工程用水泥基複合材料

工程用水泥基複合材料（ECC），也被稱作「可彎曲的混凝土」，是一種由特別篩選的短纖維（通常是合成纖維，即聚合物纖維）隨機分布於便於模板成型的砂漿製成的加強複合材料 。 與普通混凝土不同，ECC可以達到3-7%的應變值^[1]，相比而言，普通波特蘭水泥（或普通硅酸鹽水泥，即OPC）只有0.1%。因此ECC表現得更像可延展的金屬材料而不是的如玻璃一樣的脆性材料（普通混凝土就呈現脆性特徵）， 故而擁有廣泛的應用範圍。

發展

不同於普通的纖維加強混凝土，工程用水泥基複合材料（ECC）是一種由微觀力學（微觀彈性力學系統）設計而得的材料^{[2] [3]}。只有當水泥基材料是基於微觀力學和斷裂力學理論設計成型，從而具有高彈性延展性的特徵，才能稱之為ECC。 因此ECC不是一種固定的材料設計方法，而是在不同的研究、發展和應用階段都具有廣泛意義的主題。目前，ECC材料的種類正在逐步增加。ECC的設計方法儘管是單門別類，但是它的發展需要結合統一納米級、微觀級、宏觀級尺度的材料研究，同時讓這些在不同尺度上的材料系統有序地組合工作。

ECC看起來很像以普通硅酸鹽水泥為基底的混凝土，然而ECC可以在應變中產生大的變形（或是彎曲）^[1] 。主導ECC的學科發展的研究機構有：密歇根大學， 休士頓大學， 代爾夫特理工大學， 東京大學， 布拉格捷克理工大學，和史丹佛大學。傳統的混凝土缺乏延展性，在高應變（彎曲變形）下很容易破壞，表現出脆性破壞的特徵，正是這個不足促成了ECC 的發展。

材料特性

ECC有許多獨特的特性，包括：受拉性能優於其它纖維加強複合材料，和普通混泥土一樣易於澆築成型，纖維用量很少 （約占總體積的2%），裂縫小，以及沒有各向異性的平面特徵。^[4]這些特性很大程度上得益於纖維和水泥基底經過微觀力學「量體裁衣」式設計後的相互作用。特別是，這些纖維只允許出現許多特定寬度的微裂縫，而不是和普通混凝土一樣的少數幾條大裂縫，這就使得ECC能夠產生大變形而不會破碎性失效。

ECC 材料特性	數值
極限拉應力 (${\displaystyle \sigma _{cu}}$)	4.6 MPa
極限應變 (${\displaystyle \varepsilon _{cu}}$)	5.6 %
初始裂縫應力 (${\displaystyle \sigma _{fc}}$)	2.5 MPa
初始裂縫應變 (${\displaystyle \varepsilon _{fc}}$)	0.021 %
彈性模量 (${\displaystyle E}$)	22 GPa

與其它複合材料的比較

性質	FRC	普通HPFRCC	ECC
設計方法	無	高纖維用量	基於微觀力學設計，減少纖維體積率（Volume fraction），減少造價、方便加工
纖維	任何類型，其體積率通常小於2%； 若使用鋼纖維直徑（df）在500${\displaystyle \mu m}$左右	大部分使用鋼纖維，體積率通常大於5%；直徑150${\displaystyle \mu m}$左右	特製的聚合物纖維，體積率通常小於2%；直徑小於50${\displaystyle \mu m}$
混合物	粗骨料	細骨料	控制混合物的粗糙度和缺陷尺寸；細沙
界面	不控制	不控制	控制化學和摩擦粘結來聯繫材料間性能
力學性能	應變軟化	應變硬化	應變硬化
拉應變	0.1%	<1.5%	>3% （通常）； 8% 最大
裂縫寬度	無法預估	通常數百微米，超過1.5%應變後無法估計	在應變硬化階段小於100微米[1]

注釋：FRC=纖維加強水泥 HPFRCC=高性能纖維加強水泥基複合材料