國產PVA纖維增強水泥基復合材料抗彎性能研究

韋立 周旭 王敬慈 莊大偉

摘 要：采用抗彎試驗研究不同配合比對國產PVA-ECC試件的影響規律。研究結果表明：試件的抗彎強度隨水膠比的增大而減小；當砂膠比為0.36時，試件的彎曲性能要優于砂膠比為0以及0.66的材料；粉煤灰雖在一定范圍內可以替換部分水泥，但是當粉煤灰用量達到一定量，材料的抗彎強度會隨著粉煤灰的增加而減小。

關鍵詞：PVA-ECC；抗彎強度；配合比

ECC是指基于斷裂力學、微觀物理力學和統計學優化設計，使用短纖維增強且摻量不超過2%，極限拉應變可穩定地達到3%以上的新型水泥基復合材料[1]。

目前，絕大部分水泥基材料中PVA纖維使用的是日本可樂麗纖維。由于日本纖維價格昂貴，導致其在工程中應用成本較高。國產PVA纖維價格大概只有日本的三分之一。由于生產技術的限制，國產PVA纖維與日本PVA纖維還是存在一定的差距，故國產PVA纖維還不能直接替代日本PVA纖維制備ECC。如何利用國產PVA纖維及水泥、硅灰、粉煤灰等優勢資源，設計得到國產PVA-ECC材料的配合比，從而使得國產PVA-ECC發揮出與經典PVA-ECC同等優良的力學性能，這將成為目前重要的研究課題之一[2]。

1 試驗概況

1.1 試驗材料設計

原材料有水泥、粉煤灰、石英砂、硅灰、減水劑和PVA纖維等，水泥為P.O42.5普通硅酸鹽水泥，粉煤灰為I級灰。石英砂粒徑分布于100～200目。PVA纖維是我國福建生產的。

1.2 配合比設計

本文設計了22組國產PVA-ECC配合比，配合比各參數及制作工藝參照《ECC-混凝土控裂功能材料力學性能的試驗研究》[3]。

2 抗彎性能

采用四點彎曲試驗研究其抗彎性能，試件尺寸為400mm×100mm×100mm。試驗加載機器為長春科新WDW-100試驗機。試驗采取位移加載方式，加載速率為0.2mm/min。

3 試驗結果

3.1 水膠比對國產PVA-ECC抗彎性能的影響

從圖1可以看出；當水膠比從0.30上升到0.35時，各組的抗彎強度基本呈下降趨勢，下降幅度為-4.17%～43.77%，平均下降了19.44%；當水膠比從0.35上升到0.4時，各組試件的抗彎強度呈下降趨勢，下降幅度為-48.05%～48.62%，平均下降了-8.66%，但是試件N4、N25抗壓強度略有上升，上升幅度分別為8.23%、17.55%，N16有較大上升，上升幅度為48.05%。

3.2 砂膠比對國產PVA-ECC抗彎性能的影響

從圖2可以得到：當試件的砂膠比由0上升到0.36時，試件的抗彎強度上升趨勢明顯，其上升幅度為13.71%～160.13%，平均上升80.70%；當砂膠比由0.36上升到0.66時，其中N9、N14、N23的強度略有上升，上升幅度為3.92%、27.33%和36.69%，其余試件的強度有較明顯的下降，其下降幅度為13.53%～58.54%，平均下降了28.14%。

3.3 粉煤灰摻量對國產PVA-ECC抗彎強度的影響

從圖3可以得到：當粉煤灰摻量從20%上升到40%時，試件的抗彎強度變化趨勢不明顯；當摻量從40%上升到60%時，各組試件的抗彎強度基本均呈下降趨勢，下降幅度為6.81%～51.87%，平均下降20.99%，其中試件N2、N9呈上升趨勢，上升幅度為39.56%和6.34%。

4 結論

1）水膠比對水泥基材料的抗彎強度存在較大的影響。隨著水膠比的增大，試件的抗彎性能隨之降低。

2）砂膠比對于PVA-ECC材料的抗彎性能也存在顯著的影響。當砂膠比為0.36時，試件的彎曲性能要優于砂膠比為0以及0.66的材料，這說明砂膠比過大或過小對材料的彎曲性能都有不利的影響。

3）粉煤灰雖在一定范圍內可以替換部分水泥，但是當粉煤灰用量達到一定量，材料的抗彎強度會隨著粉煤灰的增加而減小。

參考文獻

[1]商興艷，陸洲導.ECC與混凝土界面黏結性能的研究進展[J].混凝土，2015，3（3）：54-58.

[2] Lepech M D， Li V C. Sustainable pavement overlays using engineered cementitious composites[J]. International Journal of Pavement Research and Technology， 2010， 3（5）： 241.

[3]周旭.ECC-混凝土控裂功能材料力學性能的試驗研究[D].揚州：揚州大學.