PVA纤维混凝土的研究及应用现状

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1、PVA纤维混凝土的研究及应用现状崔小燕(苏州市中信节能与环境检测研究发展中心有限公司，江苏苏州215131)摘要：阐述了PvA纤维的性能特点以及其在混凝土材料中的应用情况。综述了PVA增强混凝土材料的力学性能以及微观结构。分析了目前在工程应用中存在的问题，提出了该课题研究的必要性。关键词：PvA纤维：力学性能；界面Abstract：ThispaperpresentsperformanceofPVAfiber,anditsapplicationintheconcretematerials．Furthermore，mechanicalperfor

2、manceandmicrostructureofPVAreinforcedconcretehavealsobeendiscussed，andtheproblemsabouttheapplicationofPVAinpracticeprojectsareanalyzed．whichindicatsthenecessityofresearchonthistopic．Keywords：PVA；mechanicalperformance；interface0引言混凝土属于脆性材料，其韧性较差。而纤维抗拉强度较高．两者复合使用可以克服混凝土抗拉强度较低

3、和脆性的缺点。目前。应用到水泥混凝土内的纤维种类比较多．常用的包括碳纤维、聚丙烯纤维、聚乙烯纤维、钢纤维、聚丙烯晴纤维、聚乙烯醇纤维(PVA)等。其中PVA纤维增强水泥基材料是目前热门课题之一。近年来．超高韧性水泥基复合材料是比较热门的一种新型建筑材料．其实质上是通过在混凝土中加入2％的聚乙烯醇短纤维制备出一种高性能纤维增强水泥基复合材料。这种纤维增强混凝土在受到轴向拉伸和弯曲荷载作用下会呈现出显著的应变硬化特征。并且当受力开裂后，其承载力会经历一个类似于钢筋的假应变硬化阶段．而不会像钢纤维混凝土和聚丙烯纤维混凝土那样当遭受达到极限承载力的荷

4、载作用时会突然降低。1PVA的性能特点与其他种类的纤维相比。PvA纤维具有以下几点优势：①高抗拉强度和高弹性模量；②与矿物掺合料的相容性较好；③高亲水性，能够较好地均匀分布在水泥浆体中：④与水泥基材料的界面结合较好；⑤高耐酸碱性；⑥直径适中，可达到39岬；⑦环保。无毒无害。几种常用纤维的性能参数见表1。由表1可以看出。钢纤维弹性模量较高，制作工艺较复杂。生产的钢纤维直径较大。不利于普遍应用。聚丙烯纤维的弹性模量太低．碳纤维的弹性模量较高，其极限延伸率较小，且不能弯曲。整体上看，聚乙烯纤维性能上与PVA接近．但是聚乙烯纤维价格较高，不适合大量应

5、用。表1常用纤维参数比较2PVA纤维增强混凝土的力学性能钱桂枫等人研究发现．PVA纤维的最佳掺量是0．08％。0．1％．体积掺量在此范围内可以有效改善混凝土抗折强度，且PVA纤维的长径比越小，强度提高效果越显著[1l。Fukuyama等人圆对PVA纤维增强混凝土构件进行了拉一压循环荷载试验。结果_·i盔材型星塑丝望一21—发现当PVA纤维掺量为1．5％时．构件的应变可以达1．5％．试件韧性较好，且裂缝宽度小于0．2mm。与普通混凝土材料相比．韧性得到提高．PVC增强混凝土材料可以用于承受剪切和粘结劈裂作用的构件。也有学者嗍通过静载和疲劳试验对

6、比研究了PVA纤维增强材料和聚乙烯纤维增强材料的弯曲疲劳特性．结果发现聚乙烯纤维增强材料表现出高的强度和大的变形．且其微裂缝数量也比PVA纤维增强材料多．并且提出PVC管混凝土可以显著提高混凝土的强度和延性。Takashima等人【研究了挤压成型PVA混凝土基体的刚度对材料断裂特性的作用．结果发现基体本身的刚度取决于水灰比以及灰浆与水泥的比值。水灰比不变。低灰浆与水泥的比值有利于预防纤维断裂以及提高强度和极限应变。当水灰比增大时，极限应变也随之提高，但是极限拉伸强度会降低。可以推出结论．通过优化水灰比以及灰浆与水泥的比值，可以达到增强、增韧的

7、效果。有关纤维增强混凝土的理论模型．目前也是研究的热点之一。Zhang等人[61通过确定相关参数(纤维弹性模量、基体弹性模量、纤维一基体界面粘结强度、纤维在基体中的取向、纤维密度等参数)，建立了纤维取向角为变量的纤维增强混凝土材料的断裂分析模型。Maalej等同则推导了关于纤维的细观力学模型。基于概率统计方法．假设界面摩擦粘结应力为常数．考虑了纤维的拔出以及局部摩擦等影响．计算推导出纤维复合材料的拉伸强度以及断裂能，并通过试验进行了验证。但是该模型并未考虑到纤维本身的弯曲断裂以及斜向分布的纤维从基体中拔出导致的剥蚀作用。虽然这些模型并不是针对

8、PVC纤维．但是可以通过输入纤维的相关参数，应用于各类纤维。3PVA纤维增强混凝土的微观结构复合材料的界面性能对材料整体的性能影响较大．特别是纤维增强混凝土复合材料