PVA纤维的研究现状与应用

孙志永

（安徽省交通控股集团有限公司 安徽合肥 230000）

引言

随十三五规划以来，我国交通运输行业的迅速发展，我国的公路建设朝着更高的标准发展，其中应用最为广泛的当属半刚性基层材料。因为水泥稳定碎石存在抗裂性能差等缺点，所以研究者们尝试在其中加入纤维，形成了纤维水泥稳定碎石基层材料。这种方法对水泥稳定碎石基层材料的路用性能有显著地提高作用。目前国内学者对PVA纤维在水泥稳定碎石中的应用的研究还比较少。从PVA纤维的生产工艺，到PVA纤维增强水泥基的研究，再到研究超纤维、剑麻纤维、聚丙烯纤维、玄武岩纤维等纤维对水泥稳定碎石的改善作用，这些研究工作都为PVA纤维增强水泥稳定碎石材料的研究打下了强有力的基础，为后续的研究工作提供了支撑和借鉴意义。

1 PVA纤维在水泥稳定碎石中的发展阶段

1.1 PVA纤维在国外的相关研究与应用

关于国外众多国家对PVA-ECC的研究，其中以日本学者的研究最为丰富。日本可乐丽公司的试验结果表明：PVA具有比钢筋更好地与水泥的粘结性，而且PVA纤维还具有分散性好、耐碱性好等特性。

小泉澈对PVA纤维如何增强水泥混凝土和水泥砂浆的各类性能进行了深入地研究，他认为：掺入PVA纤维可以增大水泥混凝土和水泥砂浆的强度，抗冻性和溶解性以及耐硫酸盐腐蚀的性能、抵抗冲击的性能均可以得到提高。另外，他在对PVA纤维增强水泥混凝土制品进行了载荷试验后，发现在其他条件相同的情况下，掺入PVA纤维构件的只是普通构件的一半。

目前，国外学者对PVA纤维掺入水泥稳定碎石以改善路面的各项性能指标的研究还相对较少，但是对于PVA纤维改善水泥基复合材料的研究已经十分深入，这些都将为PVA纤维应用于水泥稳定碎石中的研究提供很多的启发和借鉴意义。

1.2 PVA纤维在国内的发展与应用

1.2.1 关于纤维水泥稳定碎石的研究

2005年，长安大学的孙薇有效地利用了当地可以提供的原材料，先是利用粉煤灰来改善水泥稳定碎石的路用效能，随后又提出了调整颗粒级配的方法。实验证明，这两种措施对水泥稳定碎石的改善都起到了一定的作用。为重载交通条件下，水泥稳定碎石的开裂提供了理论和实验基础。

2006年5月，长安大学的杨红辉、郝培文为了提高水泥稳定碎石的抗裂能力，提出加入一定数量的聚丙烯纤维，然后与不掺聚丙烯纤维的普通材料作对比。将不同龄期的材料进行分组后，作者分别测量了材料的疲劳值、劈裂强度、抗裂系数等路用性能评价指标。实验结果显示：普通水泥稳定碎石的收缩变形量明显较大。

2008年郑州大学的张鹏、李清富团队对聚丙乙烯纤维对水泥稳定碎石抗拉、抗压强度的影响规律做了大量实验，该团队研究发现在一定的纤维掺量范围内，水泥稳定碎石的抗拉、抗压能力随着纤维掺量的增加，抗拉、抗压强度也不断增加。

2009年12月，重庆交通大学的徐秀霞进行了进一步的研究，研究对象还是柔性纤维水泥稳定碎石半刚性基层。徐秀霞采用了修筑柔性纤维水泥稳定碎石沥青路面试验路的方法，通过对半刚性基层路面进行大量的测试和分析工作。观测路面反射裂缝数量，并且与不掺柔性材料的路段裂缝作分析比较，发现掺入柔性纤维的路面抗裂性能明显更优。

2011年4月，东北林业大学的杨明为了增强基层的抗裂能力。在水泥稳定碎石中掺入了玄武岩纤维。实验结果是掺入玄武岩纤维后，基层的抗裂能力确实得到了显著地提高，抑制干燥和温度收缩变形的能力也得到了提高。但是前提是纤维的体积掺量必须达到一定标准值。2011年，韦理军经大量实验后进行分析，得出了剑麻纤维确实可以提高路面的力学性能，对劈裂强度、抗弯拉强度和抗冲击性能的改善效果更佳。

2012年，付春梅，尝试将聚酯纤维加入水泥稳定碎石中聚得出酯纤维可以提高路面的抗裂性能。

2014年10月，河北工业大学的李广信经过大量实验研究结果显示，加入超纤维后的水泥稳定碎石基层的抗裂性能和各项路用性能指标均有提高。

1.2.2 PVA纤维增强水泥基复合材料的研究

2006年11月，田砾研究了PVA纤维对硬化水泥基材料韧性的增强作用。作者采用了四点弯曲试验的方法，绘制不同条件下的力-变形曲线，之后用CONSOFT计算了其断裂能。结果表明，PVA纤维对水泥基复合材料有增强作用。

2007年3月，大连理工大学的高淑玲、徐世烺初步配制了PVA纤维水泥基复合材料，先是对各个配合比材料的坍落扩展度进行了测定，又分析了假硬化的应力-应变全曲线，纤维掺量对水泥基符合材料的各项性能指标的影响。

2008年6月，徐世烺与李贺东为了找到一种可以应用于输水渡槽、碾压混凝土大坝以及其他防渗水工建筑物的复合材料。指出PE-ECC和PVA-ECC是目前研究相对成熟的两种超高韧性材料。在进行大量试验后，发现PVA-ECC相较于其他的水泥基复合材料有更大的变形能力和承载能力。

2009年12月，李艳和梁兴文综述了PVA纤维的基本性能，总结了PVA-ECC具有的各项优点：如强度高、延性大、吸收能力强、耐久性能好等，可很好地应用于工程实际中。指出要想研究PVA-ECC的几何特性、基体自身以及界面的特性，必须借助微观力学模型等观点。

2015年重庆交通大学的贺亚飞等人为了解决水泥稳定碎石基层开裂的问题，对水泥剂量分别4.0%、3.6%与3.2%，聚乙烯醇纤维掺量分别为 1.2kg/m3、0.9kg/m3与 0.6kg/m3，聚乙烯醇纤维长度分别为 12mm、18mm、24mm、30mm的PVA纤维水泥稳定碎石进行了研究分析。王世鹏等人对掺入聚乙烯醇纤维的水泥稳定碎石进行了路用性能研究，通过实验测量了其回弹模量、抗拉强度等性能指标。结果表明，PVA纤维的加入一定程度上提高了水泥稳定碎石的力学性能和其他各项力学性能指标；作者定量计算了PVA纤维对水泥稳定碎石抗裂性能的提高幅度，具有较大的理论意义及实践指导作用。

2016年重庆交通大学的王凡宇为了解决PVA纤维分散性的问题，通过运用三维软件CATIA获得搅拌轴的模型，并基于流体力学运用Fluent进行仿真模拟，在一定程度上解决了PVA纤维的分散性。同年重庆交通大学的韦建学从搅拌工艺的角度研究了PVA纤维在水泥稳定碎石中的拌合均匀性以及确定了PVA纤维在水稳碎石中的最佳掺量比和理想纤维长度，最后提出了“相对质量分数比例”来对PVA纤维的拌合均匀性进行判定，对PVA纤维的研究起到了重要意义。

2 PVA纤维研究存在的问题

泥混凝土的开裂破坏有很多原因，其中拌合不均匀是引起混凝土破坏的重要因素之一。混凝土拌合质量的好坏可以用均匀性指标来表示。在没有拌合均匀的情况下，路面的使用寿命和各种路用性能都会受到很大程度的影响。目前，国内对于PVA纤维的均匀性评价的研究还不够深入，没有形成严谨的、权威的评价方法。通过研究国内的关于PVA纤维水泥稳定碎石的均匀性的资料，很大一部分研究人员采用坍落度波动值作为评价指标，还有一部分采用抗压强度来测定均匀性，但认为这些评价方法都不够严格，可以在一定程度上反应PVA纤维的拌合均匀性，但是都不足以作为较为严格的评价指标。

3 总结

综上诉所述，国内学者关于其他纤维（如玄武岩纤维、剑麻纤维、聚丙烯纤维、聚酯纤维等）掺入水泥稳定碎石的研究已经相当深入，事实也证明了通过在水泥稳定碎石中加入这些纤维，可以有效地改善路面的各项性能。PVA纤维相比于以上几种纤维，目前性能更优，国内学者对PVA增强水泥基复合材料的研究也有相当多的成果，但是将PVA纤维掺入水泥稳定碎石中还有待进一步的研究，而对于目前研究成果的综述将为我们后续的研究工作提供大量的理论支撑和技术借鉴。