近日，公司朱彬荣老师在水泥基材料、建筑结构领域国际顶级期刊《Cement and Concrete Composites》（中科院1区TOP期刊、影响因子10.5）在线发表了题目为“Dynamic response of ultra-high performance engineered cementitious composites (UHP-ECC) under low-velocity impact: effect of waste rubber incorporation and low temperatures”的研究论文（论文链接：https://doi.org/10.1016/j.cemconcomp.2024.105576）。该成果获得了国家自然科学基金和江苏省碳达峰碳中和科技创新专项资金项目资助。
车辆或船只、落石、飞射物等低速冲击有可能导致基础设施发生损伤，甚至完全崩塌（例如广州沥心沙大桥和美国巴尔的摩大桥船只撞击事件等），因而针对高强度、高韧性和高抗冲击性的新型复合材料/结构的开发需求近年来持续增加。超高性能高延性水泥基复合材料（UHP-ECC）因其具有超高的力学性能和多裂缝稳态发展等优点在工程结构中具有广阔的应用前景。目前，有关UHP-ECC在低温环境及动态荷载条件下的力学响应和损伤行为研究较少，这对实现和保障基础设施在极端环境和冲击荷载下的安全服役至关重要。
从控制ECC基体断裂韧性和改善材料可持续性角度出发，论文首先研发了同时具备超高抗压强度（大于120MPa）和超高拉伸变形能力（高于8%）的高延性水泥基复合材料。接着，通过恒定能量落锤低速冲击试验以及微观测试方法系统探讨了不同温度（25℃、-5℃、-30℃、-50℃、-100℃和-196℃）下含有废弃橡胶颗粒（0％、5％、10％和15％）以及天然河砂的UHP-ECC低速冲击性能演变规律与破坏机理。最后，引入TOPSIS模型评估了UHP-ECC的综合性能，包含工作性能、静态力学性能、应变硬化性能以及抗冲击性能。该研究成果帮助加深UHP-ECC在高寒冷地区动态受力状态下力学性能的认知，开发的橡胶改性UHP-ECC有望显著提升基础设施的抗冲击性和耐久性，为国家重要基础设施工程推广应用可持续UHP-ECC提供理论支撑。
图1 UHP-ECC在极限拉伸应变下的裂纹形态和DIC应变场
图2 典型UHP-ECC在不同低温下的冲击响应：(a) 力-位移曲线，(b) 力-时间曲线
图3 UHP-ECC低温冲击损伤机理
供稿：朱彬荣；供图：朱彬荣；初审：李强；终审：柳任飞；编辑：许历隆
