文章概述

    随着低碳环保理念的全面贯彻，具有高强韧性、设计灵活性和耐久性的纺织结构材料被广泛作为混凝土增强结构材料使用，已越来越多地应用于土工建筑、交通运输等民用领域。但是，在现有常见纺织结构材料中，应用较多的玻璃/碳纤维格栅低密度织物脆性较大，在面临外力冲击时易造成结构瞬时失效，在军事前线掩体、防爆防震墙、防撞桥墩等需要高强高韧场合的加固仍具有较大局限性。

   近日，江南大学纺织科学与工程学院/针织技术教育部工程研究中心研究团队结合针织技术与混凝土技术，以高强高模的芳纶复丝和高弹耐酸碱的尼龙单丝分别作为面层和间隔层，自主研制出了一种可工业化生产的新型针织间隔结构水泥基复合材料（TRC）并进行了关键技术研究，为有效拓宽该新型三维纺织材料在军民两用领域的应用奠定了理论基础。

本项工作中，研究人员通过准静态弯曲和动态冲击等测试手段，系统评估了正反面纱与间隔丝的用量对TRC整体力学性能的影响，并创新引入了一种非对称三维结构以进一步提升材料的承弯承冲能力。此外，还利用micro-CT工业计算机断层扫描技术观察了TRC在准静态/动态加载失效后的内部结构的损伤形貌，揭示了该针织间隔织物的增强机理。研究表明，具有较大伸长率的针织间隔结构可以有效抑制基体的脆性开裂并提升TRC塑性变形能力；TRC的力学性能与面纱/间隔丝用量成正比关系；面层从密到疏的梯度非对称结构可以更好地提升TRC的吸能效果；相较常规水泥板材，仅添加4.8%纤维体积含量的针织间隔织物的TRC抗弯和抗冲击损伤容限分别提升了9.2倍和12.4倍。该研究弥补了高性能针织间隔织物在土工建筑领域中的理论空缺，为进一步扩大针织三维结构材料应用范围提供了理论指导。

图文导读

图1 针织间隔织物结构设计示意图

图2 TRC弯曲性能测试结果

图3 TRC弯曲试样micro-CT扫描2D和3D图像

图4 TRC低速冲击性能测试结果

   上述研究以“Mechanical performance of cementitious composites reinforced with weft-knitted spacer fabrics under static flexural and impact loading”为论文标题在线发表在土木工程领域顶级期刊《Construction and Building Materials》。江南大学针织中心2020级硕士研究生马晓涛为论文第一作者；江南大学针织中心马丕波教授和董智佳副教授为论文共同通讯作者。该研究得到了国家自然科学基金（11972172）、中央高校基本科研业务费（JUSRP62005）、江苏省高等学校重点学科建设项目（PAP）资助。全文链接为：https://doi.org/10.1016/j.conbuildmat.2023.131376。