高延性混凝土（ECC）是一种具有超高拉伸延性的纤维增强混凝土材料。混凝土的弹性模量是表征混凝土开裂前弹性变形能力的关键特性之一，ECC的弹性模量通常低于抗压强度相近的普通混凝土和超高性能混凝土（UHPC）。据参考文献记录，抗压强度为43-116 MPa的ECC弹性模量为15-36 GPa，比普通混凝土的弹性模量低20-30%，限制了ECC材料在结构中的应用。因此，提高ECC的弹性模量是该材料发展的关键目标。

同济大学土木工程学院俞可权副教授、余江滔教授团队以铁矿石细骨料（一种更坚硬、形状圆润的细砂）替代传统石英细骨料，采用标准试验方法研究了水胶比、砂胶比、砂粒径对ECC性能的影响规律；以微观力学和断裂力学设计模型为指导，铁砂ECC（IS-ECC）实现了超高拉伸延性；基于Mori-Tanaka方法的多尺度均匀化模型，建立并预测了材料在微观、细观、宏观尺度之间的有效弹性模量，量化了铁砂骨料对提升IS-ECC弹性模量的贡献。实验结果与模型计算结果吻合较好。本研究解决了高延性混凝土的拉伸性能和弹性模量提升之间的内在权衡，研发出高弹性模量（48.6 GPa）、超高延性（7%拉伸率）、超高抗压强度（130 MPa）、高流动度的High-modulus ECC材料，在结构工程中具有广泛的应用前景。该研究成果以“High-modulus engineered cementitious composites: Design mechanism and performance characterization”为题，发表于国际知名期刊《水泥和混凝土复合材料》（Cement and Concrete Composites）。

基于微观力学和断裂力学的超高延性设计模型

基于多尺度均质化的高弹模设计模型

铁砂（IS）与石英砂（QS）的材料特征

铁砂ECC拉伸性能提升的微观开裂机理

ECC、UHPC、普通混凝土弹性模量与抗压强度之间的关系

本研究与参考文献中的ECC弹性模量与拉伸延性之间的关系

土木工程学院博士生梁龙为论文第一作者，土木工程学院俞可权副教授为通讯作者。吕西林教授、余江滔教授、美国密歇根大学Victor C. Li教授对论文作出了重要贡献。

论文链接：https://linkinghub.elsevier.com/retrieve/pii/S095894652400355X