淺析PVA 纖維在工程中的應(yīng)用

田正旺

1 概述

聚乙烯醇(簡稱PVA)纖維是由德國化學(xué)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(fā)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(chǎn)線。2)20世紀80年代初期:均處于半停產(chǎn)狀態(tài)。3)20世紀80年代中后期:PVA生產(chǎn)企業(yè)逐步呈現(xiàn)活力。4)20世紀90年代中期:PVA行業(yè)得到了進一步發(fā)展。5)20世紀90年代后期:PVA行業(yè)出現(xiàn)了階段性停滯，發(fā)展欲望受到抑制。6)21世紀初至2007年:PVA行業(yè)在國內(nèi)、國際市場上均出現(xiàn)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(xiàn)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?jié)B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(yīng)用

PVA纖維是一種理想的環(huán)保型水泥增強材料，因其獨特的分子結(jié)構(gòu)，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(fā)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?jié)B、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?jié)B，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(yè)及民用建筑等有抗裂、抗?jié)B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(yīng)用

水泥砂漿由于取材方便、價格適中和強度較高等優(yōu)點被廣泛運用于工程中，但其抗裂性較低，粘結(jié)性不理想，很容易受到溫度或收縮的影響而產(chǎn)生裂縫。常用的防止水泥砂漿裂縫的方法有調(diào)整水灰比和養(yǎng)護方式等，近年來工程技術(shù)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(nèi)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(nèi)部形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)能減少砂漿內(nèi)部的裂縫。并且承受砂漿失水干縮產(chǎn)生的拉應(yīng)力，防止砂漿表面裂縫的產(chǎn)生。2)提高其抗?jié)B性能:摻入該材料后形成的三維立體結(jié)構(gòu)能有效阻止砂漿的離析現(xiàn)象和砂漿內(nèi)部毛細裂縫的產(chǎn)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(qū)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(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，結(jié)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(yīng)當注意PVA纖維參數(shù)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(shù)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(nèi)的纖維數(shù)也在增加，能夠更好的承擔砂漿失水干縮產(chǎn)生的拉應(yīng)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(shù)相同的情況下PVA橫截面形狀不同會導(dǎo)致其比表面積發(fā)生變化，從而影響到其與其他材料的粘結(jié)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(yīng)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(jié)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?jié)B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(jié)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?yōu)檠有云茐模纳屏嘶炷恋淖冃文芰Α?/p>

錢桂楓，高祥彪，錢春香在《PVA纖維對混凝土力學(xué)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(jié)合力有所降低，導(dǎo)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(chǎn)生裂縫，在高強混凝土廣泛推廣應(yīng)用的今天，裂縫問題仍然突出;為了能充分發(fā)揮高強混凝土材料的優(yōu)越性而研發(fā)出了纖維混凝土，其中纖維的作用之一就是提高混凝土構(gòu)件的抗裂性能和減小裂縫的寬度。PVA纖維的加入對受彎構(gòu)件推遲裂縫的出現(xiàn)、控制裂縫的發(fā)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(jié)力與裂縫上纖維斷面所能承受拉力大小的比較［4］。

3 結(jié)語

在PVA纖維運用于工程實踐中時，應(yīng)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(yīng)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(yīng)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(shù)對水泥砂漿抗干縮開裂性能的影響［J］.建筑材料學(xué)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(diào)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(xué)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(yè)建筑，2002，32(11):5-7.