秦敬平 張 鵬 王 群

（1.棗莊學(xué)院 城市與建筑工程學(xué)院，山東 棗莊 277160）

（2.青島新華友建工集團(tuán)股份有限公司，山東 青島 266101；3.重慶交通大學(xué) 河海學(xué)院，重慶 400074）

0 引言

由美國(guó)密歇根(Michigan)大學(xué)工程學(xué)教授 Victor Li 研制的研制了 ECC（Engineered cementitious composites）材料，具有高韌性、高抗拉應(yīng)變能力[1]。PVA-ECC 作為一種新型纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料，該材料具有較好的延性，表現(xiàn)在在硬化后具有顯著的應(yīng)變硬化特征、多重開裂形態(tài)。對(duì)于海洋環(huán)境中裂縫寬度要求較高的結(jié)構(gòu)構(gòu)件非常有利。

然而，國(guó)外進(jìn)口的PVA 纖維和國(guó)產(chǎn)的PVA 纖維價(jià)格差距很大，國(guó)外PVA 纖維，價(jià)格在220 元/kg，但國(guó)內(nèi)PVA 纖維，市場(chǎng)價(jià)格僅30～40 元/kg。若想將超高性能水泥基復(fù)合材料在工程中大量應(yīng)用，就需要此類PVA 纖維的國(guó)產(chǎn)化，改變從發(fā)達(dá)國(guó)家購買大量的昂貴的PVA 纖維。

本文首次采用國(guó)產(chǎn)PVA 纖維與進(jìn)口PVA 纖維混雜使用的方法，在不降低力學(xué)性能和耐久性能的前提下，利用國(guó)內(nèi)PVA 纖維造價(jià)低的優(yōu)勢(shì)，部分代替超高性能水泥基復(fù)合材料中的進(jìn)口PVA 纖維，使得此種復(fù)合材料具有最好的增韌效果，達(dá)到這種復(fù)合材料國(guó)產(chǎn)化、本地化的目的。因此本文也是對(duì)混雜纖維混凝土復(fù)合使用理論的進(jìn)一步拓展研究。

1 原材料和試驗(yàn)方法

PVA 纖維：本實(shí)驗(yàn)采用的是國(guó)產(chǎn)某公司生產(chǎn)的PVA 纖維和日本Kuraray Co.生產(chǎn)的PVA-K-II 纖維，性能指標(biāo)見表1。

水泥：采用榴園42.5 級(jí)普通硅酸鹽水泥

粉煤灰：粉煤灰是山東省青島市正友公司生產(chǎn)的Ⅰ級(jí)粉煤灰，物理性能指標(biāo)如表2所示。

表2 粉煤灰的物理性能指標(biāo)

石英砂：石英砂作為細(xì)骨料由山東省日照市生產(chǎn)，它的粒徑范圍在75～47μ m。

減水劑：減水劑是遼寧省大連市某公司生產(chǎn)的，是一種聚羧酸高效減水劑，基體為改性聚羧酸鹽溶液，液體呈現(xiàn)為淡棕色。

1.1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

在本次混雜纖維混凝土試驗(yàn)中，參考已有的研究成果，選擇PVA 進(jìn)口纖維與PVA 國(guó)產(chǎn)纖維的比值作為試驗(yàn)的影響因素。

本實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)為6 組配合比，每組配合比設(shè)計(jì)為三個(gè)試件。試驗(yàn)中，粉煤灰與水泥的單位體積的質(zhì)量比值為2.893，水泥和粉煤灰的質(zhì)量之和與石英砂的單位體積的質(zhì)量比值為1.5。對(duì)于PVA 纖維體積的摻量，六組試驗(yàn)的國(guó)產(chǎn)纖維和進(jìn)口纖維總的體積摻量為2.0%，這其中，國(guó)產(chǎn)纖維的體積摻量有：0%、0.4%、0.5%、0.6%、0.8%、1.0%。

不論是國(guó)產(chǎn)的PVA 纖維還是進(jìn)口的PVA 纖維的造價(jià)都稍高，尤其是進(jìn)口的PVA 纖維造價(jià)更高，最優(yōu)的PVA 纖維體積摻量對(duì)于改善PVA 纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的韌性和強(qiáng)度都至關(guān)重要。Victor Li[2]等通過試驗(yàn)研究表明：ECC 在使用體積率約為2%，PVA 的纖維情況下得到的復(fù)合材料PVA-ECC 材料，該材料在硬化后具有顯著的應(yīng)變硬化特征。所以本實(shí)驗(yàn)中，PVA 纖維體積摻量最大值為2.0%。

本實(shí)驗(yàn)中，國(guó)產(chǎn)PVA 纖維的體積摻量之所以最大值取到1.0%，是因?yàn)榇筮B理工大學(xué)高淑玲博士[2]對(duì)國(guó)內(nèi)PVA 纖維在水泥基復(fù)合材料中應(yīng)用的試驗(yàn)研究時(shí)發(fā)現(xiàn)，一般情況下PVA 纖維的體積摻量達(dá)到1.2%以后，就開始容易出現(xiàn)結(jié)團(tuán)問題，并且明顯影響PVA 纖維的增韌效果與分散效果。

1.2 坍落度實(shí)驗(yàn)

PVA-ECC 復(fù)合材料拌合物的和易性是一項(xiàng)綜合性的指標(biāo)，它包括流動(dòng)性、黏聚性和保水性等方面的性能。依據(jù)我國(guó)現(xiàn)行的標(biāo)準(zhǔn)GB50080-2001《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，本實(shí)驗(yàn)采用“坍落度”來測(cè)定PVA-ECC 拌合物的流動(dòng)性能。

1.3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

在坍落度試驗(yàn)中，坍落度徑向長(zhǎng)度的均值隨著進(jìn)口PVA 纖維的摻入比例的變化情況如圖3所示。坍落度徑向長(zhǎng)度的均值隨著國(guó)產(chǎn)PVA 纖維的摻入比例的變化情況如圖4所示。

圖1 進(jìn)口PVA 纖維摻入比例對(duì)坍落度的影響對(duì)坍落度的影響

圖2 國(guó)產(chǎn)PVA 纖維摻入比例

實(shí)驗(yàn)表明：PVA-ECC 復(fù)合材料的坍落擴(kuò)展度徑向長(zhǎng)度在440mm 至675mm 之間。配合比7-22-3 的流動(dòng)性最優(yōu)，最大的坍落度長(zhǎng)度是最小的坍落度長(zhǎng)度的1.53倍。

1.4 結(jié)論

從圖1、圖2中可以看出PVA-ECC復(fù)合材料的坍落擴(kuò)展度徑向長(zhǎng)度在440mm至675mm之間。其中，坍落度長(zhǎng)度最大值是最小值的1.53倍。試驗(yàn)發(fā)現(xiàn)：隨著纖維總摻量的增加，擴(kuò)展度越來越小，即流動(dòng)性越來越?。辉诶w維總量不變的情況下，國(guó)產(chǎn)纖維和進(jìn)口纖維相比，進(jìn)口纖維的摻入之后的流動(dòng)性明顯比國(guó)產(chǎn)纖維要好。