纤维增强水泥基复合材料性能研究综述

王菲

摘要：水泥混凝土在工程建设中应用广泛；纤维材料的掺入提高了水泥基材料的抗拉、抗裂、韧性和变形性能。本文主要介绍了纤维增强水泥基复合材料；尤其是PVA纤维、混杂纤维物理力学性能研究。

关键字：纤维增强水泥基；PVA纤维；混杂纤维

引言

水泥是当代建设中应用较为广泛、用量较多的建筑材料。但在实际的工程应用中，传统的水泥基材料表现出来的抗拉强度低、脆性大、易开裂、变形能力差等特点，限制水泥应用与发展。

伴随着新材料技术发展，纤维增强水泥基复合材料的概念被提出，在近50年来得到较快的发展。通过加入纤维材料提高水泥的抗拉、抗裂、韧性以及变形性能。目前，较为常用的纤维材料是：碳纤维、玻璃纤维、PVA纤维等。

1 纤维增强水泥基复合材料性能研究

水泥为脆性材料，将纤维材料加入水泥中，不仅改善了水泥的抗拉等力学性能，并且改变其发生的破坏形态，提高延性，纤维的不同特性使纤维增强水泥基复合材料的性能表现出差异。

董岩[2]对于碳纤维增强水泥基材料的研究中，在水灰比一定的条件下，纤维掺量为0.6%时，水泥抗压强度提高了27%，在劈拉试验中，纤维掺量为0.8%时，抗拉强度增强30%，碳纤维的较强的韧性一方面抑制了水泥基裂缝的发展。

在王炜文[3]对于不用纤维增强水泥基复合材料力学性能的试验研究中，对于PVA纤维、碳纤维、玄武岩纤维、PP纤维增强水泥基复合材料进行四点弯曲试验，得到的各项力学指标中，掺入碳纤维、玄武岩纤维的水泥材料极限荷载为PVA纤维材料的1.5倍，但其挠度、裂缝特点等延性特点较差，PVA、PP纤维增强水泥基复合材料的极限荷载较低，但在破坏中呈现出了多点开裂的现象，裂缝数量较少，其中，PVA纤维的最大裂缝宽度相对较小。

高延性纤维增强水泥基复合材料（Engineered Cementitious Composite，ECC）最早是在20世纪90年代，由密歇根大学的Li[4]教授提出的。在中国也称这种材料为PVA纤维增强水泥基复合材料，PVA纤维材料具有较高的弹性模量和抗拉强度，经济又环保，被广泛用于纤维增强水泥基复合材料的制备中。

郭向阳[5]等人对于PVA纤维增强水泥基复合材料纤维--基体界面的性能研究试验中，通过单纤维拔出试验，在试验得到了界面的性能参数，并进行了PVA纤维表面油剂处理的试验，得出使用油剂处理的PVA纤维强度降低，纤维的破坏由断裂转为滑动拔出，增强了材料延性。

Wang S.和Li V.C.[6]对于PVA纤维增强水泥基复合材料进行了基本性能的试验研究，对于粉煤灰取代量为50%的一组试件进行了基本的力学性能的研究，结果表明，PVA纤维增强水泥基材料的最大拉应变超过了3%，抗拉强度大于5MPa。

在对于PVA纤维增强水泥基材料的抗震性能的研究中，许薇[7]等人指出该材料与普通混凝土相比较，其拉伸变形为普通混凝土的230-450倍，压缩变形为2.5倍，弯曲变形约为200倍，剪切变形是普通混凝土的20倍，在抗震试验中的的变形性能明显优于普通混凝土。

目前，对于一种纤维材料增强的水泥基材料研究颇多，而对于混杂纤维增强水泥基复合材料（HyFRCC）的研究[8]较少，在水泥基中掺入不同的纤维材料，由于各种纤维材料物理特性的差别，使其在不同的层次结构与受力阶段将各自的特性发挥出来。

在孙巍巍[9]对于混杂纤维增强水泥基复合材料的力学性能研究中，纤维总体积率在0-2.5%，进行了SE-PVA和SE-PP两种HyFRCC的抗折、抗压对比试验，试验结果表明，HyFRCC的抗压、抗折强度对于普通水泥基砂浆有了较显著提升，其中其主要作用的纤维是SE纤维。

赵焕起[10]对于混杂纤维增强水泥基复合材料的力学性能的试验研究中，试验采用化学改性的PP纤维掺入PP纤维以及芳纶纤维，研究纤维的掺入比例以及混合效应的影响，试验结果表明，混合聚丙烯纤维和芳纶纤维对水泥砂浆具有明显的增强作用，尤其是采用改性聚丙烯纤维进行混合增强的效果更为突出。

2 结论和展望

水泥是脆性材料，只有提高水泥材料的延性，才能改善其基本的性能，使之得到广泛运用。在大量的试验研究中，掺入纤维的水泥基材料的性能得到了明显的提高，各种纤维材料因其物理特性的差異而在掺入水泥基体中，对水泥性能的改善各不相同。试验结果显示，纤维的掺入对于水泥基抗压强度提高的效果甚微，而对于水泥基的抗拉、抗裂强度有较高程度的提高，变形性能得到较大改善。

参考文献

[1]王冰.浅谈纤维增强水泥基复合材料[J]北方交通.2011

[2]董岩.碳纤维增强水泥基材料的性能实验分析[J]城市建设理论研究.2014

[3]王文炜，况宇亮等.不同纤维增强水泥基复合材料的基本力学性能研究[J]应用基础与工程科学学报，2016，2

[4] KANDAT ，Li.V.C.Inter face proper and apparent strength of high -strength hydrophilic fiber in cement[J].of Materials in civil Engineering，ASCE，1998（1）： 5-13

[5]郭向阳，米力等.PVA纤维增强水泥基材料中纤维--基体界面性能研究述评[J]原材料及辅助材料，2015

[6]WANG. S ，Li .V. C .PolDinyla lcobol fiber reinforced engineered cementitious composites ：mate rial design and perform ancese Proceedings of In work shop on HPRCC in structural ，Honolulu，tawai，USA ，200 5 ：23-26

[7]许薇，徐贵娥.高延性纤维增强水泥基复合材料抗震性能分析[J]安徽建筑.2012

[8]韦金峰，黄真.混合纤维混凝土力学性能试验研究[J].混凝土，2010（3）：67-70

[9]孙巍巍，董浩林等.混合纤维增强水泥基复合材料性能研究[J]混凝土与水泥制品.2015

[10]赵焕起，李国忠.混合纤维增强水泥基复合材料力学性能[J]复合材料学报.2014