浅析PVA 纤维在工程中的应用

田正旺

1 概述

聚乙烯醇(简称PVA)纤维是由德国化学家W.O.Herrmann和W.WHachnel博士于1924年合成的，该聚乙烯醇纤维不具备必要的耐热水性，实用价值很小。1939年，日本樱田一郎、矢泽将英，朝鲜李升基将这种纤维用甲醛处理，制得聚乙烯醇缩甲醛纤维，该纤维具有柔软、保暖等特性。PVA纤维在我国的发展过程如下:

1)20世纪60年代中期:我国从日本进口一套维纶生产线。2)20世纪80年代初期:均处于半停产状态。3)20世纪80年代中后期:PVA生产企业逐步呈现活力。4)20世纪90年代中期:PVA行业得到了进一步发展。5)20世纪90年代后期:PVA行业出现了阶段性停滞，发展欲望受到抑制。6)21世纪初至2007年:PVA行业在国内、国际市场上均出现了前所未有的欣欣向荣的局面。

PVA纤维的主要作用:

1)改变混凝土的脆性、增强其韧性、提高抗裂能力;2)改善混凝土的和易性，减少混凝土的泌水现象;3)提高混凝土的和易性，减少泌水通道的形成、大大提高混凝土的抗渗能力;4)提高混凝土的抗冻性;5)提高混凝土的抗冲击性能;6)提高混凝土的极限拉伸性能和抗冲磨性能;7)提高混凝土抵制氯离子侵蚀的能力。

2 PVA纤维在工程中的应用

PVA纤维是一种理想的环保型水泥增强材料，因其独特的分子结构，与水泥具有良好的亲和性能，耐碱和耐气候性能良好。在水泥混凝土或砂浆中加入PVA纤维，能有效控制混凝土和砂浆因塑性收缩及温度变化等因素引起的裂纹，防止及抑制裂缝的形成及发展，提高混凝土的抗弯强度、抗冲击强度及抗裂强度，有效改善混凝土的抗渗、抗冲击及抗震能力。

聚乙烯醇纤维(PVA纤维)的主要用途:

1)适用于水利工程中有抗裂，抗渗，抗冻，抗冲磨要求的一切部位。

2)适用于火电厂，道路桥梁，港口码头，造船基地、工业及民用建筑等有抗裂、抗渗等要求的一切工程部位及墙板、波纹瓦、水泥管道等水泥制品的抗裂。

2.1 PVA纤维在水泥砂浆中的应用

水泥砂浆由于取材方便、价格适中和强度较高等优点被广泛运用于工程中，但其抗裂性较低，粘结性不理想，很容易受到温度或收缩的影响而产生裂缝。常用的防止水泥砂浆裂缝的方法有调整水灰比和养护方式等，近年来工程技术人员会将PVA掺入砂浆中以达到防止或减少砂浆初期塑性裂缝的目的，其作用相当于在水泥砂浆中加入次加强筋。PVA纤维具有抗拉强度很大和模量高等特点。作用机理是在砂浆中加入PVA纤维后该纤维会在砂浆内部形成立体乱向支撑体系，从而能在很大程度上减少砂浆的干裂收缩防止裂缝的形成。

在砂浆中加入PVA其作用有以下几个方面:

1)提高其抗裂性能:均匀分布的PVA纤维在砂浆内部形成网状结构能减少砂浆内部的裂缝。并且承受砂浆失水干缩产生的拉应力，防止砂浆表面裂缝的产生。2)提高其抗渗性能:掺入该材料后形成的三维立体结构能有效阻止砂浆的离析现象和砂浆内部毛细裂缝的产生。3)增强砂浆的韧性:能够提高砂浆墙体受冲击时所吸收的动能。

位于湖州地区长兴县的318国道长兴大桥大修工程大修施工运用了新型纤维材料——PVA纤维(聚乙烯醇纤维)，PVA纤维采用水溶性包装，投料时，按照一定配合比进行搅拌，直接喷涂在裂缝表面，分散均匀，相互搭接成立体的网状结构，结合牢固，消除混凝土砂浆在塑性阶段的裂缝，提高桥梁的整体使用性。在将该纤维运用于工程中时，应当注意PVA纤维参数对水泥砂浆性能的影响，正如刘丽芳等人在《聚丙烯纤维参数对水泥砂浆抗干缩开裂性能的影响》中提到的:随着PVA掺量的增加，砂浆的干缩裂缝宽度是逐渐减小的，这是因为随着PVA的增加单位体内的纤维数也在增加，能够更好的承担砂浆失水干缩产生的拉应力;PVA纤维的横截面形状不同，其抗干缩性能也是不同的。三叶形横截面的性能最好而矩形横截面的性能最差，这是因为在其他参数相同的情况下PVA横截面形状不同会导致其比表面积发生变化，从而影响到其与其他材料的粘结强度;PVA的长度越长表面越粗糙其性能也越好，这是因为越长越粗糙其与水泥砂浆的握裹力就越好，更容易形成一个整体［1］。

2.2 PVA纤维在混凝土中的应用

邓宗才等人在《PVA纤维增强混凝土的弯曲韧性》中提到:PVA纤维具有良好的亲水性，纤维表面能够吸附较少的自由水，因而与水泥基底的粘结强度较高。试验表明掺入PVA纤维后，混凝土的韧性、抗冲击性、抗渗性、抗冻性、抗碳化性和耐磨性均有所提高。其原理与掺入水泥砂浆时类似［2］。该文章得出以下结论:

1)PVA纤维掺量为0.78 kg/m3～1.3 kg/m3时，能明显改善混凝土弯曲性能。

2)PVA纤维混凝土开裂后仍承受荷载，能使混凝土由脆性破坏变为延性破坏，改善了混凝土的变形能力。

钱桂枫，高祥彪，钱春香在《PVA纤维对混凝土力学性能的影响》中提到:PVA纤维是一种新型的混凝土增强纤维，该纤维的特点是直径小、纤维间距小、易分散等。但是掺入该纤维后，混凝土的引气效果比较明显，使得混凝土胶凝材料与骨料间的结合力有所降低，导致混凝土的早期强度会有所降低。随着纤维掺量的增加，混凝土强度逐渐降低，继而弹性混凝土模量也不同程度的有所降低。在混凝土中加入PVA纤维可提高混凝土断裂韧性，从而提高了混凝土的抗折强度。但当纤维长度增加、掺量过多时，混凝土的抗折强度会有所降低［3］。

袁勇，彭定超在《PVA纤维混凝土梁裂缝试验分析》中提到:混凝土因为脆性而容易产生裂缝，在高强混凝土广泛推广应用的今天，裂缝问题仍然突出;为了能充分发挥高强混凝土材料的优越性而研发出了纤维混凝土，其中纤维的作用之一就是提高混凝土构件的抗裂性能和减小裂缝的宽度。PVA纤维的加入对受弯构件推迟裂缝的出现、控制裂缝的发展以及减小裂缝的宽度都有着很好的效果，其有效程度的大小取决于纤维与混凝土基材的粘结力与裂缝上纤维断面所能承受拉力大小的比较［4］。

3 结语

在PVA纤维运用于工程实践中时，应当注意以下几个方面:

1)加入该纤维对混合料强度的影响是微乎其微的，每个工程首次使用前应由实验室验证配合比。

2)PVA纤维只用于抗裂，掺入后不能改变原有砂浆配合比中各种其他用途外加剂的掺量。

3)投入PVA纤维和水泥、砂一起搅拌，应避免纤维浮在最上面，可将搅拌时间略延长。

［1］刘丽芳，王培铭，杨晓杰.聚丙烯纤维参数对水泥砂浆抗干缩开裂性能的影响［J］.建筑材料学报，2005，8(3):62-63.

［2］邓宗才，薛会青，李朋远.PVA纤维增强混凝土的弯曲韧性［J］.南水北调与水利科技，2007，5(5):139-141.

［3］钱桂枫，高祥彪，钱春香.PVA纤维对混凝土力学性能的影响［J］.混凝土与水泥制品，2010(3):52-54.

［4］袁 勇，彭定超.PVA纤维混凝土梁裂缝试验分析［J］.工业建筑，2002，32(11):5-7.