PVA混杂纤维增强水泥基复合材料抗压强度实验研究

秦敬平 王 博 张 磊

（1枣庄学院 城市与建筑工程学院，山东 枣庄 277160；2青岛西海岸旅游投资集团有限公司，山东 青岛 266400）

（3青岛亿佰建工集团有限公司，山东 青岛 266400）

0 引言

PVA-ECC（Engineered cementitious composites）复合材料因掺入强度和韧性都很高的PVA纤维，可以有效地阻止微裂缝的产生和发展，提高复合材料的韧性和强度[1]。

目前国内学者对PVA-ECC复合材料的抗压性能有了很多研究，但使用部分国产纤维代替进口纤维，即国产PVA纤维和进口PVA纤维混掺的抗压性能研究较少。大连理工大学高淑玲博士[2]对PVA纤维增强水泥基复合材料进行了抗压实验研究。研究表明：轴压试验时，轴压强度在16MPa～33MPa，极限压应变大约是普通混凝土的100倍。

本文首次采用国产PVA纤维与进口PVA纤维混杂使用的方法，重点研究国产纤维部分代替进口纤维复合材料的抗压强度，达到这种复合材料国产化、本地化的目的。

1 原材料和试验方法

PVA纤维：国内某公司生产的PVA纤维和日本Kuraray Co.生产的PVA-K-II纤维。

水泥：榴园42.5级普通硅酸盐水泥

粉煤灰：青岛市正友公司生产的Ⅰ级粉煤灰。

石英砂：作为细骨料由山东省日照市生产，它的粒径范围在75～47μm。

减水剂：减水剂是辽宁省大连市某公司生产的，一种聚羧酸高效减水剂，基体为改性聚羧酸盐溶液，液体呈现为淡棕色。

1.1 实验设计

在本次混杂纤维混凝土试验中，参考已有的研究成果，选择PVA进口纤维与PVA国产纤维的比值作为试验的影响因素。

本实验设计为 6组配合比，每组配合比设计为三个试件。试验中，粉煤灰与水泥的单位体积的质量比值为2.893，水泥和粉煤灰的质量之和与石英砂的单位体积的质量比值为 1.5。对于 PVA纤维体积的掺量，六组试验的国产纤维和进口纤维总的体积掺量为2.0%，这其中，国产纤维的体积掺量有：0%、0.4%、0.5%、0.6%、0.8%、1.0%。

Victor Li[2]等通过试验研究表明：ECC在使用体积率约为2%，PVA的纤维情况下得到的复合材料PVA-ECC材料，该材料在硬化后具有显著的应变硬化特征。所以本实验中，PVA纤维体积掺量最大值为2.0%。

本实验中，国产PVA纤维的体积掺量之所以最大值取到1.0%，是因为大连理工大学高淑玲博士[3]对国内PVA纤维在水泥基复合材料中应用的试验研究时发现，一般情况下PVA纤维的体积掺量达到1.2%以后，就开始容易出现结团问题，并且明显影响PVA纤维的增韧效果与分散效果。

1.2 试件制作

PVA纤维增强水泥基复合材料的试件制作工艺流程为：首先，将石英砂、粉煤灰和水泥这三种试验材料按照设计的配合比，称量好放入试验搅拌机内，搅拌约10分钟；然后，加入水、减水剂继续搅拌，搅拌大约5分钟；待搅拌均匀后，将PVA纤维均匀缓慢加入，再搅拌大约6～10分钟，边搅拌边观测其坍落度，最后注入抗压和抗折的标准模具。

2 抗压强度实验

加载装置：加载装置由长春试验机厂家生产，型号为NYL-2000压力试验机。这种试验机的最大压力为2000kN，精度等级为2级，最小刻度是2.5kN。

待各项准备工作完成之后开始试验加载，采用荷载控制。抗压试验的加载方法、制度按照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T 50081-2002)，进行测试。抗压试验加载速度不超过0.3～0.5MPa/s，保持匀速加载。同时观察立方体试块的破坏情况，加载到试件完全破坏为止，并记录下每个试块的抗压试验力。

3 试验结果与分析

抗压试验中发现，PVA-ECC复合材料立方体试块的抗压试验破坏现象和混凝土材料有很大区别。混凝土材料试块在达到最大荷载之后，就会很快出现破坏。但PVA纤维增强水泥基复合材料，在达到峰值压力之后，仍持续一段时间，最后缓慢下降。表明复合材料中PVA纤维起到了很好的增韧效果,可以有效的防止混凝土试块的“一裂即坏”的现象。

在PVA立方体试块抗压试验中，试块抗压强度的变化随着进口PVA纤维的掺入比例（即总的PVA纤维体积掺量）的变化情况如1所示，试块抗压强度的变化随着进口国产PVA纤维的掺入比例的变化情况如图2所示。

图1 进口PVA纤维掺入比例抗压强度比例抗压强度

图2 国产PVA纤维掺入

从图1图2可以看出随着进口纤维掺入比例的增加，立方体抗压试块的抗压强度增大，随着国产纤维掺入比例的增加，立方体抗压试块的抗压强度减小。这个因为PVA纤维对水泥基复合材料发挥了增韧和增强的作用，国产PVA纤维对水泥基复合材料的增韧和增强作用不如进口纤维增强增韧作用强。。

在PVA纤维的总的体积掺入量在2.0%时，图1可以看出，进口PVA纤维的体积掺量为2.0%时取得抗压强度最大值35.6MPa，进口PVA纤维的体积掺量为1.0%时取得抗压强度最小值27.8MPa。图2可以看出，国产PVA纤维的体积掺量为0.4%时取得抗压强度最大值34.8MPa，国产PVA纤维的体积掺量为1.0%时取得抗压强度最小值31.8MPa。

4 结论

试验得出：试块抗压强度随着总的纤维掺入量的增加而增大，抗压强度在27.8MPa～35.6MPa之间，此时的纤维掺入量分别为1.0%，2.0%。在PVA纤维的总的体积掺入量在2.0%时，随着国产纤维掺入比例的增加，抗压强度减小，抗压强度在31.8MPa～34.8MPa，此时的国产纤维掺入量为0.4%，1.0%。