高钙粉煤灰PVA-ECC拉伸性能试验研究

刘曙光,张栋翔,闫长旺，邓轶涵

(1.内蒙古工业大学矿业学院，呼和浩特　010051；2.内蒙古工业大学土木工程学院，呼和浩特　010051)



高钙粉煤灰PVA-ECC拉伸性能试验研究

刘曙光1,2,张栋翔2,闫长旺1,2，邓轶涵2

(1.内蒙古工业大学矿业学院，呼和浩特010051；2.内蒙古工业大学土木工程学院，呼和浩特010051)

目前配制PVA-ECC(PolyvinylAlcohol-EngineeredCementitiousComposite)采用的粉煤灰主要是低钙粉煤灰，为进一步提高高钙粉煤灰的利用效率，采用当地I级高钙粉煤灰配制出拉伸应变稳定达到3%的PVA-ECC，为实际工程应用提供更多的材料选择。从配合比设计开始，研究了粉煤灰掺量、水胶比以及试件形式对PVA-ECC直接拉伸性能以及裂缝模式的影响。结果表明：随着粉煤灰掺量的增加，新拌PVA-ECC的流动性增大，立方体试块的抗压强度越小，拉伸开裂强度、极限抗拉强度降低，拉伸应变增大，试件断裂面不平，纤维拔出长度增长；随着水胶比的增大，拉伸开裂强度、极限抗拉强度降低，裂缝模式由横向等宽度变为轴线处细密边缘处较宽；哑铃型试件标距范围内的最大等应力区更有利于应变硬化的实现。

PVA-ECC； 直接拉伸； 高钙粉煤灰； 裂缝模式； 应变硬化

1　引　言

混凝土作为一种非常成功的建筑材料在国民建设中担任着不可或缺的角色。近些年来，突发的自然灾害(严重的动荷载)造成的毁坏性的破坏使混凝土材料本身的脆性这一致命缺点越发显著。在冲击或爆炸荷载作用下，由于混凝土的脆性导致混凝土开裂、剥落甚至导致失去结构的完整性是常有的事。除此之外，高速掉落的混凝土碎片会对正在结构下面的行人造成人身伤害[1]。

经过设计的水泥基复合材料(EngineeredCementitiousComposite，简称ECC)在Michigan大学先进土木工程材料研究实验室应运而生。在单轴拉伸作用下，纤维体积掺量为2%的前提下，ECC表现出优异的拉伸延性(拉伸应变为>3%)和损伤容限特性[2]。这就为减弱混凝土在冲击或爆破荷载作用下的脆性行为提供了一个潜在的解决办法。Ranade等[3]对比了M45-ECC[4]和HFA-ECC[2]两种ECC的裂缝形态，得出在任意一应力水平下，M45-ECC的裂缝宽而少相比于HFA-ECC裂缝的细而多，同时得出在任意一应力水平下，裂缝概率密度函数可以用对数正态分布很好的描述。Kamile等[5]利用荧光显微镜和先进的数字图像分析了裂缝尺寸和纤维分布(分散和取向)对PVA-ECC的拉伸延性的作用，得出第一条裂缝开裂强度与最大裂缝尺寸的平方根成反比。Yang等[6]研究了拉伸应变速率对PVA-ECC拉伸特性的影响，得出增加纤维刚度、界面化学粘结强度、基体韧性导致随着加载速率(10-5～10-1/s)的增加PVA-ECC拉伸应变硬化现象呈负增长，建议避免持续动载作用，但是抗拉强度却随着加载速率(10-5～10-1/s)的增加而增加，建议设计抗冲击PVA-ECC。Pang等[7]研究了高掺量粉煤灰PVA-ECC的制备和特性，得出随着粉煤灰掺量的提高和砂含量的降低PVA-ECC的拉伸应变增加。吴瑞雪[8]对比了I级粉煤灰和II级粉煤灰对PVA-ECC拉伸性能的影响，得出I级粉煤灰对SHCC单轴拉伸性能的影响无论是从强度上还是从应变硬化性能上都比II级粉煤灰要好很多。李艳等[9]研究了大掺量粉煤灰替代水泥对直接拉伸性能的影响，得出了粉煤灰掺量的增大降低了抗拉强度，但明显改善了其受拉应变硬化特性。张菊等[10]研究了氯盐环境和淡水环境中聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料快速冻融试验，得出了氯盐环境中PVA-ECC试件的抗冻性显著下降，表明氯盐环境对PVA-ECC抗冻性有重要影响。

低钙粉煤灰配制出PVA-ECC的拉伸性能及耐久性已多有报道，但利用高钙粉煤灰配制出的PVA-ECC的拉伸性能还鲜有报道。本文采用当地I级高钙粉煤灰配制出拉伸应变稳定在3%以上的PVA-ECC，在此基础上，以高钙粉煤灰替代量、水胶比等为变量研究对其拉伸性能的影响。从而有利于高钙粉煤灰的合理高效利用，又为PVA-ECC这一新型材料的理论体系作了补充。

2　试　验

2.1原材料

试验选用冀东牌P·O42.5R级普通硅酸盐水泥，其化学成分如表1所示。

粉煤灰选用Ⅰ级高钙粉煤灰，其中粉煤灰中游离氧化钙(CaO)的含量达到18%,属于C类高钙粉煤灰，化学成分如表2所示；正常来讲，由于高钙粉煤灰游离CaO含量较高，如果使用不当, 会导致水泥安定性不良甚至导致混凝土膨胀开裂。但有研究表明[11]：高钙粉煤灰经过消解、磨细、掺入化学外加剂以及掺加活性矿物掺合料均能改善高钙粉煤灰的安定性。在本试验中，高钙粉煤灰由某环保建材公司生产，经过了磨细筛选，且粉煤灰长期储存在仓库里，这些措施相当于对高钙粉煤灰进行了改性处理，一定程度上改善了高钙粉煤灰的安定性。纤维选用日本Kuraray公司生产的K-Ⅱ可乐纶纤维，参数如表3所示；细骨料选用粒径为0.075～0.15mm的优质硅砂(石英砂)。

增稠剂为德州某公司生产的MK-100000S羟丙基甲基纤维素简称HPMC；减水剂为聚羧酸类高效减水剂，减水率为33%。

表1　P·O 42.5普通硅酸盐水泥基本化学成分

表2　Ⅰ级高钙粉煤灰化学成分

表3　PVA纤维的基本特性

2.2配合比设计

试验中高钙粉煤灰替代水泥量为80%、70%、60%；水胶比为0.22和0.24；粉煤灰与水泥的比为4、2.3和1.5。所有试件纤维体积掺量均为2%。配合比如表4所示。

表4　试验用配合比

注：CMa:CementitiousMaterials(Cement+FlyAsh)；FA、C和W分别表示粉煤灰、水泥和水；编号b中的数字分别表示粉煤灰替代量和水胶比；E表示ECC。

2.3试件成型

PVA纤维水泥基复合材料采用JJ-5型搅拌机搅拌，首先将称好的胶凝材料(包括水泥和粉煤灰)、石英砂和增稠剂混合干拌2min, 而后将事先溶于水的减水剂和水加入干料中低速搅拌4min，继续高速搅拌2min，此时水泥基体呈流态状具有良好的流动性，最后人工缓慢加入纤维，待纤维加入后低速搅拌2min后再高速搅拌1min，其依靠重力自由下落呈瀑布形，未出现一整块的坠落，下降时相互之间有黏连，新拌PVA-ECC具有良好的连续性和适宜的粘聚性。如图1所示。说明纤维分散良好，无结团现象，无泌水现象。

试件尺寸为260mm×50mm×15mm直板型试件和330mm×600mm×15mm哑铃型试件，哑铃型试件类型与尺寸参考的是日本推荐规范《RecommendationsforDesignandConstructionofHighPerformancefiberReinforcedCementCompositeswithMultipleFineCracks(HPFRCC)》的设计，如图2所示。立方体抗压强度试件尺寸为100mm×100mm×100mm。分两次浇筑并于试验台振动60s，共120s，浇筑完成后用塑料薄膜覆盖并置于室内,试件初凝后将其抹平，所有试件24h拆模后水浴养护,养护温度为(23±2) ℃。

2.4试验加载与测试

直接拉伸试验在济南试金集团生产的10kN电子万能试验机进行,试验数据由DH3820静态数据测试系统进行采集，荷载由10kN外置拉压传感器采集，加载速率采用位移控制，整个试验过程中保持加载速率为0.1mm/min。试件加载前，使用铝质位移计固定装置将位移计安装于标距长度为90mm的试件两侧，试验加载装置如图3所示。试验变形值取两侧位移计测量值的平均值，应力值和应变值取试件实际尺寸进行计算。

图1　新拌PVA-ECCFig.1　Fresh of PVA-ECC

图2　哑铃型木模板Fig.2　Dogbone-shaped form

为了进一步验证拌合物的流动性，对拌合物流动性用水泥胶砂流动度测试仪进行了测试。如图4所示为流动度测试仪和测试结果。

图3　加载装置示意图Fig.3　Diagram of loading device

图4　流动度测试Fig.4　Test of fluidity

3　结果与讨论

3.1高钙粉煤灰与低钙粉煤灰对PVA-ECC应变硬化性能的影响

低钙粉煤灰的CaO含量较低，它基本上不具有或是很小的水硬活性。低钙粉煤灰的潜在活性需要在外加离子在碱溶液中激发才能体现出来[12]。低钙粉煤活性较低，Wang和Li[13]通过加入F类粉煤灰来改善纤维-基体的界面关系并降低基体韧度，粉煤灰的惰性细颗粒附着到纤维表面,在纤维表面形成了一层球膜，避免了纤维和基体水化产物的直接接触,降低了基体对纤维化学黏结作用，粉煤灰的掺入有利于降低纤维与基体的化学粘结力和物理摩擦力。在普通硅酸盐水泥中，Ca3+和Al2+是形成水泥基体与纤维间的强大薄膜的重要物质，并以铝酸三钙存在与石膏反应形成不能分解的水化物。而在粉煤灰中，大部分Ca3+和Al2+并不是自由的存在的，大掺量的低钙粉煤灰降低了基体中Ca3+和Al2+的浓度，进而减弱可能发展形成的纤维与基体的化学黏结力。另外，低钙粉煤灰较高钙粉煤灰含有较高的碳含量，在拔出的纤维纤维表面发现，碳颗粒附着在纤维表面作为额外的一层“油膜”来降低纤维与基体的化学粘结力同时改善纤维与基体的摩擦力。所以适量低钙粉煤灰的掺入有利于PVA-ECC应变硬化性能的实现，在诸多学者的研究中，其PVA-ECC配合比中粉煤灰替代水泥的量在50%左右，粉煤灰掺量太高会影响材料的力学性能。

高钙粉煤灰中含有一定量的石灰、铝酸三钙(C3A)、硅酸二钙(C2S)、富钙玻璃体等活性物质，并且C3A和C2S的水化行为与波特兰水泥中的相同，此外其玻璃体结构聚合程度低于低钙粉煤灰，因此高钙粉煤灰除了具有低钙粉煤灰的火山灰活性外，其自身还具有一定水硬活性和自硬性[12,15]。高钙粉煤灰在体积安定性合格的情况下，加大高钙粉煤灰的掺量可以在保证力学性能的前提下实现应变硬化性能的提升。实现了粉煤灰的高效利用，具体论述见3.4节。

3.2粉煤灰掺量对PVA-ECC材料工作性能的影响

不同粉煤灰掺量配制同一水胶比的PVA-ECC流动度控制在200～240mm范围内时所需减水剂结果如表5所示。

表5　不同粉煤灰掺量配制同一水胶比PVA-ECC所需减水剂结果

如表5所示，在水胶比相同的情况下，不同粉煤灰掺量所需减水剂不同，随着粉煤灰掺量的增加，所需减水剂量减少，流动度增加。这是因为从粉煤灰的微观结构分析，厉超[12]通过SEM看到高钙粉煤灰的形貌照片，得到高钙粉煤灰基本由球状颗粒构成，放大观察倍数，发现许多更细小的颗粒分布在球体上。通过TEM观察，发现附着在球体上的细小颗粒也是球状的，同时，在纳米级别，高钙粉煤灰都是由球状颗粒组成；从粉煤灰的细观结构分析，粉煤灰与水泥水化产物发生的二次反应物呈致密的球状颗粒，表面光滑，可以起到滚珠轴承的润滑作用[14]；从粉煤灰的烧失量[15]分析，其烧失量很低，颗粒形态以球形为主，所以其需水量低，具有很好的减水作用。实际上，粉煤灰的加入使系统的有效水胶比增大。故粉煤灰掺量的增加，这些粒状的产物越来越多，这也就会更大面积的减少相互摩擦作用，颗粒与颗粒之间的相对滑动增加，所以可以在满足流动度增加的情况下，减水剂的用量减少。

3.3粉煤灰掺量对PVA-ECC立方体抗压强度的影响

表6比较了PVA-ECC在不同龄期、不同粉煤灰掺量对立方体抗压强度的影响，由表6可知，在龄期14d时，水胶比为0.24时，随着粉煤灰掺量的增加，立方体抗压强度降低。文献[16]认为粉煤灰-水泥的强度由水泥水化的强度贡献和粉煤灰火山灰效应的强度贡献两部分组成。并得出粉煤灰火山灰效应对整个体系的早期强度起到不利影响，随着龄期增长对强度开始有贡献。当粉煤灰掺量增加到80%时，水泥量降低，参与水化的水泥熟料少，水化体系中的Ca2+浓度较低，一次水化反应产物减少，生成的水化产物联系不够紧密或不能生成具有强度的水化产物。故降低了早期强度。张同生[17]用高钙粉煤灰做了水化反应试验，得出早龄期(3d)时，只有粒度较细的粉煤灰颗粒发生了很少的火山灰反应，到龄期为28d时，粒度较大的粉煤灰颗粒也发生了火山灰反应。随着龄期的增长，水泥水化趋于完全，粉煤灰的火山灰贡献也越来越大。故随着龄期的增长，后期强度较高。

表6　各龄期抗压强度值

3.4粉煤灰掺量对PVA-ECC直接拉伸性能的影响

3.4.1粉煤灰掺量对PVA-ECC拉伸应力-应变的影响

图5比较了哑铃型和直板型试件在水胶比为0.24、龄期为28d时不同粉煤灰掺量对拉伸应力、应变的影响。鉴于试件类型在此部分结果与结论分析近似相同，只对哑铃型试件进行分析和讨论。随着粉煤灰掺量的增加，PVA-ECC的开裂强度降低。龄期为28d时也就是水化后期，粉煤灰颗粒表面层已与水泥水化产物发生二次反应,且形成若干层反应物,这些新生成的表面层是强度的薄弱环节，层与层之间或层与未水化的粉煤灰表面粘结十分微弱，很容易在外力作用下剥落。进而降低基体的强度。且在开裂之前，纤维本身不承受抗拉荷载，只有基体受力，开裂强度反映了基体的强度变化，所以基体初裂强度随着粉煤灰含量的增加而降低。

图5　不同粉煤灰掺量的PVA-ECC拉伸应力-应变曲线(a)哑铃型试件；(b)直板型试件Fig.5　PVA-ECC tensile stress-strain curve of different dosage of fly ash

此外，由图5可知，随着粉煤灰掺量的增加，PVA-ECC的直接拉伸应变相应增大。拉伸应变大是应变-硬化行为的宏观体现。而应变-硬化行为的实现主要依赖纤维与基体适宜的粘结及界面结构，而适宜的粘结与界面结构又依赖于纤维的表面和微观结构。PVA纤维的亲水性使其表面聚集大量水化产物，实现了纤维与基体的粘结，但是粘结力如果过大，大于纤维本身的抗拉强度时，则纤维不能在裂缝间发挥作用从而为材料的应变做贡献。此时，如果能降低纤维与基体的粘结而提高纤维与基体的摩擦自然是有利的，而粉煤灰的加入恰好为水泥的水化产物提供了沉积区,纤维表面大量附着的就是粉煤灰颗粒；另一方面，粉煤灰的球状颗粒恰好减小了与纤维的粘结增大了摩擦。故粉煤灰的掺量越多，替代纤维为水泥水化产物提供沉积区的就越多，减小与纤维的摩擦就越多，纤维与基体的粘结就越有利于实现应变-硬化。

图6　试件断裂截面(a)E80-24；(b)E70-24；(c)E60-24Fig.6　Fracture section of specimen(a)E80-24,(b)E70-24,(c)E60-24

如图5a所示，试件E80-24应力-应变曲线以水平发展段的形式发展到3%左右时，应变硬化段不再是水平增长，而是以类似爬坡的形式继续增长，由于没有新裂缝的出现，所以这部分爬坡段非常平滑，偶尔有波动也是新裂缝的出现所致。这部分应力强化段是在裂缝发展完全后，纤维在拔出过程中克服与基体的摩擦应力，这个应力大于开裂应力。如图6a所示，观察试件的断裂截面发现，断裂面沿厚度方向起伏。表现为纤维的拔出或拔削，纤维以拔出的形态出现在断裂面，具有较长的伸出长度。图5a曲线E70-24应变硬化段虽然达到了3%以上，但是应变硬化段是在有限的裂缝条数下依靠裂缝宽度的增大来实现的，这样的裂缝宽度必将导致材料耐久性的降低；曲线E70-24较曲线E80-24相比，在曲线应变硬化段没有由于纤维的拔出而产生的爬坡段，如图6b所示，通过观察试件的断裂截面处纤维的断裂形态发现，纤维有拔出的迹象，但是在拔出的过程中拔断，这表明纤维在基体中轻微拔削后被拔断。由于试件E60-24仅有很少的几条裂缝，试件断裂截面处的纤维几乎与试件断裂面相齐，纤维直接拉断，宏观上未有纤维的拔出与滑移出现，如图6c所示。断裂面沿厚度方向水平。

3.4.2粉煤灰掺量对PVA-ECC裂缝模式的影响

图7　不同粉煤灰掺量对PVA-ECC裂缝模式Fig.7　PVA-ECC cracking model of different dosage of fly ash

如图7所示，给出了直版型试件不同粉煤灰掺量的PVA-ECC裂缝模式。随着粉煤灰掺量的增加，裂缝条数增加，间距减小，很多细密的裂缝用肉眼几乎分辨不清。如上所述，随着粉煤灰掺量的增加，基体开裂强度减小，当基体开裂强度小于裂缝间纤维的桥连应力时，第二条裂缝出现之前，第一条裂缝的纤维不会被拉断，随着拉伸应力的增加，裂缝间的纤维消耗与基体的摩擦滑移和自身的弹性变形来为应力的重分布提供时间，同时使裂缝间的能量释放。此时，粉煤灰的球状颗粒发挥传递和分散纤维应力的作用。在下一次达到基体开裂强度之前就会将第一条裂缝的能量传递分散出去，在某一个截面出现第二条裂缝。如果粉煤灰的掺量不够多，在下一次达到基体开裂强度之前就不能很好的将第一条裂缝间的能量传递出去，导致裂缝间纤维拉断，裂缝宽度增加，裂缝条数减少，间距增大。

3.5水胶比对PVA-ECC直接拉伸性能的影响

3.5.1水胶比对PVA-ECC拉伸应变-应变曲线的影响

图8比较了粉煤灰掺量相同的情况下不同水胶比对PVA-ECC应力-应变曲线的影响。由图8a可知，水胶比从0.22增大到0.24，基体的开裂强度从3.1MPa降低到2.4MPa，同时极限强度也相应的降低。试件E80-22Y较E80-24Y相比具有较长的的应变硬化段，表现出更好的应变硬化性能。综合分析有四个原因。第一，水胶比越大，基体强度较低，很容易由于局部缺陷或者加载偏心导致较早局部主裂缝破坏；水胶比越大，基体中有较多的游离水致使基体孔洞增多，封闭孔、连通孔分布在基体内部，基体内部不再均匀密实，拉伸过程中首先会在试件缺陷薄弱截面出现裂缝。继续加载，在变形监测区裂缝还没有扩展开裂完全，缺陷薄弱截面裂缝处纤维就会过早拔出，使试件提前进入应力强化的爬坡段。第二，水胶比增大，降低了纤维与基体截面的黏结力，随着拉伸荷载的增加，裂缝间纤维的滑移使裂缝宽度增大，这样就会使刚要达到开裂的应力降低，而加载速率不变，这就需要一定的时间才能使力再次达到开裂荷载。可以理解为裂缝宽度的增大代替了新裂缝的出现。当纤维滑移到与基体产生摩擦力的时候，就会进入应力强化的爬坡段。第三，上述对比试件粉煤灰掺量为80%，粉煤灰具有减水的作用，已经使有效水胶比增大，如果水胶比再大的话，多余的水使试件不密实，不利于试件开裂强度的提高，更不利于应变硬化的形成。第四，低水胶比有利于PVA纤维的均匀分散，裂缝间均匀分散的纤维能及时桥接荷载，实现裂缝的稳态开裂。

图8　不同水胶比PVA-ECC拉伸应力-应变曲线(a)哑铃型试件;(b)直板型试件Fig.8　PVA-ECC tensile stress-strain curve of different W/CM

3.5.2水胶比对PVA-ECC裂缝模式的影响

图9比较了水胶比对裂缝模式的影响。对比图9a与图9b的裂缝模式看出，图9a和图9b相同的是：裂缝在整个标距范围内裂缝宽度几乎一致，并且均匀分布在标距范围内。不同的是：每条裂缝沿试件宽度方向的宽度不一致。图9a的每一条裂缝宽度从左到右基本相同，而在图9b中裂缝在边缘处较宽，试件轴线处较为细密，表现为中间细密，边缘较宽的裂缝形态。综合分析，水胶比为0.24 的试件在浇筑振动的过程中，在试模内壁边缘处有析水现象，试件成型后，水胶比为0.24的试件较水胶比为0.22的试件相比在试件边缘处水化产物少，导致纤维与水泥基体件化学黏结力降低，故在试件加载过程中，边缘处纤维很容易被拔出，表现较轴线处裂缝宽的裂缝模式。

图9　不同水胶比裂缝形态(a)0.22;(b)0.24Fig.9　Fracture morphology of different W/CM ratio

在一定的水胶比范围内，较低水胶比使得PVA-ECC材料更加均匀，可以避免由于内部材料的不均匀导致局部缺陷的扩大及集中开裂的产生，从而保证了PVA-ECC材料较大的应变硬化，饱和开裂更易发生。因此，较低水胶比有利于ECC材料延性和韧性的提高。所以在粉煤灰掺量为80%的情况下，水胶比在一定范围内，水胶比越小，其开裂强度越高，极限拉伸应变也越大。

3.6试件形式对PVA-ECC直接拉伸性能的影响

图10a和图10b分别在水胶比为0.24和0.22时哑铃型试件和直板型试件对拉伸性能的影响，其中哑铃型与直板型试件的截面尺寸为30×15和50×15，二者的初裂强度相差不大，但是极限抗拉强度有很大的区别，哑铃型试件的抗拉强度较直板型试件大，换言之，哑铃型试件在曲线水平段的颠簸后有较长的爬坡段，应变硬化段较直板型试件更长。

图10　哑铃型(Y)与直板型(Z)试件拉伸应力-应变曲线(a)水胶比为0.24;(b)水胶比为0.22Fig.10　Tensile stress-strain curve between dog-bone shaped and straight plate-shaped specimen

图11　变截面处裂缝形态Fig.11　Fracture morphology of variable cross-section

哑铃型试件截面是从拉伸标距段到非标距段以弧形过渡的变截面设计，在保证拉伸轴线对中情况下，试件在荷载作用下横截面应力在标距段是以最大等应力形式存在的，在截面变化段，截面应力从最大等应力逐渐连续变小，在整个试件变形区试件截面几乎不存在应力集中，所以试件开裂首先发生在应力较大的标距段，仅仅在裂缝扩展段纤维开始克服摩擦力拔出时标距段应力增大到超过开裂应力，而非标距段会达到开裂应力而出现几条与截面垂直的裂缝，裂缝呈圆弧形，但试件的破环很少发生在变截面段，如图11所示。

直板型试件截面应力在任何一个截面都是等应力最大，所以试件的开裂和最终破坏可以发生在任何一个位置。所以直板型试件在直接拉伸作用下，只有标距段的应变被采集到，但这不是整个试件的应变，所以其拉伸应变较哑铃型试件低。不过有很多试验者将非标距段进行加固也可以避免试件的破坏。

4　结　论

(1)低钙粉煤灰较低的活性对改善纤维与水泥基体间的界面关系有较大的贡献，进而对PVA-ECC实现应变硬化性能提供保证。高钙粉煤灰具有较高的活性，较低的粉煤灰掺量不利于应变硬化性能的实现，但提高粉煤灰掺量，基体断裂韧度降低，纤维与基体的界面关系得到改善，PVA-ECC的单轴拉伸性能提高；

(2)随着粉煤灰掺量的增加，使有效水胶比增大，拌合物流动性增加，减水剂的用量减少。粉煤灰掺量的增加，水泥含量相对减少，不能生成或很少生成具有强度的水化产物，使龄期很短的PVA-ECC立方体的抗压强度较低，但随着龄期的增长，后期的PVA-ECC立方体的抗压强度较高；

(3)粉煤灰掺量增加，在单轴拉伸荷载作用下，开裂强度、极限拉伸强度降低，但是拉伸应变增大。粉煤灰的球状颗粒可以为水泥的水化产物提供沉积区，减小水化产物与纤维的化学黏结而增大摩擦，这样有利于实现纤维的拔出破坏，更容易实现应变硬化；

(4)粉煤灰掺量越高，裂缝越多，越细密，间距越小。同时粉煤灰掺量多的试件破坏截面沿厚度方向起伏，同时破坏截面纤维具有较长的伸出长度；

(5)水胶比越大，开裂强度越低，极限强度也降低。同时裂缝的开裂模式为沿试件宽度方向，轴线处细密边缘较宽；

(6)哑铃型试件由于标距段是最大等应力截面，裂缝的发生和扩展都会先于其他截面发生，从而能很好的反应试件的拉伸应力-应变行为。

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ExperimentalStudyontheTensilePropertiesofPVA-ECCwithHigh-calciumFlyAsh

LIU Shu-guang1,2,ZHANG Dong-xiang2,YAN Chang-wang1,2,DENG Yi-han2

(1.SchoolofMiningandTechnology,InnerMongoliaUniversityofTechnology,Hohhot010051,China;2.SchoolofCivilEngineering,InnerMongoliaUniversityofTechnology,Hohhot010051,China)

CurrentlypreparedPVA-ECC(PolyvinylAlcohol-EngineeredCementitiouscomposite)usedprimarilylowcalciumflyash,inordertofurtherimprovetheefficiencyofhigh-calciumflyash,usinglocalclassⅠhigh-calciumflyashcreatedasteady3%tensilestrainofPVA-ECC,providingmorematerialoptionsforpracticalapplication.Startingfromthedesignofmixproportion,researchingontheflyash,watertocementitiousmaterial(W/CM)ratioandspecimenformstotheinfluenceofthedirecttensilepropertiesandcrackpattern.TheresultsshowedthatwiththeflyashcontentofPVA-ECCincreased.TheflowbilityoffreshPVA-ECCincreased,thecompressivestrengthoftestcubesdecreased,tensilecrackingstrengthandultimatetensilestrengthdecreased,tensilestrainincreased.Thefracturesurfaceofspecimenisuneven,longerfibersarepulled.Asthewatertocementitiousmaterial(W/CM)ratioofPVA-ECCincreased,tensilecrackingstrengthandultimatetensilestrengthdecreased.Thesamecrackwidthofcrackpatternbecamewideintheedgeandfineintheaxis.Themaximumequivalentstressareaintherangeofthegagelengthofdog-boneshapedspecimenismoreconducivetotherealizationofstrainhardening.

PVA-ECC;directtensile;highcalciumflyash;crackpattern;strainhardening

国家自然科学基金(51168033，51368041)；内蒙古自然科学基金(2012MS0706，2013MS0709)；内蒙古自治区高等学校科学研究项目(NJZY13104)

刘曙光(1960-)，男，硕士，教授.主要从事纤维混凝土基本理论与研究.

闫长旺,教授.

TD98

A

1001-1625(2016)01-0052-09