淺析PVA 纖維在工程中的應用

田正旺

1 概述

聚乙烯醇(簡稱PVA)纖維是由德國化學家W.O.Herrmann和W.WHachnel博士于1924年合成的，該聚乙烯醇纖維不具備必要的耐熱水性，實用價值很小。1939年，日本櫻田一郎、矢澤將英，朝鮮李升基將這種纖維用甲醛處理，制得聚乙烯醇縮甲醛纖維，該纖維具有柔軟、保暖等特性。PVA纖維在我國的發展過程如下:

1)20世紀60年代中期:我國從日本進口一套維綸生產線。2)20世紀80年代初期:均處于半停產狀態。3)20世紀80年代中后期:PVA生產企業逐步呈現活力。4)20世紀90年代中期:PVA行業得到了進一步發展。5)20世紀90年代后期:PVA行業出現了階段性停滯，發展欲望受到抑制。6)21世紀初至2007年:PVA行業在國內、國際市場上均出現了前所未有的欣欣向榮的局面。

PVA纖維的主要作用:

1)改變混凝土的脆性、增強其韌性、提高抗裂能力;2)改善混凝土的和易性，減少混凝土的泌水現象;3)提高混凝土的和易性，減少泌水通道的形成、大大提高混凝土的抗滲能力;4)提高混凝土的抗凍性;5)提高混凝土的抗沖擊性能;6)提高混凝土的極限拉伸性能和抗沖磨性能;7)提高混凝土抵制氯離子侵蝕的能力。

2 PVA纖維在工程中的應用

PVA纖維是一種理想的環保型水泥增強材料，因其獨特的分子結構，與水泥具有良好的親和性能，耐堿和耐氣候性能良好。在水泥混凝土或砂漿中加入PVA纖維，能有效控制混凝土和砂漿因塑性收縮及溫度變化等因素引起的裂紋，防止及抑制裂縫的形成及發展，提高混凝土的抗彎強度、抗沖擊強度及抗裂強度，有效改善混凝土的抗滲、抗沖擊及抗震能力。

聚乙烯醇纖維(PVA纖維)的主要用途:

1)適用于水利工程中有抗裂，抗滲，抗凍，抗沖磨要求的一切部位。

2)適用于火電廠，道路橋梁，港口碼頭，造船基地、工業及民用建筑等有抗裂、抗滲等要求的一切工程部位及墻板、波紋瓦、水泥管道等水泥制品的抗裂。

2.1 PVA纖維在水泥砂漿中的應用

水泥砂漿由于取材方便、價格適中和強度較高等優點被廣泛運用于工程中，但其抗裂性較低，粘結性不理想，很容易受到溫度或收縮的影響而產生裂縫。常用的防止水泥砂漿裂縫的方法有調整水灰比和養護方式等，近年來工程技術人員會將PVA摻入砂漿中以達到防止或減少砂漿初期塑性裂縫的目的，其作用相當于在水泥砂漿中加入次加強筋。PVA纖維具有抗拉強度很大和模量高等特點。作用機理是在砂漿中加入PVA纖維后該纖維會在砂漿內部形成立體亂向支撐體系，從而能在很大程度上減少砂漿的干裂收縮防止裂縫的形成。

在砂漿中加入PVA其作用有以下幾個方面:

1)提高其抗裂性能:均勻分布的PVA纖維在砂漿內部形成網狀結構能減少砂漿內部的裂縫。并且承受砂漿失水干縮產生的拉應力，防止砂漿表面裂縫的產生。2)提高其抗滲性能:摻入該材料后形成的三維立體結構能有效阻止砂漿的離析現象和砂漿內部毛細裂縫的產生。3)增強砂漿的韌性:能夠提高砂漿墻體受沖擊時所吸收的動能。

位于湖州地區長興縣的318國道長興大橋大修工程大修施工運用了新型纖維材料——PVA纖維(聚乙烯醇纖維)，PVA纖維采用水溶性包裝，投料時，按照一定配合比進行攪拌，直接噴涂在裂縫表面，分散均勻，相互搭接成立體的網狀結構，結合牢固，消除混凝土砂漿在塑性階段的裂縫，提高橋梁的整體使用性。在將該纖維運用于工程中時，應當注意PVA纖維參數對水泥砂漿性能的影響，正如劉麗芳等人在《聚丙烯纖維參數對水泥砂漿抗干縮開裂性能的影響》中提到的:隨著PVA摻量的增加，砂漿的干縮裂縫寬度是逐漸減小的，這是因為隨著PVA的增加單位體內的纖維數也在增加，能夠更好的承擔砂漿失水干縮產生的拉應力;PVA纖維的橫截面形狀不同，其抗干縮性能也是不同的。三葉形橫截面的性能最好而矩形橫截面的性能最差，這是因為在其他參數相同的情況下PVA橫截面形狀不同會導致其比表面積發生變化，從而影響到其與其他材料的粘結強度;PVA的長度越長表面越粗糙其性能也越好，這是因為越長越粗糙其與水泥砂漿的握裹力就越好，更容易形成一個整體［1］。

2.2 PVA纖維在混凝土中的應用

鄧宗才等人在《PVA纖維增強混凝土的彎曲韌性》中提到:PVA纖維具有良好的親水性，纖維表面能夠吸附較少的自由水，因而與水泥基底的粘結強度較高。試驗表明摻入PVA纖維后，混凝土的韌性、抗沖擊性、抗滲性、抗凍性、抗碳化性和耐磨性均有所提高。其原理與摻入水泥砂漿時類似［2］。該文章得出以下結論:

1)PVA纖維摻量為0.78 kg/m3～1.3 kg/m3時，能明顯改善混凝土彎曲性能。

2)PVA纖維混凝土開裂后仍承受荷載，能使混凝土由脆性破壞變為延性破壞，改善了混凝土的變形能力。

錢桂楓，高祥彪，錢春香在《PVA纖維對混凝土力學性能的影響》中提到:PVA纖維是一種新型的混凝土增強纖維，該纖維的特點是直徑小、纖維間距小、易分散等。但是摻入該纖維后，混凝土的引氣效果比較明顯，使得混凝土膠凝材料與骨料間的結合力有所降低，導致混凝土的早期強度會有所降低。隨著纖維摻量的增加，混凝土強度逐漸降低，繼而彈性混凝土模量也不同程度的有所降低。在混凝土中加入PVA纖維可提高混凝土斷裂韌性，從而提高了混凝土的抗折強度。但當纖維長度增加、摻量過多時，混凝土的抗折強度會有所降低［3］。

袁勇，彭定超在《PVA纖維混凝土梁裂縫試驗分析》中提到:混凝土因為脆性而容易產生裂縫，在高強混凝土廣泛推廣應用的今天，裂縫問題仍然突出;為了能充分發揮高強混凝土材料的優越性而研發出了纖維混凝土，其中纖維的作用之一就是提高混凝土構件的抗裂性能和減小裂縫的寬度。PVA纖維的加入對受彎構件推遲裂縫的出現、控制裂縫的發展以及減小裂縫的寬度都有著很好的效果，其有效程度的大小取決于纖維與混凝土基材的粘結力與裂縫上纖維斷面所能承受拉力大小的比較［4］。

3 結語

在PVA纖維運用于工程實踐中時，應當注意以下幾個方面:

1)加入該纖維對混合料強度的影響是微乎其微的，每個工程首次使用前應由實驗室驗證配合比。

2)PVA纖維只用于抗裂，摻入后不能改變原有砂漿配合比中各種其他用途外加劑的摻量。

3)投入PVA纖維和水泥、砂一起攪拌，應避免纖維浮在最上面，可將攪拌時間略延長。

［1］劉麗芳，王培銘，楊曉杰.聚丙烯纖維參數對水泥砂漿抗干縮開裂性能的影響［J］.建筑材料學報，2005，8(3):62-63.

［2］鄧宗才，薛會青，李朋遠.PVA纖維增強混凝土的彎曲韌性［J］.南水北調與水利科技，2007，5(5):139-141.

［3］錢桂楓，高祥彪，錢春香.PVA纖維對混凝土力學性能的影響［J］.混凝土與水泥制品，2010(3):52-54.

［4］袁 勇，彭定超.PVA纖維混凝土梁裂縫試驗分析［J］.工業建筑，2002，32(11):5-7.