聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料在长期浸泡作用下抗硫酸盐侵蚀性能_刘曙光

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聚乙烯醇纤维增强水泥基套筒灌浆料的性能研究

摘要：普通水泥基套筒灌浆材料虽强度较高，但脆性大，在拉伸过程中易产生爆裂。为提高钢筋灌浆料的韧性．制备了新型聚乙
烯醇纤维增强水泥基套筒灌浆料。试验研究了聚乙烯醇纤维掺量对灌浆料流动度、抗压强度、抗折强度以及压折比的影响，并配套不
锈钢钢筋灌浆连接短套筒进行拉伸试验。结果表明：随着聚乙烯醇纤维掺量的增加，灌浆料的流动度下降，抗压强度变化不明显，抗
收稿日期：２０１８—０１—２６：修订日期：２０１８￣３—２３作者简介：朱清华，男，１９８５年生，河南商丘人，硕士，工程师。地址：北京市海淀区西土城路３３号，Ｅ—ｍａｉｌ：４５５９３９８６４＠ｑｑ．ｃｏｍ。
１试验
１．１材料
·２６· 新型建筑材料２０１８．１０
朱清华，等：聚乙烯醇纤维增强水泥基套筒灌浆料的性能研究
高强为特点，２８ｄ抗压强度高达８５ＭＰａ以上，甚至有些会达
本文针对不同聚乙烯醇纤维掺量下灌浆料的流动度、抗
压强度、抗折强度、压折比以及锚固不锈钢钢筋等性能进行研
基金项目：国家高技术研究发展计划（８６３计划）项目（２０１５ＡＡ０３ＡＳ０２）究，所得结果可为不锈钢钢筋灌浆短套筒的应用提供参考。
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聚乙烯醇纤维增强水泥基套筒灌浆料酌牲能研究
朱清华ｌ－，郝敏－一，郝志强．一，王爱军 ·－一，谢松１，２
（１．中冶建筑研究总院有限公司，北京１０００￣；２．北京思达建茂科技发展有限公司，北京１ｏ２２０６）

聚乙烯醇对水泥基复合材料的性能研究

聚乙烯醇对水泥基复合材料的性能研究刘俊茹【摘要】本文主要研究了加入不同份数的聚乙烯醇对水泥基复合材料体积电阻率、力学性能和耐久性能的影响.【期刊名称】《四川水泥》【年(卷),期】2016(000)007【总页数】1页(P5)【关键词】聚乙烯醇;水泥基复合材料;电阻率;力学性能;耐久性【作者】刘俊茹【作者单位】西安思源学院城市建设学院陕西西安 710038【正文语种】中文【中图分类】TQ172以水溶性聚合物作为水泥的改性剂，可以改善水泥的结构，实现减水、调凝、增强及增韧水泥的目的。

聚乙烯醇(PVA)能溶于含羟基的极性溶液中，易转变成凝胶，不溶于几乎所有的非极性溶剂，水是其最好的溶剂，且它的水溶液含水量高、强度高、毒性小、生物相容性好。

PVA 的性质主要由它的分子量和醇解度来决定，分子量越大，水溶性越差，水溶液粘度大，成膜性能好。

PVA 具有较佳的强力粘接性、皮膜柔韧性、平滑性、耐油性、耐溶剂性、胶体保护性、气体阻绝性、耐磨性。

在水泥中加入不同质量分数的PVA，并按照加水量36.4%加水，分别测试其性能。

PVA 掺量对水泥基复合材料体积电阻率的影响分别按质量分数1%、2%、4%、8%加入PVA，测量其 7 天、28 天体积电阻率结果见图1所示。

由图1可知：随着PVA 掺量的增加，PVA水泥复合材料的7 天、28 天体积电阻率逐渐上升。

其中，7 天体积电阻率从未加 PVA 时的3.95×108Ω·cm 提高到 8%PVA 掺量时的14.42×108Ω·cm； 28 天体积电阻率从未加 PVA 时的4.13×108Ω·cm 提高到8%PVA 掺量时的66.54×108Ω·cm，电阻率提高了 15 倍以上。

该结果的原因在于 PVA 分子链能和水泥水化产物(如铝酸钙)结合形成界面层，最终形成聚合物和水泥水化物相互交织、相互贯穿的复合体结构，从而细化孔结构减弱孔液互相连通，使材料微结构更趋致密，电阻率提高。

ECC-混凝土控裂功能材料力学性能的试验研究

ECC-混凝土控裂功能材料力学性能的试验研究聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(PVA-ECC)是在水泥砂浆中掺入一定量的聚乙烯醇纤维而制成的一种复合材料,它具有比较高的抗弯和抗拉强度、极限延伸率,较大的抗裂性能、抗变形性能、抗冲击性、耐磨性、抗渗性和较高的疲劳强度等优点。

在工程中应用PVA-ECC这种材料可以有效地提高工程的耐久性。

借鉴已有的ECC研究成果以及课题组相关的研究成果,本论文进一步探索采用国产PVA纤维制备PVA-ECC的最优配合比,并在普通混凝土材料的基础上,引入功能梯度材料的设计原理,将ECC布置在混凝土构件的受拉区以替代该区域的部分混凝土,形成一种由普通混凝土和ECC结合而成的复合材料。

在ECC和混凝土材料的界面结合区,两种材料相互渗透,在一定厚度范围内形成了 ECC-混凝土控裂功能梯度材料。

为了更好地分析采用这种由ECC-混凝土复合材料制成的构件(或结构)的受力性能,有必要研究ECC和混凝土界面结合区域的ECC-混凝土控裂功能材料的力学性能。

本文通过试验研究确定了国产PVA-ECC材料的最佳配合比,并针对ECC-混凝土控裂功能材料的力学性能开展了试验和理论研究。

本文所做研究工作如下:(1)通过立方体抗压和四点弯曲试验研究PVA-ECC 的力学性能,两种试验各制备了27组试件。

分析试验结果,确定国产PVA-ECC材料的最佳配合比。

针对PVA-ECC最佳配合比的材料,由该材料的跨中挠度推导得到它的拉伸应变计算值,采用已有的拉伸应变试验值验证了 PVA-ECC材料的跨中挠度与拉伸应变之间的关系式。

(2)通过立方体抗压试验和劈裂抗拉试验分别研究ECC-混凝土控裂功能材料在受压和受拉时的力学性能。

两种试验各自制备了 36组试件,其中30组试件采用国产PVA纤维,6组试件作为对照组采用日本PVA纤维。

通过试验数据线性拟合,确定了 ECC-混凝土控裂功能材料立方体抗压强度与单轴抗压强度的比值随ECC厚度变化的关系。

聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料力学性能试验研究

中图分类号：ＴＵ５２８．５７２
文献标识码：Ａ
文章编号：１０００ — ４６３７（２０１３）１１ — ４８ — ０４
０
前言
价值。
１试验设计
聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料（ＰＶＡ— ＥＣＣ）是一种新型复合材料，该材料以水泥或水泥加填料，再掺加小粒径细骨料作为基体，用ＰＶＡ纤维作增强材料，具有高韧性、高抗拉强度、高抗断裂能力，不易开裂等特点．且具有应变硬化特性和很大的延展性ｆｌ－２］，将其用于机场道面的修补与补强可以有效弥补普通混凝土的不足，延长机场道面使用寿
水泥基体中起到了很好的增韧效果。
关键词：聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料；抗压强度：抗折强度
Ａｂｓｔｒａｃｔ：ＴｈｅｂｅｎｄｉｎｇｔｅｓｔｓＷｅｒｅｃａｒｒｉｅｄｏｕｔｏｎｔｈｅｐｒｉｓｍｓｐｅｃｉｍｅｎｓｏｆＰＶＡｉｆｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｅｍｅｎｔｂａｓｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｍａｔｅｉａｒｌｓ，ａｎｄｔｈｅｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｔｅｓｔｓｗｅｒｅｃａｒｉｅｄｏｕｔｏｎｔｈｅｈａｌｆｏｆｔｈｅｂｅｎｄｉｎｇｔｅｓｔｓｐｅｃｉｍｅｎｓ．ＴｈｅｔｅｓｔｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｏｆＰＶＡｆｉｂｅｒｃｏｎｔｅｎｔ，ｔｈｅｂｅｎｄｉｎｇｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｓｐｅｃｉｍｅｎｈａｓａｎｏｂｖｉｏｕｓｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ，ｂｕｔｔｈｅｃｏｎ— ｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｎｇｔｈｏｆｔｈｅｓｐｅｃｉｍｅｎｉｎｃｒｅａｓｅｓｌｉｇｈｔｌｙｉｆｒｓｔａｎｄｔｈｅｎｄｅｃｒｅａｓｅ．Ｔｈｅｆｉｂｅｒｓｉｎｔｈｅｃｅｍｅｎｔｍａｔｉｒｘｐｌａｙａｔｏｕｇｈｅｎ —

聚乙烯醇纤维用于增强水泥

第三期信息动态- 43 -日本精线公司独创的不锈钢纤维由于综合使镍和钛合金化的固相扩散法的两个独自开发技术的镍钛合金纤维成功首先制作镍和钛的配合比约的镍钛包覆1:1线的集束单线的集束轴心线或两次集束轴心线的温度热处理然后得到球棒尖状的镍钛合金纤维具有抗拉强度约为对轴方向因此可能作为织80%布的用途和尼龙该公司已经使该镍钛合金纤维作为办公自动化机器等的特殊用途材料样品交货确定样品的展开研究正式生产纤维径从2¿ª·¢Ê¹Æä×÷Îªm50m母材的各种的纤维产品考虑利用形状记忆效果的产品开发是计划和用户共同开发具有和一般纤维的混纺复合的各种复合机能的应用产品陈云生稿公司开发采用聚乙烯醇纤维增强水泥材料使它的强度和耐久性200具有与铝一样的特征就能很简单地对劣化的混凝土进行补强据说耐震材料等已试用纤维施工期待更广泛使用同以前的水泥增PVA强材料在性质上不同而且对混凝土还具有粘结性耐震性及耐冲击性都提高了片状脱落等并且防止了混凝土中性化据介绍的纤维以620mm PVA¾ÍÄÜ·¢»Ó×ã2%3%够的性能还可把原来用于增强的钢筋弄细铝合金与贴合复合材料CFRP东丽公司和东京工业大学精密工学研究所的佐藤千明助教授共同开发在铝合金上将碳纤维增强树脂进行贴合高冲击吸收性的复合材料将板CFRP用环氧树脂进行粘贴的结构通过设计低CFRP速度冲击试验结果确认耐冲击性能提高倍该复合材95J 2.5料在质量上 5%东丽公司今后准备将这类复合材料在汽车零件建筑材料等用途方面展开使用塞拉迷库采用特殊纤维开发出具有减少空气中 CO2ÕâÖÖ¹ýÂËÆ÷½Ð×÷¾-¼ÃÊ¯ÁÏÈ»ºó°ÑËü¼ÓÈëÓÃÊª·¨·ÄË¿ÖÆ。

粉煤灰对PVA-FRCC受硫酸盐侵蚀的强度劣化影响

影响劣化规律，结果表明两种作用下粉煤灰的掺加减缓了ＰＶＡ — ＦＲＣＣ的强度劣化速度，掺量越大改善效果越明显。
关键词：聚乙烯醇纤维；硫酸盐侵蚀；粉煤灰
粉煤灰是具有密实填充和火山灰特性的工业废渣，使之成为水泥基材料性能调节性材料具有显著的经济和环保价值。有研究表明Ｕ－３１粉煤灰在水泥基材料中的密实填充效应和火山灰效可在一定程度上提高材料抗硫酸根离子渗透性能，粉煤灰的火山灰反应生成Ｃ — Ｓ — Ｈ凝胶和钙钒石（ＡＦｔ）等二次水化产物从而填充水泥基材料内部较大的孔隙，降低水泥基材料的孔隙率及孔隙连通性，从而可以减缓硫酸根离子向水泥基材料内部的迁移。本文研究了粉煤灰对硫酸钠溶液侵蚀下聚乙烯醇纤维水泥基复合材料的强度劣化影响规律。
４０
３Байду номын сангаас
２５的抗压强度分别减少了９．５％、９．８％、４．４％和增加了９．０％。通过图还可以看出，随着粉煤灰掺量的增大，ＰＶＡ纤维水泥基复合材料的抗２Ｏ０５１Ｏ１５２Ｏ２５３０压强度反而降低，这是由于粉煤灰代替水泥后，使水泥中的胶凝材侵蚀循环（次）料减少，进而使材料的抗压强度降低。（ｂ）干湿循环从图１－（ｂ）可以看出，在硫酸钠溶液干湿循环下，Ｆ１．５和ＦＡ１试件的抗压强度的变化规律是先增大后减小。Ｆ１．５试件在第四循环图１各组试件抗压强度变化对比图抗压强度就开始减小，比长期浸泡的试件提前，这表明干湿循环对如图２所示为长期浸泡下纤维掺量对抗压强度影响对比图。从ＰＶＡ纤维水泥基复合材料的侵蚀作用更大。ＦＡ１试件在第１１循环抗压强度开始减小，这与长期浸泡的试件相同，说明粉煤灰掺量为图（ａ）中可以看出，在２８天标准养护后，掺加粉煤灰的ＰＶＡ纤维水１０％时，不同循环机制对ＰＶＡ纤维水泥基复合材料的抗硫酸钠侵蚀泥基复合材料，立方体抗压强度是随着粉煤灰掺量的增大而减小。性能影响不大。ＦＡ３试件在第十一循环时抗压强度开始降低，表明在第１１次循环结束后，各种试件的抗压强度与２８天标准养护相比粉煤灰掺量为３０％时于湿循环比长期浸泡的硫酸钠侵蚀严重。但均增大，这说明硫酸钠对试件的侵蚀作用还没有明显的表现出来。ＦＡ３试件抗压强度降低的幅度比Ｆ１．５和ＦＡ１试件均小，说明掺加在第２５次循环结束后，粉煤灰掺量为Ｏ％、１０％和３０％试件的抗压

氯盐环境对PVA纤维增强水泥基复合材料抗冻性的影响

硅酸盐学报· 766 ·2013年DOI：10.7521/j.issn.0454–5648.2013.06.08 氯盐环境对PV A纤维增强水泥基复合材料抗冻性的影响张菊1，刘曙光1，闫长旺1，白建文1，闫敏2(1. 内蒙古工业大学矿业学院，呼和浩特 010051；2. 鄂尔多斯市质量监督站，内蒙古鄂尔多斯 017000)摘要：在氯盐环境和淡水环境中进行聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(polyvinyl alcohol fiber reinforced engineered cementitious composite，PV A-ECC)快速冻融试验，研究了氯盐环境对试件外观形貌、质量损失率、相对动弹性模量和耐久性指数的影响。

结果表明：氯盐环境中，PV A-ECC试件质量在冻融循环初期呈增大趋势，在冻融循环后期因表层严重剥落，导致质量下降，质量损失率显著增大，整个冻融循环过程中试件的耐久性指数较小，相对动弹性模量明显下降；淡水环境中PV A-ECC试件经历冻融循环后基本保持原有形状和尺寸，质量损失率变化幅度较小，相对动弹性模量下降趋势平缓，耐久性指数较大。

与淡水环境相比，氯盐环境中PV A-ECC试件的抗冻性显著下降，表明氯盐环境对PV A-ECC抗冻性有重要影响。

关键词：水泥基复合材料；聚乙烯醇纤维；氯盐环境；质量损失率；相对动弹性模量；耐久性指数中图分类号：TU528.581 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2013)06–0766–06网络出版时间：2013–05–21 16:36:22 网络出版地址：/kcms/detail/11.2310.TQ.20130521.1636.008.htmlInfluence of Chloride Environment on Frost Resistance of PV A FiberReinforced Engineered Cementitious CompositeZHANG Ju1，LIU Shuguang1，YAN Changwang1，BAI Jianwen1，YAN Min2(1. School of Mining and Technology, Inner Mongolia University of Technology, Hohhot 010051, China; 2. QualityMonitoring Station of Ordos, Ordos 017000, Inner Mongolia, China)Abstract: The frost resistance of polyvinyl alcohol fiber reinforced engineered cementitious composite (PV A-ECC) in chloride and freshwater environments was investigated via an accelerated freeze-thaw test. Influence of chloride environment on the appearance morphology, mass loss ratio, relative dynamic elastic modulus (E rd) and durability indices was analyzed. The results show that the mass of specimen in chloride environment increases during first freeze-thaw cycles, but the mass and E rd both decrease, the mass loss rate increases during later freeze-thaw cycles because the surface layer of specimen flakes away seriously. The durability indices of specimen in chloride environment are less during whole freeze-thaw cycles. However, the original shape and size unchange, the mass loss rate changes slightly, E rd decreases and the durability indices are more for the specimen in freshwater environment during the freeze-thaw cycles. The frost resistance of specimen can decrease readily in chloride environment rather than in freshwater environ-ment, illustrating that the chloride environment has a significant effect on the frost resistance of PV A-ECC.Key words: engineered cementitious composite; polyvinyl alcohol fiber; chloride environment; mass loss rate; relative dynamic elastic modulus; durability indicesPV A纤维增强水泥基复合材料(polyvinyl alcohol fiber reinforced engineered cementitious composite，PV A-ECC)具有良好的抗拉性能和裂缝控制能力，在荷载作用下具有延性好、韧性高、吸收能量大等优点，能够克服传统混凝土固有的脆性大、延性差等缺点[1]。

聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料轴压徐变性能研究

㊀第３７卷第９期㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｖｏｌ.３７㊀Ｎｏ.９㊀２０１８年９月㊀㊀㊀㊀㊀㊀㊀ＢＵＬＬＥＴＩＮＯＦＴＨＥＣＨＩＮＥＳＥＣＥＲＡＭＩＣＳＯＣＩＥＴＹ㊀㊀㊀㊀㊀㊀Ｓｅｐｔｅｍｂｅｒꎬ２０１８㊀聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料轴压徐变性能研究张为民１ꎬ郑业勇１ꎬ杨才千１ꎬ２ꎬ李科锋１(１.湘潭大学土木工程与力学学院ꎬ湘潭㊀４１１１０５ꎻ２.东南大学土木工程学院ꎬ南京㊀２１００１８)摘要:通过自制加载装置ꎬ研究了聚乙烯醇纤维(ＰＶＡ)增强水泥基复合材料在轴向压应力作用下的徐变性能ꎮ研究参数包括水胶比和纤维掺量ꎮ研究结果表明:纤维掺入会降低水泥基复合材料抵抗徐变的能力ꎬ相对于未掺纤维的水泥基复合材料ꎬ纤维掺量为１％时其１２０ｄ徐变增加了１９.４％ꎻ适当的水胶比有利于胶凝材料充分反应ꎬ增加对ＰＶＡ水泥基复合材料对徐变的抑制作用ꎬ当水胶比超过０.３时ＰＶＡ水泥基复合材料的力学性能会出现一定程度的降低ꎬ且１２０ｄ徐变会呈现快速增加ꎮ基于分数阶导数理论ꎬ采用Ａｂｅｌ粘壶替代标准线性固体模型中的牛顿粘壶ꎬ推导出用于描述水泥基复合材料的徐变模型ꎬ并利用该徐变模型对试验数据进行分析ꎮ结果表明ꎬ含Ａｂｅｌ粘壶的徐变模型与试验数据吻合良好且稳定性较高ꎮ关键词:水泥基复合材料ꎻ徐变ꎻＡｂｅｌ粘壶ꎻ聚乙烯醇纤维ꎻ分数阶导数中图分类号:ＴＵ３９８＋.９㊀㊀文献标识码:Ａ㊀㊀文章编号:１００１￣１６２５(２０１８)０９￣２７４３￣０５ＳｔｕｄｙｏｎｔｈｅＣｒｅｅｐＢｅｈａｖｉｏｒｏｆＰｏｌｙｖｉｎｙｌＡｌｃｏｈｏｌＦｉｂｅｒＲｅｉｎｆｏｒｃｅｄＥｎｇｉｎｅｅｒｅｄＣｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓＣｏｍｐｏｓｉｔｅＺＨＡＮＧＷｅｉ￣ｍｉｎ１ꎬＺＨＥＮＧＹｅ￣ｙｏｎｇ１ꎬＹＡＮＧＣａｉ￣ｑｉａｎ１ꎬ２ꎬＬＩＫｅ￣ｆｅｎｇ１(１.ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇａｎｄＭｅｃｈａｎｉｃｓꎬＸｉａｎｇｔａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＸｉａｎｇｔａｎ４１１１０５ꎬＣｈｉｎａꎻ２.ＣｏｌｌｅｇｅｏｆＣｉｖｉｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇꎬＳｏｕｔｈｅａｓｔＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙꎬＮａｎｊｉｎｇ２１００１８ꎬＣｈｉｎａ)㊀㊀㊀㊀㊀㊀基金项目:国家自然科学基金青年项目(５１７０８４７６)ꎻ湖南省自然科学基金(２０１７ＪＪ３３０２)作者简介:张为民(１９６８￣)ꎬ男ꎬ教授.主要从事粘弹性材料本构理论研究.通讯作者:杨才千ꎬ博士ꎬ教授.Ａｂｓｔｒａｃｔ:Ａｌｏａｄｉｎｇｅｑｕｉｐｍｅｎｔｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄｔｏｓｔｕｄｙｏｎｔｈｅｃｒｅｅｐｂｅｈａｖｉｏｒｏｆｐｏｌｙｖｉｎｙｌａｌｃｏｈｏｌｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓｃｏｍｐｏｓｉｔｅｕｎｄｅｒａｘｉａｌｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｓｓ.Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｖａｒｉａｂｌｅｓｉｎｃｌｕｄｅｗａｔｅｒｔｏｂｉｎｄｅｒｒａｔｉｏａｎｄｆｉｂｅｒｆｒａｃｔｉｏｎ.ＴｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅＰＶＡｆｉｂｅｒａｄｄｅｄｔｏｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓｃｏｍｐｏｓｉｔｅ(ＥＣＣ)ｒｅｄｕｃｅｄｔｈｅｃｒｅｅｐｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓｃｏｍｐｏｓｉｔｅ.Ｗｈｅｎｔｈｅｆｉｂｅｒｆｒａｃｔｉｏｎｗａｓ１％ꎬｔｈｅ１２０ｄｃｒｅｅｐｏｆｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓｃｏｍｐｏｓｉｔｅｉｎｃｒｅａｓｅｄｂｙ１９.４％ｃｏｍｐａｒｅｄｗｉｔｈｔｈｏｓｅｗｉｔｈｏｕｔｆｉｂｅｒａｄｄｉｔｉｏｎ.ＡｐｐｒｏｐｒｉａｔｅｗａｔｅｒｔｏｂｌｉｎｄｅｒｒａｔｉｏｉｓｉｎｆａｖｏｒｏｆｔｈｅｓｕｆｆｉｃｉｅｎｔｒｅａｃｔｉｏｎａｎｄｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｔｈｅｃｒｅｅｐｒｅｓｉｓｔａｎｃｅｏｆＰＶＡ￣ＥＣＣｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ.Ｗｈｅｎｔｈｅｒａｔｉｏｏｆｗａｔｅｒｔｏｂｉｎｄｅｒｉｓｏｖｅｒ０.３ꎬｔｈｅｍｅｃｈａｎｉｃａｌｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓｏｆＰＶＡ￣ＥＣＣｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｉｌｌｄｅｃｒｅａｓｅꎬｍｅａｎｗｈｉｌｅ１２０ｄｃｒｅｅｐｗｉｌｌｉｎｃｒｅａｓｅｒａｐｉｄｌｙ.ＢａｓｅｄｏｎｔｈｅｔｈｅｏｒｙｏｆｆｒａｃｔｉｏｎａｌｏｒｄｅｒｄｅｒｉｖａｔｉｖｅꎬｔｈｅｃｒｅｅｐｍｏｄｅｌｉｓｄｅｄｕｃｅｄｂｙｕｓｉｎｇｔｈｅＡｂｅｌｄａｓｈｐｏｔｉｎｓｔｅａｄｏｆｔｈｅＮｅｗｔｏｎｄａｓｈｐｏｔｉｎａｓｔａｎｄａｒｄｌｉｎｅａｒｍｏｄｅｌꎬａｎｄｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔｅａｒｅａｎａｌｙｚｅｄｂｙｔｈｅｃｒｅｅｐｍｏｄｅｌ.Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｔｈａｔｔｈｅｃｒｅｅｐｍｏｄｅｌｉｓｉｎｇｏｏｄａｇｒｅｅｍｅｎｔｗｉｔｈｔｈｅｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌｄａｔａａｎｄｈｉｇｈｓｔａｂｉｌｉｔｙ.Ｋｅｙｗｏｒｄｓ:ｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓｃｏｍｐｏｓｉｔｅꎻｃｒｅｅｐꎻＡｂｅｌｄａｓｈｐｏｔꎻｐｏｌｙｖｉｎｙｌａｌｃｏｈｏｌｆｉｂｅｒꎻｆｒａｃｔｉｏｎａｌｏｒｄｅｒｄｅｒｉｖａｔｉｖｅ１㊀引㊀言纤维增强水泥基复合材料相比普通混凝土具有显著的抗裂性㊁韧性和较高的强度ꎬ在增强结构的耐久性㊁抗冲击性及可持续方面具有显著的优势[１￣２]聚乙烯醇纤维(ＰＶＡ)增强水泥基复合材料(以下简称ꎬＰＶＡ２７４４㊀专题论文硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３７卷水泥基复合材料)是将ＰＶＡ纤维掺入水泥基中形成的一种新型混凝土ꎮ这种新型混凝土有效克服了普通混凝土脆性大㊁低拉伸性㊁抗裂性差等不良性能在工程运用导致的缺陷[３]ꎮ混凝土的细微裂缝问题ꎬ通过纤维掺合技术得以解决ꎬ并在桥梁路面修复㊁结构加固㊁屋面防水[４￣５]等领域有广泛的研究和应用前景ꎮ与普通混凝土不同ꎬＰＶＡ水泥基复合材料中没有粗骨料ꎬ纤维的掺入容易形成界面孔隙ꎬ因此水泥基复合材料的耐久性问题一直受到人们的关注ꎮ目前ꎬ国内外学者对ＰＶＡ水泥基复合材料的抗渗性㊁抗冻性等方面进行了大量的试验研究[６￣７]ꎬ而与时间相关的徐变及粘弹性等方面研究文献相对较少ꎮ徐变能促使结构内部进行长期应力分布调整ꎬ减少应力集中ꎬ同时也会造成应力损失和较大变形ꎮ本文对通过自制加载设备对ＰＶＡ水泥基复合材料进行轴压徐变试验ꎬ考虑水胶比和纤维掺量对徐变的影响ꎮ在试验数据的基础上采用含Ａｂｅｌ粘壶的徐变模型进行拟合ꎬ研究ＰＶＡ水泥基复合材料的徐变特性ꎮ２㊀徐变试验２.１㊀试验材料水泥采用湘潭中材水泥厂生产的ＰＯ４２.５普通硅酸盐水泥ꎻ聚乙烯醇纤维由日本可乐丽公司生产ꎬ成品为束状ꎬ长度１２ｍｍꎬ直径３９μｍꎬ抗拉强度１６００ＭＰａꎬ断裂伸长率为６％ꎮ减水剂由江苏苏博特新材料股份有限公司生产的ＰＶＡ￣Ⅰ聚羧酸高性能减水剂ꎬ减水率为２５％ꎮ细骨料为１２０目的精细石英砂ꎮ粉煤灰由湘潭电厂生产的一级粉煤灰ꎮ２.２㊀配合比ＰＶＡ水泥基复合材料的纤维体积掺量一般在０％到２％之间ꎬ过高掺量容易使纤维在搅拌过程中与混合物结成球团ꎮ此外水胶比过大会导致在振捣等试件成型过程中产生泌水和水泥浆离析ꎬ也会影响ＰＶＡ水泥基复合材料的力学性能ꎮ因此ꎬ本文选取的纤维体积掺量为０％㊁１％㊁２％ꎬ水胶比控制在０.４以下ꎬ具体配合比见表１ꎮ本文试件编号规则:如ＰＥ￣２５￣２ꎬＰＥ是ＰＶＡ水泥基复合材料的代称ꎬ第一个数字代表水胶比ꎬ第二个数字代表纤维掺量ꎮ表１㊀试件的配合比及抗压强度Ｔａｂ.１㊀Ｍｉｘｐｒｏｐｏｒｔｉｏｎｓｏｆｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｎｄｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅｓｔｒｅｎｇｔｈ编号水胶比ＰＶＡ掺量材料用量/(ｋｇ/ｍ３)水泥粉煤灰水石英砂ＰＶＡｆｃ/ＭＰａ(２８ｄ)ＰＥ￣２５￣２０.２５２３７３８２２２９５４３４２６５１.９５ＰＥ￣２５￣１０.２５１３７３８２２２９５４３４１３４６.２５ＰＥ￣３０￣２０.３２５３０６４７３５３４３１２６３９.３１ＰＥ￣３０￣１０.３１５３０６４７３５３４３１１３４１.９５ＰＥ￣３０￣００.３０５３０６４７３５３４３１０４０.１１ＰＥ￣３５￣２０.３５２４９５６０５３８５４０１２６２４.３５ＰＥ￣３５￣１０.３５１４９５６０５３８５４０１１３３０.３５ＰＥ￣４０￣１０.４１４７１５７６４１９３８６１３２８.７０２.３㊀试验装置及测量方案图１㊀徐变试验装置示意图(ａ)和实物图(ｂ)Ｆｉｇ.１㊀Ｓｃｈｅｍａｔｉｃｄｉａｇｒａｍ(ａ)ａｎｄｅｑｕｉｐｍｅｎｔｏｆｃｒｅｅｐｔｅｓｔ(ｂ)借鉴国内已有的混凝土徐变试验加载装置[８]ꎬ自行设计了弹簧式试验装置(图１)ꎮ装置分为上中下三部分ꎬ分别放置液压千斤顶和压力传感器㊁加载试件㊁高强弹簧ꎮ将千斤顶施加的轴向压力转化为弹簧弹力ꎬ通过拧紧中部钢板上部的高强双螺帽将钢板２固定在架体上ꎬ保证试件在整个试验过程中受力恒定ꎮ在试㊀第９期张为民等:聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料轴压徐变性能研究２７４５㊀件左右两侧放置量程为１ｍｍ的带钻千分表测量试件长期压缩变形值ꎮ为减少其它变量对试验结果的影响ꎬ将该装置放入温度为(２０ʃ２)ħ㊁相对湿度(６０ʃ５)％的实验室中ꎮ试件尺寸为１００ｍｍˑ１００ｍｍˑ４００ｍｍꎬ养护２８ｄ后取棱柱体抗压强度的４０％作为试验加载值ꎮ由于试件受压后会逐渐产生徐变变形ꎬ同时弹簧会产生一定的应力松弛ꎬ两者都会使弹簧恢复部分弹性形变ꎮ因此ꎬ需通过数据采集仪实时监测试验过程中荷载变化ꎬ微调螺帽维持加载系统受力恒定ꎮ３㊀徐变模型分数阶导数模型描述介于弹性体和粘性体之间的物质与时间相关的力学性能ꎬ克服了经典模型理论徐变在某些阶段与试验数据不能很好拟合的缺点[９]ꎬ仅采用几个元件组合就能获得很好的效果ꎮ３.１㊀Ａｂｅｌ粘壶模型张为民等[１０]曾提出构建含Ａｂｅｌ核的本构方程来描述粘弹性材料的徐变行为ꎮ根据Ｒｉｅｍａｎｎ￣Ｌｉｏｕｖｉｌｌｅ分数阶导数的定义给出Ａｂｅｌ核函数为:Ⅰγ(ｔ)＝１/[Γ(１－γ)ｔγ](１)式中ꎬΓ为Ｇａｍｍａ函数ꎮ当γ>０时ꎬ如图２(ａ)所示ꎬ函数图像逐渐减小到某一最小值ꎮ当γ<０时ꎬ如图２(ｂ)所示ꎬ函数图像逐渐增加到某一最大值ꎮ该Ａｂｅｌ粘壶的单轴徐变柔量为:Ｄ(ｔ)＝ｔγ/[ηＡΓ(γ＋１)](２)图２㊀Ａｂｅｌ函数图Ｆｉｇ.２㊀Ａｂｅｌｆｕｎｃｔｉｏｎｇｒａｐｈ图３㊀修正后的标准线性体模型Ｆｉｇ.３㊀Ｍｏｄｉｆｉｅｄｓｔａｎｄａｒｄｌｉｎｅａｒｍｏｄｅｌ３.２㊀修正后的标准线性体模型目前用于表征材料粘弹性的模型主要有Ｍａｘｗｅｌｌ模型㊁Ｋｅｌｖｉｎ模型㊁三参量固体模型㊁Ｂｕｒｇｅｒｓ模型等ꎬ它们通常采用粘壶㊁弹簧㊁摩擦件三种基本元件进行串联或并联组成ꎮ其中三参数固体模型也称标准线性体ꎬ由于它的简单性ꎬ工程中常用它作为描述粘弹性固体(如混凝土㊁岩石等)的最简单模型ꎮ本文从粘弹性经典模型出发ꎬ用Ａｂｅｌ粘壶替代普通标准线性体中的Ｎｅｗｔｏｎ粘壶(图３)ꎬ从而推导出修正后的标准线性体模型ꎬ用于描述ＰＶＡ水泥基复合材料的徐变特性ꎮ其本构方程:ε(ｔ)＋β－１Ｄγε(ｔ)＝Ｄɕσ(ｔ)＋Ｄ０β－１Ｄγσ(ｔ)(３)式中ꎬｔȡ０ꎬ０﹤γ﹤１ꎮβ为材料常数ꎬＤ０与Ｄɕ分别为材料的瞬态徐变柔量和长期徐变柔量ꎮ将σ(ｔ)＝θ(ｔ)带入式(３)中ꎬ进行Ｌａｐｌａｃｅ变换后再进行逆变换可得徐变柔量:Ｄ(ｔ)＝＝Ｄ０{１＋(ＤɕＤ０－１)Σɕｎ＝０(－１)ｎβγ(ｎ＋１)ｔγ(ｎ＋１)Γ[γ(ｎ＋１)＋１]}(４)４㊀结果与讨论４.１㊀试验结果２７４６㊀专题论文硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第３７卷本文进行了１２０ｄ徐变试验ꎬ得到如图４所示的徐变￣时间曲线ꎮ图４(ａ)表示不同纤维掺量对徐变的影响ꎮ由图可知ꎬ早期徐变增长速率较大ꎬ超过了普通混凝土ꎬ而后速率呈下降ꎮ后期徐变在极限值附近波动并逐渐趋于平缓ꎮ由于ＰＶＡ水泥基复合材料采用粉煤灰替代部分水泥ꎬ减少初期水化热的同时也提高密实性ꎬ进而提高了它的长期力学性能ꎮ此外ꎬＰＶＡ水泥基复合材料中不含粗骨料ꎬ受压后产生的变形值相对较大ꎬ而后期的强度发展超过普通混凝土ꎬ增加了ＰＶＡ水泥基复合材料抵抗徐变的能力ꎬ使得在较短的时间内达到稳定状态ꎮ聚乙烯醇纤维的吸湿高达５％ꎬ易使纤维界面层在水化热后产生孔隙ꎮ纤维掺量增加也给ＰＶＡ水泥基复合材料的内部带来更多缺陷ꎬ增大了１２０ｄ徐变ꎮ与未掺纤维的水泥基复合材料相比ꎬ纤维掺量为１％时其１２０ｄ徐变增加了１９.４％ꎮ纤维掺量为１％时ꎬ不同水胶比的徐变曲线见图４(ｂ)ꎮ由图可知ꎬ徐变曲线的发展趋势基本没有改变ꎬ１２０ｄ徐变随着水胶比的增大先减小后增大ꎮ出现徐变值减小可能是适当的水胶比能使胶凝材料反应更加充分增加基体的流动性ꎬ保证结构内部基体均匀分布ꎮ水胶比超过０.３后ꎬ随着水胶比的增大１２０ｄ徐变也随之增大ꎮ可能是过大的水胶比使得ＰＶＡ水泥基复合材料在振捣等试件成型过程中产生泌水和水泥浆离析ꎬ使得骨料不能够被很好的固定ꎬ易形成内部缺陷和微孔隙ꎮ应力集中通过内部物质的流动逐渐被释放ꎬ增大了１２０ｄ徐变ꎮ而水胶比对ＰＶＡ水泥基复合材料抗压强度(表１)的影响与水胶比对１２０ｄ徐变的影响原因基本相同ꎮ因此ꎬ水胶比对ＰＶＡ水泥基复合材料徐变性能的影响可以反映到抗压强度上ꎬ一般强度越高ꎬ徐变越小ꎮ图４㊀ＰＶＡ水泥基复合材料的徐变曲线Ｆｉｇ.４㊀ＣｒｅｅｐｃｕｒｖｅｓｏｆＰＶＡｆｉｂｅｒｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓｃｏｍｐｏｓｉｔｅ４.２㊀模型拟合真实材料很多都具有弹性与粘性的双重性质ꎬ受力状态下表现为粘弹性ꎮ一般认为本文研究的ＰＶＡ水泥基复合材料是一种典型的粘弹性材料ꎬ因此可以采用粘弹性力学模型中含有时间参数的函数来描述徐变现象ꎮ常采用由一个弹簧元件和一个Ｋｅｌｖｉｎ模型串联合成的标准线性固体模型和由一个Ｋｅｌｖｉｎ模型和一个Ｍａｘｗｅｌｌ模型串联而成的Ｂｕｒｇｅｒｓ模型ꎬ拟合效果见图５ꎮ定义相对徐变柔量为Ｄｒ(ｔ)＝Ｄ(ｔ)/Ｄ０ꎮ图中圆点为试验测量值ꎬ虚线为模型预测值ꎮ三种模型的预测值与试验数据的非线性拟合都吻合的良好ꎬ标准线性体模型的相关系数Ｒ２＝０.９８４ꎮ而本文所提出模型的相关系数Ｒ２＝０.９９３ꎬ克服标准线性体在后期不能很好吻合的缺点ꎮ对每一组试件的试验数据进行拟合ꎬ得出不同模型的相关系数(图６)ꎬ从图中可以看出ꎬ修正后的标准线性体模型在相比其它两种模型的拟合相关系数更高ꎬ且具有较好拟合稳定性ꎮ图５㊀徐变曲线拟合Ｆｉｇ.６㊀ＦｉｔｔｉｎｇｃｏｒｒｅｌａｔｉｏｎｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｏｆｄｉｆｆｅｒｅｎｔｍｏｄｅｌｓＦｉｇ.５㊀Ｃｒｅｅｐｃｕｒｖｅｓｆｉｔｔｉｎｇ图６㊀不同模型的拟合相关系数㊀第９期张为民等:聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料轴压徐变性能研究２７４７㊀４.３㊀模型系数分析本文提出的模型系数对比结果(表２)ꎬ表中瞬态徐变柔量Ｄ０的实际意义为ＰＶＡ水泥基复合材料在荷载作用下ꎬ瞬时变形与应力的比值ꎮ长期徐变柔量与瞬态徐变柔量的比值Ｄɕ/Ｄ０表达了材料在长期恒定荷载作用下ꎬ徐变值与初始变形值的倍数关系ꎮ从表中可以看出ꎬ徐变值约为初始变形值的一倍ꎮ本文模型系数关系ꎬ如图７所示ꎮ当β不变ꎬ曲线转折点相同ꎬγ值越大ꎬ曲线越陡峭ꎮ当γ不变ꎬ曲线走向相同ꎬβ值越大ꎬ曲线呈向上平移趋势ꎮ可以说ꎬβ决定了曲线的拐点ꎬ而γ决定了曲线的走向ꎮ表２㊀徐变模型系数对比结果Ｔａｂ.２㊀Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎｏｆｔｈｅｃａｌｃｕｌａｔｅｄｃｒｅｅｐｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｂｙｃｏｍｂｉｎａｔｉｏｎｃｒｅｅｐｍｏｄｅｌ编号αβＤ０ˑ１０－５/ＭＰａ－１Ｄɕ/Ｄ０ＰＥ￣２５￣２０.３８５００.２６３４４.０４２１.８４８９ＰＥ￣２５￣１０.３３６８０.２９２８４.６４５１.９７５４ＰＥ￣３０￣２０.４１４７０.２４８９５.３１３２.１１５８ＰＥ￣３０￣１０.３８５６０.２６２８４.２１９１.８８６ＰＥ￣３０￣００.２６７８０.２９４８４.３４４１.９１２３ＰＥ￣３５￣２０.３３７８０.２９１１３.４８３１.７３１４ＰＥ￣３５￣１０.４４０６０.２３５５４.９９１２.０４８ＰＥ￣４０￣１０.３４２３０.２４３７５.６７７２.１９２１图７㊀模型系数对图形的影响Ｆｉｇ.７㊀Ｅｆｆｅｃｔｏｆｍｏｄｅｌｃｏｅｆｆｉｃｉｅｎｔｓｏｎｇｒａｐｈｉｃｓ５㊀结㊀论(１)ＰＶＡ水泥基复合材料的徐变￣时间曲线基本呈现相同变化趋势ꎬ具有典型的初始徐变阶段和稳定徐变阶段ꎬＰＶＡ水泥基复合材料１２０ｄ徐变随着ＰＶＡ纤维掺量的增加而增加ꎮ(２)适当的水胶比有利于胶凝材料充分反应并提高其力学性能ꎬ增加对ＰＶＡ水泥基复合材料对徐变的抑制作用ꎬ当水胶比超过０.３时ＰＶＡ水泥基复合材料的力学性能会出现一定程度的降低ꎬ且１２０ｄ徐变会呈现快速增加ꎮ(３)含Ａｂｅｌ粘壶的标准线性体徐变模型与试验数据吻合良好且稳定性较高ꎮ参考文献[１]ＬｉＶＣ.Ｌｏｎｇｔｅｒｍｄｕｒａｂｉｌｉｔｙｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｏｆｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ[Ｊ].ＲｅｓｔｏｒａｔｉｏｎｏｆＢｕｉｌｄｉｎｇｓ＆Ｍｏｎｕｍｅｎｔｓꎬ２００６ꎬ１２(２):１１９￣１３２. [２]ＬｉｕＨꎬＺｈａｎｇＱꎬＬｉＶꎬｅｔａｌ.Ｄｕｒａｂｉｌｉｔｙｓｔｕｄｙｏｎｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ(ＥＣＣ)ｕｎｄｅｒｓｕｌｆａｔｅａｎｄｃｈｌｏｒｉｄｅｅｎｖｉｒｏｎｍｅｎｔ[Ｊ].ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＢｕｉｌｄｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓꎬ２０１７ꎬ１３３:１７１￣１８１.[３]ＬｉＶＣ.高延性纤维增强水泥基复合材料的研究进展及应用[Ｊ].硅酸盐学报ꎬ２００７ꎬ３５(４):５３１￣５３６.[４]ＹｕＪꎬＬｉＨꎬＬｅｕｎｇＣＫＹꎬｅｔａｌ.Ｍａｔｒｉｘｄｅｓｉｇｎｆｏｒｗａｔｅｒｐｒｏｏｆｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ(ＥＣＣｓ)[Ｊ].ＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎａｎｄＢｕｉｌｄｉｎｇＭａｔｅｒｉａｌｓꎬ２０１７ꎬ１３９:４３８￣４４６.[５]郭平功ꎬ田㊀砾ꎬ李晓东ꎬ等.ＰＶＡ￣ＥＣＣ在工程维修中的应用[Ｊ].国外建材科技ꎬ２００６ꎬ２７(４):８２￣８４＋８７.[６]高淑玲ꎬ史宏飞ꎬ王晓伟.带预制裂缝的ＰＶＡ￣ＥＣＣ抗(盐)冻性能及机理[Ｊ].长安大学学报(自然科学版)ꎬ２０１６ꎬ３６(１):３６￣４３. [７]ＬｉｕＨꎬＺｈａｎｇＱꎬＧｕＣꎬｅｔａｌ.Ｉｎｆｌｕｅｎｃｅｏｆｍｉｃｒｏ￣ｃｒａｃｋｉｎｇｏｎｔｈｅｐｅｒｍｅａｂｉｌｉｔｙｏｆｅｎｇｉｎｅｅｒｅｄｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ[Ｊ].ＣｅｍｅｎｔａｎｄＣｏｎｃｒｅｔｅＣｏｍｐｏｓｉｔｅｓꎬ２０１６ꎬ７２:１０４￣１１３.[８]曹国辉ꎬ方㊀志.徐变加载装置的研制与应用[Ｊ].实验室研究与探索ꎬ２００５ꎬ２４(１０):３５￣３７＋４６.[９]张为民.一种采用分数阶导数的新流变模型理论[Ｊ].湘潭大学自然科学学报ꎬ２００１ꎬ２３(１):３０￣３６.[１０]张为民ꎬ张淳源ꎬ张㊀平.考虑老化的混凝土粘弹性分数导数模型[Ｊ].应用力学学报ꎬ２００４ꎬ２１(１):１￣４.。

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复合材料学报第３０卷　第６期１２月　２０１３年Ａｃｔａ　Ｍａｔｅｒｉａｅ　Ｃｏｍｐｏｓｉｔａｅ　ＳｉｎｉｃａＶｏｌ．３０Ｎｏ．６Ｄｅｃｅｍｂｅｒ　２０１３文章编号：１０００－３８５１（２０１３）０６－００６０－０７收到初稿日期：２０１２－１２－１８；收到修改稿日期：２０１３－０５－３０；网络出版时间：２０１３－０６－２１　１１：１２：００网络出版地址：ｗｗｗ．ｃｎｋｉ．ｎｅｔ／ｋｃｍｓ／ｄｅｔａｉｌ／１１．１８０１．ＴＢ．２０１３０６２１．１１１２．００８．ｈｔｍｌ基金项目：国家自然科学基金（５０９６８０１１；５１１６８０３３）；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（ＮＪＺＹ１２０５８；１３１０４）；内蒙古工业大学科学研究项目（ＺＳ２０１１３７）通讯作者：刘曙光，硕士，教授，博士生导师，主要从事混凝土基本理论与研究工作　Ｅ－ｍａｉｌ：ｌｉｕｓｇ６０１１＠１２６．ｃｏｍ聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料在长期浸泡作用下抗硫酸盐侵蚀性能刘曙光＊，赵晓明，张　菊，闫长旺（内蒙古工业大学矿业学院，呼和浩特０１００５１）摘　要：　为了研究纤维和粉煤灰对长期浸泡作用下聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料（ＰＶＡ纤维／水泥复合材料）抗硫酸钠侵蚀的影响，对多次试验周期后的试件表观形貌变化、质量变化、体积变化、抗压强度和微观结构进行分析研究。

试验结果表明，纤维的掺入及良好的分散，在水泥基体中形成了良好的网络分布结构，使ＰＶＡ纤维／水泥复合材料在硫酸钠溶液中的侵蚀速度减缓，但纤维掺量有一个最佳值；粉煤灰的掺入在一定程度上密实了ＰＶＡ纤维／水泥复合材料，使其抗硫酸钠侵蚀性能得到改善，质量分数在５０％之内时随着掺量的增加而更加明显。

关键词：　聚乙烯醇纤维；水泥基复合材料；抗硫酸盐侵蚀；质量变化；体积变化；强度变化中图分类号：　ＴＢ３３２文献标志码：　ＡＲｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ　ａｌｃｏｈｏｌ　ｆｉｂｅｒ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ　ｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｔｏ　ｓｕｌｆａｔｅ　ａｔｔａｃｋ　ｕｎｄｅｒ　ｌｏｎｇ－ｔｅｒｍ　ｉｍｍｅｒｓｉｏｎＬＩＵ　Ｓｈｕｇｕａｎｇ＊，ＺＨＡＯ　Ｘｉａｏｍｉｎｇ，ＺＨＡＮＧ　Ｊｕ，ＹＡＮＧ　Ｃｈａｎｇｗａｎｇ（Ｓｃｈｏｏｌ　ｏｆ　Ｍｉｎｅｓ，Ｉｎｎｅｒ　Ｍｏｎｇｏｌｉａ　Ｕｎｉｖｅｒｓｉｔｙ　ｏｆ　Ｔｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｈｏｈｈｏｔ　０１００５１，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：　Ｉｎ　ｏｒｄｅｒ　ｔｏ　ｒｅｓｅａｒｃｈ　ｔｈｅ　ｅｆｆｅｃｔ　ｏｆ　ｆｉｂｅｒ　ａｎｄ　ｆｌｙ　ａｓｈ　ｏｎ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｏｆ　ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ　ａｌｃｏｈｏｌ　ｆｉｂｅｒ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ（ＰＶＡ　ｆｉｂｅｒ／ｃｅｍｅｎｔ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ）ｔｏ　ｓｕｌｆａｔｅ　ａｔｔａｃｋ　ｕｎｄｅｒ　ｌｏｎｇ－ｔｅｒｍ　ｉｍｍｅｒｓｉｏｎ，ｔｈｅ　ｒｅｓｅａｒｃｈｗａｓ　ｄｏｎｅ　ｂｙ　ａｎａｌｙｚｉｎｇ　ｍｏｒｐｈｏｌｏｇｙ　ｃｈａｎｇｅ，ｑｕａｌｉｔｙ　ｃｈａｎｇｅ，ｖｏｌｕｍｅ　ｃｈａｎｇｅ，ｃｏｍｐｒｅｓｓｉｖｅ　ｓｔｒｅｎｇｔｈ　ａｎｄｍｉｃｒｏｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｓａｍｐｌｅｓ　ｔｅｓｔｅｄ　ａｆｔｅｒ　ｓｅｖｅｒａｌ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ　ｐｅｒｉｏｄｓ．Ｔｈｅ　ｒｅｓｕｌｔｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔｓ　ｓｈｏｗ　ｔｈａｔ　ｔｈｅｆｉｂｅｒ　ｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　ｗｉｔｈ　ｇｏｏｄ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｆｏｒｍｉｎｇ　ｅｘｃｅｌｌｅｎｔ　ｎｅｔｗｏｒｋ　ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ　ｓｔｒｕｃｔｕｒｅ　ｉｎ　ｍａｔｒｉｘ　ｓｌｏｗｓ　ｄｏｗｎ　ｔｈｅｅｒｏｓｉｏｎ　ｒａｔｅ　ｏｆ　ＰＶＡ　ｆｉｂｅｒ／ｃｅｍｅｎｔ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　ｉｎ　ｓｏｄｉｕｍ　ｓｕｌｆａｔｅ　ｓｏｌｕｔｉｏｎ，ｂｕｔ　ｔｈｅｒｅ　ｉｓ　ｔｈｅ　ｂｅｓｔ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｆｏｒ　ｔｈｅ　ｆｉｂｅｒｉｎｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ．Ｔｈｅ　ｆｌｙ　ａｓｈ　ｃｏｒｐｏｒａｔｉｏｎ　ｓｏｌｉｄｓ　ＰＶＡ　ｆｉｂｅｒ／ｃｅｍｅｎｔ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ，ａｎｄ　ｏｂｖｉｏｕｓｌｙ　ｉｍｐｒｏｖｅｓ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ　ｏｆＰＶＡ　ｆｉｂｅｒ／ｃｅｍｅｎｔ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ　ｔｏ　ｓｕｌｆａｔｅ　ａｔｔａｃｋ　ｗｉｔｈ　ｉｎｃｒｅａｓｉｎｇ　ｄｏｐｉｎｇ　ｃｏｎｔｅｎｔ　ｕｎｄｅｒ　ｍａｓｓ　ｆｒａｃｔｉｏｎ　ｏｆ　５０％．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：　ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ　ａｌｃｏｈｏｌ　ｆｉｂｅｒｓ；ｃｅｍｅｎｔｉｔｉｏｕｓ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓ；ｓｕｌｆａｔｅ　ｒｅｓｉｓｔａｎｃｅ；ｑｕａｌｉｔｙ　ｃｈａｎｇｅ；ｖｏｌｕｍｅ　ｃｈａｎｇｅ；ｉｎｔｅｎｓｉｔｙ　ｃｈａｎｇｅ遭受环境因素的侵蚀是导致水泥基材料性能退化的直接原因之一，硫酸盐侵蚀是水泥基材料受环境因素作用而发生损伤累积破坏的重要形式［１］。

硫酸根离子与水泥水化产物的化学反应、侵蚀产物的结晶析出与膨胀可对水泥基材料造成严重破坏，表现为膨胀、开裂、剥落以及强度损失等，这是一个十分复杂的物理化学力学变化过程［２］。

Ａｌ－Ｄｕｌａｉ－ｊａｎ等［３］研究了混凝土在不同浓度硫酸钠溶液中的侵蚀性能，结果表明，浓度越高，硫酸盐对混凝土的腐蚀越严重。

梁咏宁等［４］探索了硫酸钠和硫酸镁溶液对混凝土的腐蚀破坏机制，认为两种溶液对混凝土侵蚀机制相似，但硫酸钠溶液对混凝土的侵蚀更严重。

杨全兵等［５］的试验结果表明，经Ｎａ２ＳＯ４溶液干湿循环后，盐结晶产生的混凝土膨胀和剥蚀破坏随着盐浓度和干湿循环次数的增加而增加。

Ｓｉｌｄｅｒｉｓ等［６］探索了矿物掺和料对混凝土抗硫酸盐DOI:10.13801/ki.fhclxb.2013.06.016侵蚀性能的影响，发现掺质量分数３０％的粉煤灰能提高混凝土抗硫酸盐侵蚀性能。

聚乙烯醇（ＰＶＡ）纤维增强水泥基复合材料（ＰＶＡ纤维／水泥复合材料）是一种新型水泥基复合材料，该材料在拉伸、弯曲、压缩等力学性能方面表现出良好的韧性和优异的裂缝控制能力［７－９］，这将在一定程度上改善普通混凝土易裂导致的外界有害物质的侵入，如水、氧气、二氧化碳以及氯离子等较容易进入混凝土结构内部，引发混凝土碳化、钢筋锈蚀，进而影响钢筋混凝土的寿命。

目前，ＰＶＡ纤维／水泥复合材料的抗硫酸盐长期浸泡侵蚀性能尚不清楚，本文中采用不同纤维掺量和不同粉煤灰掺量的ＰＶＡ纤维／水泥复合材料，研究其经长期浸泡后的质量变化、体积变化及抗压强度退化规律，并分析了ＰＶＡ纤维／水泥复合材料的抗硫酸盐长期浸泡侵蚀性能。

１　实验方法１．１　原材料与配比试验所采用的基本材料如下：ＰＶＡ纤维：日本Ｋｕｒａｒａｙ公司生产的Ｋ－Ⅱ可乐纶，具体参数如表１所示。

水泥：唐山冀东水泥厂生产的Ｐ．Ｏ４２．５级普通硅酸盐水泥；石英砂：精选１００～２００μｍ优质石英砂；减水剂：大连西卡建筑材料有限公司生产的改性聚羧酸盐类高效减水剂（Ｓｉｋａ　Ｖｉｓｃｏ　Ｃｒｅｔｅ３３１０Ｅ）；粉煤灰：内蒙古达拉特旗华宇环保建材有限公司生产的Ⅰ级粉煤灰；增稠剂：湖州展望天明药业有限责任公司生产的羟丙基甲基纤维素。

表１　聚乙烯醇（ＰＶＡ）纤维的基本特性Ｔａｂｌｅ　１　Ｂａｓｉｃ　ｃｈａｒａｃｔｅｒｉｓｔｉｃｓ　ｏｆ　ｔｈｅ　ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ　ａｌｃｏｈｏｌ　ｆｉｂｅｒＴｙｐｅＤｅｎｓｉｔｙ／（ｇ·ｃｍ－３）Ｅｌｏｎｇａｔｉｏｎ／％Ｔｅｎｓｉｌｅｓｔｒｅｎｇｔｈ／ＭＰａＥｌａｓｔｉｃｍｏｄｕｌｕｓ／ＧＰａＫ－Ⅱ１．３　６　１６００　４０ＰＶＡ纤维／水泥复合材料配合比设计如表２所示，共设计８种配比，１４４个试件。

１．２　试件制作及试验方法试验均采用１００ｍｍ×１００ｍｍ×１００ｍｍ立方体试件。

试件全部在实验室制备，采用强制式搅拌机搅拌，振动台上完成振捣。

试件成型２４ｈ后拆模，在标准养护室（温度为（２０±３）℃，相对湿度为９０％以上）中养护２８天后进行试验。

表２　ＰＶＡ纤维／水泥复合材料质量比Ｔａｂｌｅ　２　Ｍａｓｓ　ｒａｔｉｏ　ｆｏｒ　ＰＶＡ　ｆｉｂｅｒ／ｃｅｍｅｎｔ　ｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓＮｕｍｂｅｒ　Ｃｅｍｅｎｔ　Ｆｌｙ　ａｓｈ　Ｗａｔｅｒ　Ｑｕａｒｔｚ　ｓａｎｄＦｉｂｅｒ　ｖｏｌｕｍｅｆｒａｃｔｉｏｎ／％Ｆ０　１　０　０．４　０．６　０Ｆ０．５　１　０　０．４　０．６　０．５Ｆ１　１　０　０．４　０．６　１Ｆ１．５　１　０　０．４　０．６　１．５Ｆ２　１　０　０．４　０．６　２ＦＡ１　０．９　０．１　０．４　０．６　１．５ＦＡ３　０．７　０．３　０．４　０．６　１．５ＦＡ５　０．５　０．５　０．４　０．６　１．５Ｆ－Ｐｏｌｙｖｉｎｙｌ　ａｌｃｏｈｏｌ　ｆｉｂｅｒ；Ａ－Ｆｌｙ　ａｓｈ．参考文献［１０］中的试验方法，侵蚀溶液选用质量分数为５％的硫酸钠溶液，采用长期浸泡的方法进行硫酸盐侵蚀试验。

具体方法是：将试块置于硫酸钠溶液中浸泡，并使溶液液面没过试块上表面不小于５ｃｍ，以１４天为一个周期。

每两个周期更换一次溶液，在２、４、８、１１、１５、１８、２２、２５周期结束后，对试块进行外观拍照、质量测量、体积测量。

第２、４、１１、１８、２５次周期结束后，参照ＧＢ／Ｔ５００８１－２００２［１１］进行抗压强度测试。

对２５周期结束后的试件取样，进行扫描电镜（ＳＥＭ）观测，对硫酸盐损伤ＰＶＡ纤维／水泥复合材料的微观结构进行分析。

１．３　抗侵蚀性能评价指标采用质量损失率、体积变化率和剩余抗压强度比率三个指标进行ＰＶＡ纤维／水泥复合材料抗硫酸盐侵蚀性能评价，质量损失率按下式计算：β＝Ｍ２－Ｍ１Ｍ１（１）式中：β为试件某一龄期质量损失率（正值表示质量增加，负值表示质量减少），取三个试件的平均值；Ｍ１（ｋｇ）为试件试验前基准质量；Ｍ２（ｋｇ）为试件某一龄期质量。

体积变化率按下式计算：ε＝Ｖ２－Ｖ１Ｖ１（２）式中：ε为试件某一龄期体积变化率（正值表示体积增加，负值表示体积减少），取三个试件的平均值；Ｖ１（ｍＬ）为试件试验前基准体积；Ｖ２（ｍＬ）为试件某一龄期体积。

剩余抗压强度比率按下式计算：α＝Ｒ２Ｒ１（３）式中：α为试件某一龄期剩余抗压强度比率；Ｒ１（ＭＰａ）为标准养护龄期（２８天）试件的抗压强度·１６·刘曙光，等：聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料在长期浸泡作用下抗硫酸盐侵蚀性能值；Ｒ２（ＭＰａ）为试件在硫酸钠溶液中浸泡某一龄期的抗压强度。

２　结果分析２．１　ＰＶＡ纤维／水泥复合材料表观现象分析不同ＰＶＡ纤维掺量的ＰＶＡ纤维／水泥复合材料在硫酸钠溶液中长期浸泡侵蚀３５０天后的表观变化：未掺纤维的Ｆ０试件的棱角部位掉角，表面出现起皮、麻面、坑蚀现象。