生交点，进而使得弯剪段产生纵向裂缝．

与PP-ECC梁不同，RC梁在达到极限状态时，试件表面裂缝的发展模式主要存在纵向裂缝、斜裂缝和Ⅰ类交叉裂缝，不存在其他模式的裂缝形态．

图4 裂缝发展模式

2.4 裂缝数量发展

图5为标准荷载与裂缝数量关系图(此处的裂缝数量表示延伸至试件侧面的裂缝数量，下同)，其中标准化荷载表示为

S/F

式中：表示标准化荷载；S表示不同加载级别下的荷载值；表示极限荷载．

图5 标准荷载与裂缝数量的关系

如图5所示，PP-ECC梁和RC梁在加载过程中裂缝数量的变化呈现出不同的发展状态．

RC梁L-1和L-2前期裂缝数量发展较快，在加载级别达到40%极限荷载左右时，裂缝基本不再增加，并且最终的裂缝数量远小于PP-ECC梁．

试件L-3在加载达到40%极限荷载左右时出现第1条裂缝，说明其开裂荷载与极限荷载差别相对较小，随着荷载级别的提升，裂缝数量不断增加，并且增加速度呈现出增快的趋势，其最终裂缝数量高于L-1和L-2．

试件L-4和L-5在加载前期裂缝的产生速度相对较快，每级加载下均会有新裂缝产生，加载至60%极限后，裂缝的产生速度逐渐下降，但依旧有新裂缝出现，加载至80%极限荷载时，裂缝数量依旧在缓慢增长，裂缝的产生几乎发生于整个加载阶段．

将加载过程中试件L-1～L-5受拉区的最终裂缝数量汇总如表5所示．

表5 试件裂缝数量

Tab.5 Number of cracks in the specimen

由表5可见，相同配筋率下，PP-ECC梁所产生的裂缝数量远高于RC梁，其裂缝数量的增长率分别为RC梁的420%和780%，而未配置钢筋的PP-ECC梁L-3在达到极限状态时所产生的裂缝同样高于RC梁．比较L-1与L-2可知，L-1的钢筋直径较L-2小，而前者的裂缝数量是后者的2倍，比较L-4与L-5也有相同规律，说明基体材料相同时，配筋率较高的试件最终裂缝数量较少，说明提高配筋率可以有效减少试件受拉区的裂缝数量．

如图6所示，达到极限状态时，试件L-1和L-2受拉底面的裂缝数量和延伸至侧面的裂缝数量相同，而对于L-3～L-5试件，受拉底面裂缝数量与侧面延伸裂缝数量存在较大差别，其原因在于：底部受拉区虽然在荷载作用下产生较多裂缝，但由于PP纤维的桥联作用，相当数量的裂缝在产生之后无法沿侧面向上发展，最终只在底部形成多条细微裂缝．

由表6可知，RC梁受拉区底部裂缝的延伸率达到了100%，而PP-ECC梁底部受拉区裂缝的延伸率则随着配筋率的提高而逐渐提高，平均延伸率为66.83%，远低于RC梁，较低的裂缝延伸率说明了PP-ECC梁具备比RC梁更好的受拉区裂缝控制能力.

图6 裂缝数量对比

表6 裂缝延伸率

Tab.6 Crack elongation

2.5 裂缝宽度发展

2.5.1 裂缝宽度发展

记录各级加载下每条裂缝的开裂宽度，探究不同试件裂缝开裂宽度的发展规律．

试件L-1～L-3选取最先延伸至侧面的5条裂缝进行分析，试件L-4和L-5选取最先延伸至侧面的10条裂缝进行分析．

如图7所示，随着加载级别的提升，试件L-1和L-2会逐渐形成单条区别于其他裂缝的主裂缝，主裂缝宽度明显大于其他各裂缝，并且随着加载级别的不断增加，其辨识度进一步提高，当主裂缝发展至一定程度时，试件发生破坏．

试件L-4和L-5则呈现出不同的变化规律，各条裂缝宽度在各级加载下发展较为均匀，并且区分度较低，加载至极限荷载时，PP-ECC梁并不会形成一条发展较好的主裂缝，而是呈现出多条“未充分发展”的主裂缝协同发展的破坏模式．

2.5.2 主裂缝宽度发展

图8为标准荷载与主裂缝宽度关系图，由于PP-ECC梁在达到极限状态时主裂缝与其他裂缝的区分度不高，呈现出多条主裂缝共同发展的破坏模式，因此选取一条早期裂缝作为PP-ECC梁的主裂缝，将其作为代表性裂缝进行分析．如图8所示，RC梁与PP-ECC梁主裂缝宽度随荷载级别的提高呈现出不同的变化规律．

图8 标准荷载与主裂缝宽度的关系

试件L-1和L-2在加载前期裂缝宽度变化较为缓慢，当加载级别小于40%极限荷载时，RC梁主裂缝宽度与相同配筋率下的PP-ECC梁主裂缝宽度基本相同；当加载级别高于60%极限荷载时，L-1和L-2试件主裂缝宽度急剧增加，结合表5可知，此阶段L-1和L-2试件在荷载作用下并无新裂缝产生，裂缝的发展模式由数量的增加转变为已有裂缝开裂宽度的不断增大，并且达到极限状态时的最大裂缝宽度远高于相同配筋率下PP-ECC梁的最大裂缝宽度．

对于PP-ECC梁L-3～L-5，从加载初期至极限状态，主裂缝宽度随加载级别的变化近似呈现出线性发展规律，在加载级别达到80%极限荷载时，PP-ECC梁最大裂缝宽度维持在0.2mm左右，满足规范[23]对Ⅰ类和Ⅱ类环境条件下钢筋混凝土构件最大裂缝宽度的要求，而相同荷载级别下，配筋率相同的RC梁主裂缝宽度远高于规范所要求的最大值．

将达到正常使用极限状态时试件L-1～L-5的最大裂缝宽度汇总如表7所示．

表7 试件裂缝最大宽度

Tab.7 Maximum crack width of specimen

由表7可见，相同配筋率下，PP-ECC梁达到极限状态时的最大裂缝宽度远小于RC梁，其最大裂缝宽度分别为RC梁试件的35.3%和38.5%，说明了PP-ECC材料具备强于普通混凝土材料的裂缝控制能力．而随着配筋率的提高(钢筋直径的增大)，PP-ECC梁的最大裂缝宽度不断增大，其原因在于：随着配筋率的不断提高，试件的极限承载能力不断提高，受拉区边缘在实际加载后期所承担的应力不断增大，局部区域所承担的应力高于PP纤维本身的抗拉强度或其与基体材料的黏结应力，使得PP纤维本身或其与基体材料的黏结界面发生破坏，造成局部区域PP纤维退出工作，进而导致在加载后期受拉区裂缝宽度不断增大．

文献表明[12-14]，当所施加荷载达到极限荷载时，PVA-ECC(聚乙烯醇纤维)梁的最大裂缝宽度为0.09mm，小于PP-ECC梁最大裂缝宽度，其原因在 于[13-16]：PVA纤维可与水泥基体间产生较强的物理机械能和化学结合能，二种结合能增强了纤维与基体的黏结力，进而可以表现出更好的裂缝控制能力；PP纤维本身具备较强的疏水性和非极性，因此，PP纤维与基体界面无法产生化学结合能，二者之间的黏结力完全由机械咬合力提供，因此对裂缝宽度的控制能力略弱于PVA纤维，但仍强于普通混凝土材料．

2.5.3 裂缝宽度方差分析

对不同试件裂缝宽度进行离散变量的方差分析：

式中：为数列方差；为数列平均值；1，2，…，s为数列中各原始数据；为数列中原始数据个数．

计算结果如表8所示．

由表8可知，RC梁平均裂缝宽度略大于相同配筋率下PP-ECC梁，但是平均裂缝宽度方差计算值明显高于PP-ECC梁，该结果表明：PP-ECC梁各裂缝开裂宽度发展较为平均，主裂缝区分度不高并且发展程度明显弱于RC梁，基体材料表现出对裂缝更好的控制能力．同时，主裂缝发展速率计算结果表明，PP-ECC梁主裂缝平均发展速率明显低于RC梁，并且波动值更小，在各级别荷载作用下呈现出更均匀的发展状态.

表8 试件裂缝宽度方差分析

Tab.8 Variance analysis of specimen crack width

主裂缝发展速率为

式中：为主裂缝发展速率；2为当前加载级别下主裂缝宽度；1为上一加载级别下主裂缝宽度．

2.6 裂缝参数发展规律探究

图9为标准荷载下，裂缝数量和主裂缝开裂宽度关系图，探究不同试件二参数的发展规律，对比不同基体材料对裂缝参数的影响规律．

由图9可知，RC梁和PP-ECC裂缝数量及裂缝宽度随荷载的变化规律既存在相似性也存在一定差异性．

图9 裂缝参数发展

对于RC梁试件L-1和L-2，当加载级别小于40%极限荷载时，由于所施加荷载级别较小，裂缝数量随荷载增加而增加，而裂缝宽度增幅较小，几乎保持不变；当加载级别大于40%极限荷载时，裂缝宽度随荷载增加而不断增加，裂缝数量则几乎保持不变，二者随加载级别的变化规律存在明显的阶段性和不同步性．

对于PP-ECC梁试件L-4和L-5，裂缝数量与裂缝宽度随荷载级别的增加呈现出与RC梁不同的变化规律．当加载级别小于80%极限荷载时，裂缝数量随荷载增加而不断增长，且每一级荷载作用下裂缝开展较为稳定，并且裂缝宽度同样呈现稳定增长状态，与RC梁的发展规律存在一定差异；当加载级别大于80%极限荷载时，裂缝数量增长较为缓慢且逐渐趋于平稳，而裂缝宽度相较前期增幅提高，随荷载增加其增长速率加快，该阶段表现出与RC梁相同的发展 规律．

各试件裂缝参数发展规律不同的原因如下．

前期加载过程中，由于普通混凝土抗拉强度较低，因此会在受拉区产生多条裂缝，随着加载级别的提高，由于开裂混凝土无法继续承担荷载，因此已开裂的裂缝不断增大，裂缝的发展模式由裂缝数量的不断增多转变为已产生裂缝开裂宽度的不断增大，裂缝数量和裂缝宽度发展表现出较为明显的阶段性；PP-ECC材料由于PP纤维的桥联作用，其抗拉强度远高于普通混凝土，并且在开裂后仍可以承担荷载，同时由于PP纤维在基体材料内部并非呈现出完全的均匀乱象分布，进而导致不同区域力学性能存在一定差异，因此裂缝数量和裂缝宽度呈现出近线性发展，并且保持一定程度的同步性．

图10为标准荷载下，主裂缝延伸高度和开裂宽度关系图，探究各试件在不同级别荷载作用下裂缝开裂宽度和延伸高度二参数发展规律的一致性和差 异性．

如图10所示，当所施加的荷载级别处于10%～20%极限荷载时，RC梁存在裂缝突变荷载，达到突变荷载时，主裂缝延伸高度急剧增大，并在之后呈现较为均匀稳定的发展状态；PP-ECC梁则不存在较为明显的突变荷载，主裂缝延伸高度随荷载增加呈现相对稳定的发展状态，并且其延伸高度小于相同配筋率的RC梁．

图10 裂缝参数规律

当所施加的荷载级别小于40%极限荷载时，试件L-1和L-2裂缝开裂宽度发展缓慢，而此阶段主裂缝延伸高度却大幅增加；继续提高荷载级别至60%极限荷载时，试件L-1和L-2主裂缝延伸高度几乎不再发生变化，而此阶段主裂缝开裂宽度却大幅增长，并且增长速率逐渐提高，主裂缝开裂宽度和延伸高度的发展并非保持较高的一致性．

PP-ECC梁在加载过程中裂缝参数则呈现出不同的发展规律，主裂缝开裂宽度和延伸高度均随着荷载级别的增加而呈现近线性发展，并且每一荷载级别间发展较为均匀，相较于RC梁，PP-ECC梁主裂缝的开裂宽度发展和延伸高度发展保持相对较高的一致性，并在整个加载阶段保持较为稳定均匀的发展，其原因在于：普通混凝土材料开裂后随即退出工作，无法继续承担荷载，同时也无法抑制裂缝的发展；PP-ECC材料由于纤维的桥联作用，使其具备较为良好的应变-硬化特性，在开裂后仍然可通过纤维与基体材料的黏结作用传递应力并控制裂缝的发展，因此，PP-ECC梁在每一级荷载作用下裂缝可以保持较为稳定和均匀的发展．

通过研究裂缝各参数发展规律可知，随着配筋率的提升，PP-ECC梁裂缝数量出现一定程度的下降，但是裂缝延伸率提升，最大裂缝宽度和裂缝最大延伸高度均随着配筋率的提升出现一定程度增大，而主裂缝发展波动性更小，呈现出更为均匀的发展状态，各项参数随着配筋率的提升呈现出不同的发展规律．综合来说，配筋率的提升会提升裂缝发展的稳定性，但是会降低试件的裂缝控制能力．因此，应用于实际工程时，应按照具体情况要求进行试件设计．

3 结 论

本文研究了PP-ECC梁在弯曲荷载作用下裂缝的发展规律，并与RC梁进行了对比，主要得出以下结论．

(1) 加载至一定级别时，RC梁表面不再有新裂缝产生，在加载后期则会出现单条较为明显的主裂缝；对于PP-ECC梁，新裂缝的产生几乎贯穿了整个加载阶段，并在极限阶段呈现出多条主裂缝共同发展的破坏模式．

(2) 不同于RC梁，配制钢筋的PP-ECC梁在达到极限状态时裂缝的发展模式更为多元化，其在加载期间其表面会形成区别于RC梁的多枝裂缝、Ⅰ类交叉裂缝以及横向裂缝．

(3) RC梁达到极限状态时裂缝数量较少，受拉区底部所产生的裂缝均沿侧面向上延伸；PP-ECC梁达到极限状态时主裂缝与其余裂缝的区分度不高，部分受拉底面裂缝并未沿侧面向上发展，体现出较为良好的裂缝控制能力，并且所产生的裂缝数量远高于相同配筋率的RC梁．

(4) 加载期间，RC梁主裂缝宽度的发展存在较为明显的突变点，PP-ECC梁主裂缝宽度则随加载级别的增加呈现出近线性发展规律，并且发展状态更为稳定均匀，同时，PP-ECC梁的最大裂缝宽度远小于相同配筋率下RC梁的最大裂缝宽度．

(5) RC梁裂缝参数发展存在一定的阶段性和差异性，而PP-ECC由于内部纤维的桥联作用，裂缝参数发展保持一定的同步性和一致性．

(6) 配筋率的提高会减少试件的裂缝数量，提升裂缝发展的稳定性，但是会增大试件的裂缝宽度从而降低其裂缝控制能力．

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Experimental Study on the Crack Development Law of PP-ECC Beams Under Bending Load

Li Fuhai，Li Rui，Jiang Yilin，He Xiaoyunfeng，Hu Dinghan

(School of Civil Engineering，Southwest Jiaotong University，Chengdu 610031，China)

In this study，the crack development law of PP-ECC beams under bending load is investigated through a four-point bending test，and the results are then compared with that of RC beams. Results show that the generation of new cracks occurs during almost the entire loading stage of the PP-ECC beam，and the failure state of multiple codeveloping main cracks is observed during the limiting stage. Moreover，the crack development mode and development form diversify further. No new cracks are generated on the surface of the RC beam，and a single evident main crack appears during the later stage of loading. At the same reinforcement ratio，the number of cracks generated when the PP-ECC beam is damaged is much higher than that of the RC beam，and the number of cracks increase to 420% and 780%，respectively. With the increase in reinforcement ratio，the number of cracks in the tension zone of the RC and PP-ECC beams gradually decreases，and the elongation rate of the cracks at the bottom of the RC beam tension zone reaches 100%. The crack elongation of the tensile zone at the bottom of the PP-ECC beam gradually increases with the increase in reinforcement ratio，with an average elongation rate of 66.83%，which is considerably lower than that of the RC beam. The low crack elongation indicates that the PP-ECC beam has better crack control ability in the tension zone in comparison with the RC beam. The maximum crack width of the PP-ECC beam is much smaller than that of the RC beam，and the maximum crack width is respectively 35.3% and 38.5% of the RC beam specimen.With the increase in loading level，the width of the main crack shows a nearly linear development law，and the development of the main crack of the PP-ECC beam improves in terms of uniformity and stability. With the increase in reinforcement ratio，the maximum crack width of the RC beam and the PP-ECC beam continues to increase. Moreover，the maximum extension height of the crack of the PP-ECC beam is smaller than that of the RC beam at the same reinforcement ratio. During the loading process，the development of the main crack width and the number of cracks and that of the main crack extension height and crack width show high consistency and synchronization.

PP-ECC beam；crack development model；number of cracks；maximum crack width；maximum crack extension height；rule of crack development

TU528.41

A

0493-2137(2020)11-1156-11

10.11784/tdxbz202002001

2020-02-02；

2020-03-05.

李福海（1979—  ），男，博士，高级工程师.

李福海，lifuhai2007@home.swjtu.edu.cn.

四川省科研计划资助项目(2019YFG001，2019YJ0219)；教育部产学合作协同育人资助项目(201801098032)．

Supported by the Scientific Research Project of Sichuan Province(No.2019YFG001，No.2019YJ0219)，Ministry of Education’s Cooperative Education Project(No.201801098032).

(责任编辑：许延芳)