1、PVA 纖維混凝土的應用研究現狀引言混凝土屬于脆性材料，其韌性較差。而纖維抗拉強度較高，兩者復合使用可以克服混凝土抗拉強度較低和脆性的缺點。目前，應用到水泥混凝土內的纖維種類比較多，常用的包括碳纖維、聚丙烯纖維、聚乙烯纖維、鋼纖維、聚丙烯晴纖維、聚乙烯醇纖維(PVA)等。其中PVA 纖維增強水泥基材料是目前熱門課題之一。近年來，超高韌性水泥基復合材料是比較熱門的一種新型建筑材料，其實質上是通過在混凝土中加入2%的聚乙烯醇短纖維制備出一種高性能纖維增強水泥基復合材料。這種纖維增強混凝土在受到軸向拉伸和彎曲荷載作用下會呈現出顯著的應變硬化特征，并且當受力開裂后，其承載力會經歷一個類似于鋼筋的假應變

2、硬化階段，而不會像鋼纖維混凝土和聚丙烯纖維混凝土那樣當遭受達到極限承載力的荷載作用時會突然降低。1 PVA 的性能特點與其他種類的纖維相比，PVA 纖維具有以下幾點優勢：高抗拉強度和高彈性模量;與礦物摻合料的相容性較好;高親水性，能夠較好地均勻分布在水泥漿體中;與水泥基材料的界面結合較好;高耐酸堿性;直徑適中，可達到39 mu;m;環保，無毒無害。幾種常用纖維的性能參數見表1。由表1 可以看出，鋼纖維彈性模量較高，制作工藝較復雜，生產的鋼纖維直徑較大，不利于普遍應用。聚丙烯纖維的彈性模量太低， 碳纖維的彈性模量較高，其極限延伸率較小，且不能彎曲。整體上看，聚乙烯纖維性能上與PVA 接近， 但是

3、聚乙烯纖維價格較高，不適合大量應用。2 PVA 纖維增強混凝土的力學性能錢桂楓等人研究發現，PVA 纖維的最佳摻量是0.08%0.1%，體積摻量在此范圍內可以有效改善混凝土抗折強度，且PVA 纖維的長徑比越小，強度提高效果越顯著。Fukuyama 等人對PVA 纖維增強混凝土構件進行了拉mdash;壓循環荷載試驗，結果發現當PVA 纖維摻量為1.5%時，構件的應變可以達1.5%，試件韌性較好，且裂縫寬度小于0.2 mm。與普通混凝土材料相比， 韌性得到提高，PVC 增強混凝土材料可以用于承受剪切和粘結劈裂作用的構件。也有學者通過靜載和疲勞試驗對比研究了PVA 纖維增強材料和聚乙烯纖維增強材料的

4、彎曲疲勞特性，結果發現聚乙烯纖維增強材料表現出高的強度和大的變形， 且其微裂縫數量也比PVA 纖維增強材料多，并且提出PVC 管混凝土可以顯著提高混凝土的強度和延性。Takashima 等人研究了擠壓成型PVA 混凝土基體的剛度對材料斷裂特性的作用， 結果發現基體本身的剛度取決于水灰比以及灰漿與水泥的比值。水灰比不變，低灰漿與水泥的比值有利于預防纖維斷裂以及提高強度和極限應變。當水灰比增大時，極限應變也隨之提高，但是極限拉伸強度會降低。可以推出結論，通過優化水灰比以及灰漿與水泥的比值，可以達到增強、增韌的效果。有關纖維增強混凝土的理論模型， 目前也是研究的熱點之一。Zhang 等人6通過確定相

5、關參數(纖維彈性模量、基體彈性模量、纖維-基體界面粘結強度、纖維在基體中的取向、纖維密度等參數)，建立了纖維取向角為變量的纖維增強混凝土材料的斷裂分析模型。Maalej 等7則推導了關于纖維的細觀力學模型。基于概率統計方法，假設界面摩擦粘結應力為常數， 考慮了纖維的拔出以及局部摩擦等影響， 計算推導出纖維復合材料的拉伸強度以及斷裂能，并通過試驗進行了驗證。但是該模型并未考慮到纖維本身的彎曲斷裂以及斜向分布的纖維從基體中拔出導致的剝蝕作用。雖然這些模型并不是針對PVC 纖維， 但是可以通過輸入纖維的相關參數，應用于各類纖維。3 PVA 纖維增強混凝土的微觀結構復合材料的界面性能對材料整體的性能影

6、響較大，特別是纖維增強混凝土復合材料，其性能的隨機性多數是由于界面相的差異。纖維與水泥漿體基體的粘接情況直接決定復合材料的綜合性能。并且，其界面相的厚度及力學性能對復合材料的性能也有影響。Kanda 等人研究發現PVA 纖維具有較強的粘結力， 當纖維彎曲時纖維-基體界面位置會出現斷裂現象，最終影響硬化纖維增強混凝土整體的拉應變性能。Redon等人則認為PVA 纖維在外力作用下被拔出時， 會出現顯著的滑移-硬化效應，從而導致纖維在剪切應力作用下發生剝蝕。Li10等人針對PVA 的缺陷， 于2002 年提出在纖維表面涂刷一層油可以使混凝土拉伸應變超過4%，克服了滑移-硬化效應。也有學者提出混凝土中

7、添加粉煤灰會影響PVA-水泥漿體的界面特性。現有成果均表明，PVA 纖維在材料基體中容易出現斷裂現象，因此研究纖維復合材料的界面特性，有利于推導出界面參數， 從而找出預防纖維斷裂的措施，以使得PVA 纖維在建筑材料中可以更好地發揮其增強增韌的作用。傳統的PVA 增強混凝土材料存在多點開裂及應變硬化等現象，但是裂紋的寬度也偏大(一般6080 mu;m)。但是，有學者專家通過研究提出， 調節細骨料的粒徑尺寸以及基材的韌度，能達到發生多點開裂和應變硬化現象，并且保證能將裂紋的寬度減小至1030 mu;m。事實上，不論是何種纖維，都是纖維、基材及其二者之間的界面性能等參數最終決定材料整體的應變硬化特性

8、。4 結語目前，PVC 材料主要應用在提高結構整體性、混凝土材料的修補、補償混凝土道面收縮變形、橋梁蓋板的連接段制作、現場澆筑及預制構件等方面。但是，實踐中發現PVA 混凝土材料也存在一些問題，如干燥、收縮偏大。PVA 混凝土的裂紋寬度可以得到一定程度的控制，但在實際工程上，由于材料本身干縮過大， 與其它原材料的協同工作性就會變差。例如，PVA 材料28 d 干燥收縮大約1 200 微應變，而普通的混凝土材料28 d 的干縮應變為400800 微應變， 相差較大。這個問題也嚴重制約PVA材料在修補等工程中的廣泛應用。除此之外，PVC 還有一個問題就是在達到極限應變之前單個裂紋的寬度仍然可以達到80 mu;m。