PVA纤维增强水泥基复合材料弯曲韧性试验研究-论文.pdf

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1、·44·北方交通2014PVA纤维增强水泥基复合材料弯曲韧性试验研究傅柏权(沈阳城市建设学院，沈阳110167)摘要：通过四点弯曲试验研究了砂灰比对PVA增强水泥基复合材料弯曲韧性性能的影响。定义韧性指标为残余变形能与总变形能的比值。采用变形指标和能量吸收指标进行试验结果分析，结果表明这种材料具有较高的韧性和能量耗散能力，并且在研究的砂灰比范围内存在一个临界砂灰比，使变形指标和能量指标随砂灰比的变化在临界值处出现转折。关键词：PVA纤维；水泥基复合材料；砂灰比；弯曲变形；能量吸收；韧性中图分类号：U445．57文献标识码：A文章编号：167

2、3—6052(2014)03—0O44—04进入二十世纪八十年代以来，水泥基复合材料粉煤灰：优质I级粉煤灰。在国际上的应用范围日益扩大，尤其是大量应用于减水剂：高效减水剂。海洋、核能、宇航、防爆等工程中，使对复合材料的要表1PVA纤维参数求越来越高。不少发达国家通过改变水泥和混凝土的组成、采用新的成型工艺和控制材料的微观结构，开发性能接近铝、钢等金属材料并具有极好的耐久性的高技术纤维增强复合材料。由美国密歇根大学1．2试验方法的VictorLi教授开发研究的一种名为Engineered本试验以砂灰比为参变量，研究PVA纤维增强cementi

3、touscomposites的高性能纤维增强水泥基复水泥基复合材料的弯曲性能，具体试验配合比见表合材料就是一种超高韧性的纤维增强水泥基复合材2。整个试验水胶比为0．32，粉煤灰取代量为75％，料。这种材料具有灵活的制作工艺，较低的纤维体并添加少量高效减水剂。搅拌流程见图1所示，搅拌过程中没有发现结团现象。采用标准养护方式养积含量，较大的延性，较高的韧性，较好的抗剪性能以及高性能纤维增强水泥基复合材料特有的多缝开护。通过四点弯曲试验测试材料的弯曲韧性指标。裂和应变硬化特性¨。本文以砂灰比为参变量，研试件采用400mm×100mm×15mm的薄

4、板试件。使究了砂灰比对这种高性能纤维增强水泥基复合材料用30t的闭环液压伺服材料试验机进行加载，位移韧性的影响。控制，加载速率0．5mm／min，加载到极限荷载后缓1原材料和试验方法慢卸载。采用荷载传感器和位移传感器(LVDT)测1．1试验原材料定试件承受的荷载和跨中挠度，全自动数据采集处纤维：聚乙烯醇纤维(PVA)，商业名称为REC，具理系统进行荷载和挠度的数据采集处理。表2试验配合比有高强、高弹模、高耐久性，可以在水泥中均匀分散，并且和水泥有很好的粘结，从而保证纤维与基体之间有较高的应力传递效率。具体参数如表1所示。水泥：大连小野田水泥

5、厂生产的PII52．5R水泥。砂子：粒径100—200目的超细硅砂。——业查查型图1搅拌流程图第3期傅柏权：PVA纤维增强水泥基复合材料弯曲韧性试验研究·45·2试验结果与分析2．1变形指标分析本文通过四点弯曲试验研究了不同砂灰比时材料28d龄期的韧性性能，得到了材料的极限荷载、挠度和残余挠度变形，并由此计算了材料的弹性变形、变形恢复能力，具体数值见表3所示。图2～图6给出了这些指标随砂灰比的变化情况。表3四点弯曲试验结果图5砂灰比对弹性变形的影响掌避碘制坦砂灰比(S／C)蹬图6砂灰比对变形恢复能力的影响gⅢ／越嚣篱料的抗弯强度开始下降，且

6、由砂灰比增加引起的下降速率很小。这主要是因为在胶凝材料基本不变的情况下，当砂灰比较小时，增大砂灰比对纤维与基体图2砂灰比对极限荷载的影响之间的界面粘结强度影响较小或基本没有影响，使纤维的桥联效果基本没有降低，与此同时硅砂用量E增加可以提高复合材料的弹性模量]，从而提高材料的抗弯承载能力；当砂灰比增大到一定程度后，硅砂用量的继续增大导致纤维与基体之间的界面粘结强度降低，使纤维的连接作用下降，导致材料的抗弯强度下降。但是，由于硅砂用量增加对界面粘结强度的影响程度不大，所以抗弯强度随砂灰比增大而降低的速率较小。图3砂灰比对挠度的影响由图3可知，随

7、着砂灰比的增大，挠度变形比较复杂，开始时随砂灰比的增大挠度基本不变，然后出现明显的增加，当超过临界砂灰比后开始下降。其原因要从砂灰比对纤维桥联作用和基体断裂韧度的影响来分析。尽管大量研究证明砂子等骨料通过使裂缝产生曲折的开裂形式来增加材料的能量耗散从而增加基体的韧度，但是由于本试验中采用的优质硅砂，粒径(大约是74～1501,zm)接近于水泥颗图4砂灰比对残余挠度的影响粒的粒径(约301xm)，使骨料的韧化效果有所降低，由图2可知，随着砂灰比的增加，极限抗弯荷载基体断裂韧度的增加程度较小；同时由于砂粒与水先增加，当砂灰比超过1．22后荷载略

8、有降低。说明泥颗粒之间的粘结强度低于水泥颗粒之间的粘结强在胶凝材料基本不变的情况下，存在一个砂灰比的度，较高的优质砂含量很可能降低产生新的断裂面临界值，当砂灰比小于临界值时，随着