摘要
高延性水泥基复合材料（ECC）是一种新型高性能纤维增强水泥基复合材料，
具有高延展性和高裂缝控制能力，然而材料由于去除粗骨料，水泥用量大导致的碳
排放较高和由于低模量纤维导致的抗压强度降低的问题尚未解决。本研究采用钢渣-
粉煤灰-矿渣三元地聚物胶凝材料替代硅酸盐水泥，利用低模量的聚乙烯醇（PVA）
和聚乙烯（PE）纤维与高模量的钢纤维，制备混杂纤维增韧地聚物，研究高延性地
聚物的力学性能、多尺度应变硬化机理与碳排放。主要研究内容和结论如下：
（1）混杂PVA-钢纤维显著提高了地聚物的各项力学强度。纤维混杂的方式为：
保持总纤维掺量为2%不变，同时调整低模量纤维和高模量纤维占比，高模量纤维掺
量从0%开始，每提升0.25%，低模量纤维就减少0.25%。PVA纤维和钢纤维体积掺
量都为1%时，抗压强度、三点弯曲强度、劈裂抗拉强度和单轴拉伸强度最高，较不
加纤维控制组分别提高了32%、114%、91%和80%。PE纤维和表面亲水性被丙烯酸
聚氨酯改性后的PVA纤维均能使地聚物产生应变硬化行为。
（2）混杂PE-钢纤维增韧提高了地聚物的各项力学强度和材料延性。纤维混杂
的方式为：保持总纤维掺量为2%不变，同时调整低模量纤维和高模量纤维占比，高
模量纤维掺量从0%开始，每提升0.5%，PE纤维就减少0.5%。混杂PE纤维-钢纤维
显著提高了地聚物的抗压强度、单轴拉伸强度和四点弯曲强度，在PE纤维和钢纤维
掺量均为1%时，强度分别为62MPa、7.1MPa和16MPa，较不加纤维控制组分别提
高了32%、123%和214%。混杂纤维在提升地聚物复合材料延性方面优于单PE纤维
增韧，主要原因是混杂纤维提升材料抵抗开裂的应力和增加裂纹开口宽度。地聚物
极限延伸率提升到7.4%，相比单PE纤维增韧延性提升了155%。桥接余能和桥接应
力分别提升了18.3%和41.4%。微观结构分析表明，地聚物与纤维间界面过渡区生成
大量凝胶，提高了纤维和基体间的化学粘结力和摩擦力。
（3）根据对混杂纤维高延性地聚物力学性能的比较和碳排放的计算，表明三元
固废地聚物代替水泥制备高延性地聚物材料，可以使材料的碳排放降低22%以上。
混杂纤维增韧高延性地聚物使材料的力学性能进一步完善，各项强度指标优于其他
单纤维增韧高延性地聚物。利用混杂纤维增韧的方式，制备高延性地聚物复合材料，
可以在提高延性的同时增强强度并降低碳排放，因此研究高延性多元固废地聚物基
复合材料具有重要的理论和实践意义。
关键词：混杂纤维；高延性；应变硬化；地聚物；纤维增韧混凝土
I
ABSTRACT
Highductilityengineeredcementitiouscomposite(ECC)isanewhigh-performance
fiber-reinforcedcementitiouscompositewithhighductilityandstrongcrackcontrolability.
However,suchissuesashighcarbonemissionsduetotheremovalofcoarseaggregateand
largecementconsumptionaswellaslowcompressivestrengthduetotheexistenceoflow-
modulusfiberhavenotbeensolvedyet.Inthispa