PVA混雜纖維增強水泥基復合材料流動性能實驗研究

秦敬平 張 鵬 王 群

（1.棗莊學院 城市與建筑工程學院，山東 棗莊 277160）

（2.青島新華友建工集團股份有限公司，山東 青島 266101；3.重慶交通大學 河海學院，重慶 400074）

0 引言

由美國密歇根(Michigan)大學工程學教授 Victor Li 研制的研制了 ECC（Engineered cementitious composites）材料，具有高韌性、高抗拉應變能力[1]。PVA-ECC 作為一種新型纖維增強水泥基復合材料，該材料具有較好的延性，表現(xiàn)在在硬化后具有顯著的應變硬化特征、多重開裂形態(tài)。對于海洋環(huán)境中裂縫寬度要求較高的結構構件非常有利。

然而，國外進口的PVA 纖維和國產(chǎn)的PVA 纖維價格差距很大，國外PVA 纖維，價格在220 元/kg，但國內PVA 纖維，市場價格僅30～40 元/kg。若想將超高性能水泥基復合材料在工程中大量應用，就需要此類PVA 纖維的國產(chǎn)化，改變從發(fā)達國家購買大量的昂貴的PVA 纖維。

本文首次采用國產(chǎn)PVA 纖維與進口PVA 纖維混雜使用的方法，在不降低力學性能和耐久性能的前提下，利用國內PVA 纖維造價低的優(yōu)勢，部分代替超高性能水泥基復合材料中的進口PVA 纖維，使得此種復合材料具有最好的增韌效果，達到這種復合材料國產(chǎn)化、本地化的目的。因此本文也是對混雜纖維混凝土復合使用理論的進一步拓展研究。

1 原材料和試驗方法

PVA 纖維：本實驗采用的是國產(chǎn)某公司生產(chǎn)的PVA 纖維和日本Kuraray Co.生產(chǎn)的PVA-K-II 纖維，性能指標見表1。

水泥：采用榴園42.5 級普通硅酸鹽水泥

粉煤灰：粉煤灰是山東省青島市正友公司生產(chǎn)的Ⅰ級粉煤灰，物理性能指標如表2所示。

表2 粉煤灰的物理性能指標

石英砂：石英砂作為細骨料由山東省日照市生產(chǎn)，它的粒徑范圍在75～47μ m。

減水劑：減水劑是遼寧省大連市某公司生產(chǎn)的，是一種聚羧酸高效減水劑，基體為改性聚羧酸鹽溶液，液體呈現(xiàn)為淡棕色。

1.1 實驗設計

在本次混雜纖維混凝土試驗中，參考已有的研究成果，選擇PVA 進口纖維與PVA 國產(chǎn)纖維的比值作為試驗的影響因素。

本實驗設計為6 組配合比，每組配合比設計為三個試件。試驗中，粉煤灰與水泥的單位體積的質量比值為2.893，水泥和粉煤灰的質量之和與石英砂的單位體積的質量比值為1.5。對于PVA 纖維體積的摻量，六組試驗的國產(chǎn)纖維和進口纖維總的體積摻量為2.0%，這其中，國產(chǎn)纖維的體積摻量有：0%、0.4%、0.5%、0.6%、0.8%、1.0%。

不論是國產(chǎn)的PVA 纖維還是進口的PVA 纖維的造價都稍高，尤其是進口的PVA 纖維造價更高，最優(yōu)的PVA 纖維體積摻量對于改善PVA 纖維增強水泥基復合材料的韌性和強度都至關重要。Victor Li[2]等通過試驗研究表明：ECC 在使用體積率約為2%，PVA 的纖維情況下得到的復合材料PVA-ECC 材料，該材料在硬化后具有顯著的應變硬化特征。所以本實驗中，PVA 纖維體積摻量最大值為2.0%。

本實驗中，國產(chǎn)PVA 纖維的體積摻量之所以最大值取到1.0%，是因為大連理工大學高淑玲博士[2]對國內PVA 纖維在水泥基復合材料中應用的試驗研究時發(fā)現(xiàn)，一般情況下PVA 纖維的體積摻量達到1.2%以后，就開始容易出現(xiàn)結團問題，并且明顯影響PVA 纖維的增韌效果與分散效果。

1.2 坍落度實驗

PVA-ECC 復合材料拌合物的和易性是一項綜合性的指標，它包括流動性、黏聚性和保水性等方面的性能。依據(jù)我國現(xiàn)行的標準GB50080-2001《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》，本實驗采用“坍落度”來測定PVA-ECC 拌合物的流動性能。

1.3 試驗結果與分析

在坍落度試驗中，坍落度徑向長度的均值隨著進口PVA 纖維的摻入比例的變化情況如圖3所示。坍落度徑向長度的均值隨著國產(chǎn)PVA 纖維的摻入比例的變化情況如圖4所示。

圖1 進口PVA 纖維摻入比例對坍落度的影響對坍落度的影響

圖2 國產(chǎn)PVA 纖維摻入比例

實驗表明：PVA-ECC 復合材料的坍落擴展度徑向長度在440mm 至675mm 之間。配合比7-22-3 的流動性最優(yōu)，最大的坍落度長度是最小的坍落度長度的1.53倍。

1.4 結論

從圖1、圖2中可以看出PVA-ECC復合材料的坍落擴展度徑向長度在440mm至675mm之間。其中，坍落度長度最大值是最小值的1.53倍。試驗發(fā)現(xiàn)：隨著纖維總摻量的增加，擴展度越來越小，即流動性越來越??；在纖維總量不變的情況下，國產(chǎn)纖維和進口纖維相比，進口纖維的摻入之后的流動性明顯比國產(chǎn)纖維要好。