国产PVA纤维增强水泥基复合材料抗弯性能研究

韦立 周旭 王敬慈 庄大伟

摘 要：采用抗弯试验研究不同配合比对国产PVA-ECC试件的影响规律。研究结果表明：试件的抗弯强度随水胶比的增大而减小；当砂胶比为0.36时，试件的弯曲性能要优于砂胶比为0以及0.66的材料；粉煤灰虽在一定范围内可以替换部分水泥，但是当粉煤灰用量达到一定量，材料的抗弯强度会随着粉煤灰的增加而减小。

关键词：PVA-ECC；抗弯强度；配合比

ECC是指基于断裂力学、微观物理力学和统计学优化设计，使用短纤维增强且掺量不超过2%，极限拉应变可稳定地达到3%以上的新型水泥基复合材料[1]。

目前，绝大部分水泥基材料中PVA纤维使用的是日本可乐丽纤维。由于日本纤维价格昂贵，导致其在工程中应用成本较高。国产PVA纤维价格大概只有日本的三分之一。由于生产技术的限制，国产PVA纤维与日本PVA纤维还是存在一定的差距，故国产PVA纤维还不能直接替代日本PVA纤维制备ECC。如何利用国产PVA纤维及水泥、硅灰、粉煤灰等优势资源，设计得到国产PVA-ECC材料的配合比，从而使得国产PVA-ECC发挥出与经典PVA-ECC同等优良的力学性能，这将成为目前重要的研究课题之一[2]。

1 试验概况

1.1 试验材料设计

原材料有水泥、粉煤灰、石英砂、硅灰、减水剂和PVA纤维等，水泥为P.O42.5普通硅酸盐水泥，粉煤灰为I级灰。石英砂粒径分布于100～200目。PVA纤维是我国福建生产的。

1.2 配合比设计

本文设计了22组国产PVA-ECC配合比，配合比各参数及制作工艺参照《ECC-混凝土控裂功能材料力学性能的试验研究》[3]。

2 抗弯性能

采用四点弯曲试验研究其抗弯性能，试件尺寸为400mm×100mm×100mm。试验加载机器为长春科新WDW-100试验机。试验采取位移加载方式，加载速率为0.2mm/min。

3 试验结果

3.1 水胶比对国产PVA-ECC抗弯性能的影响

从图1可以看出；当水胶比从0.30上升到0.35时，各组的抗弯强度基本呈下降趋势，下降幅度为-4.17%～43.77%，平均下降了19.44%；当水胶比从0.35上升到0.4时，各组试件的抗弯强度呈下降趋势，下降幅度为-48.05%～48.62%，平均下降了-8.66%，但是试件N4、N25抗压强度略有上升，上升幅度分别为8.23%、17.55%，N16有较大上升，上升幅度为48.05%。

3.2 砂胶比对国产PVA-ECC抗弯性能的影响

从图2可以得到：当试件的砂胶比由0上升到0.36时，试件的抗弯强度上升趋势明显，其上升幅度为13.71%～160.13%，平均上升80.70%；当砂胶比由0.36上升到0.66时，其中N9、N14、N23的强度略有上升，上升幅度为3.92%、27.33%和36.69%，其余試件的强度有较明显的下降，其下降幅度为13.53%～58.54%，平均下降了28.14%。

3.3 粉煤灰掺量对国产PVA-ECC抗弯强度的影响

从图3可以得到：当粉煤灰掺量从20%上升到40%时，试件的抗弯强度变化趋势不明显；当掺量从40%上升到60%时，各组试件的抗弯强度基本均呈下降趋势，下降幅度为6.81%～51.87%，平均下降20.99%，其中试件N2、N9呈上升趋势，上升幅度为39.56%和6.34%。

4 结论

1）水胶比对水泥基材料的抗弯强度存在较大的影响。随着水胶比的增大，试件的抗弯性能随之降低。

2）砂胶比对于PVA-ECC材料的抗弯性能也存在显著的影响。当砂胶比为0.36时，试件的弯曲性能要优于砂胶比为0以及0.66的材料，这说明砂胶比过大或过小对材料的弯曲性能都有不利的影响。

3）粉煤灰虽在一定范围内可以替换部分水泥，但是当粉煤灰用量达到一定量，材料的抗弯强度会随着粉煤灰的增加而减小。

参考文献

[1]商兴艳，陆洲导.ECC与混凝土界面黏结性能的研究进展[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学性能的试验研究[D].扬州：扬州大学.