同济大学发表新成果：超低温对纤维增强地聚物复合材料的强化与脆化效应
本文将为您分享同济大学蒋正武教授可持续混凝土研究团队近日于cement and concrete composites杂志（IF=10.8，JCR一区，Top期刊）发表的最新研究成果Strengthening and embrittlement effect of cryogenic temperature on fiber reinforced geopolymer composite。本文通讯作者为蒋正武教授，第一作者为同济大学可持续混凝土研究团队新进助理教授张红恩。
研究超低温环境下材料的力学行为，为构建超低温下工程材料性能演变的共性基础理论提供科学支撑，并为全混凝土液化天然气储罐、极地建筑、深空探月工程等重大工程的高品质建设与运维提供科学指导。本文对比研究了超低温（-170℃）原位作用下，不同类型和含量纤维增强地聚物复合材料的力学行为，取得如下原创性成果：1）揭示了超低温作用下纤维增强地聚物复合材料力学性能演变规律；2）探明了超低温作用下纤维增强地聚物复合材料延性-脆性共存的新型破坏机制；3）基于能量演化理论，阐明了超低温对纤维增强地聚物复合材料的强化与脆化机理。
为探明超低温原位作用下纤维增强地聚物复合材料的力学行为及其破坏特征，本课题设计并开发出“极端温度环境下混凝土力学性能测试系统”，见图1。
结果发现，相较于常温条件下，超低温下地聚物复合材料的抗压强度、初裂抗弯强度和峰值抗弯强度显著提高，直接暴露在超低温下地聚物复合材料的抗压强度、初裂抗弯强度和峰值抗弯强度提升最高约3.1倍，表现出明显的超低温强化效应。纤维增强地聚物复合材料破坏机制由常温下的延性破坏转变为超低温作用下的延性-脆性破坏，表现出明显的超低温脆化效应（图2）。
图 2 超低温作用下温度增长因子以及受弯力-位移曲线
基于声发射技术探明了20℃与-170℃下地聚物复合材料线弹性阶段的能量演化规律，进而揭示超低温强化与超低温脆化源于局部能量的累积与快速释放，结合纤维增强地聚物复合材料中多组分破坏模式，推演了超低温环境下纤维作用机制（见图3）。
图 3 地聚物复合材料能量演化推演与纤维作用模式
本项研究成果受到国家自然科学基金、中央高校科研业务费资助等资金支持。蒋正武教授可持续混凝土团队多年来一直围绕绿色低碳高性能混凝土可持续化理论与方法的研究主线开展前沿基础研究与重大需求应用研究，近些年在Advanced Materials, CCR, CCC, CBM等期刊发表SCI论文100余篇。
本项研究成果已在线发表在cement and concrete composites杂志，欢迎大家点击原文链接下载浏览。
原文链接：
https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0958946524003007
