畢廣澤 金麗娜 ?，B石 張靖海 申春蘭

(吉林大學建設工程學院，吉林 長春 130026)

1 概述

聚乙烯醇纖維增強水泥基復合材料(Polyvinyl Alcohol Fiber Reinforced Engineered Cementitious Composites，簡稱為PVA-ECC)經Victor C.Li研制成功距今已有近30年，各國學者針對PVA-ECC開展的力學性能研究較為成熟，近年研究熱點已逐漸由力學性能研究轉向耐久性研究。PVA-ECC由于具有良好的抗裂性和韌性，工程應用前景十分廣泛，Victor C.Li等學者針對PVA-ECC的力學性能開展了大量的試驗研究工作[1-3]，但在一些臨海工程、除冰鹽侵蝕環(huán)境橋面工程、隧道和護坡工程中應用PVA-ECC也面臨著耐久(抗?jié)B)問題，因此PVA-ECC的抗?jié)B性能研究至關重要，目前針對PVA-ECC抗?jié)B性方面已開展的研究工作仍相對較少[4-6]。本文擬針對現(xiàn)階段既有抗?jié)B性能試驗研究成果進行初步整理統(tǒng)計，分析PVA摻量、粉煤灰摻量對PVA-ECC抗?jié)B性能的總體影響規(guī)律，為今后進一步開展相關研究工作提供參考。

2 PVA-ECC抗?jié)B性能測試方法

PVA-ECC抗?jié)B透性能測試方法主要有快速氯離子遷移系數(shù)法(Rapid Chloride Migration Coefficient，簡稱RCM)和滲水高度法兩種，依據(jù)的現(xiàn)行標準是GB/T 50082—2009普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準。

RCM法是通過測定硬化材料中氯離子滲透深度，計算出氯離子遷移系數(shù)來反映被測定硬化材料抗氯離子滲透性能的試驗方法。實驗中的樣品選擇直徑為φ100 mm±1 mm，高為50 mm±2 mm的圓柱體。測試選用NaOH溶液作為陽極溶液，選用NaCl溶液作為陰極溶液，實驗細節(jié)過程如圖1所示。試件測試完成后利用壓力機進行劈裂，在劈裂斷面噴涂顯色指示劑，根據(jù)顏色變化繪制滲透輪廓線并測量顯色分界線離圓柱體底面的距離，利用GB/T 50082—2009提供的公式計算出被測試件的氯離子遷移系數(shù)。

滲水高度法是測量并確定在恒壓(1.2±0.05)MPa下的平均滲水高度來反映被測硬化材料的抗?jié)B透性能，測試圓臺試件尺寸為175 mm×185 mm×150 mm，試驗以6個試件為一組，具體測試裝置如圖2所示，滲透試驗完成后利用壓力機對試件進行劈裂，根據(jù)劈裂斷面滲水輪廓線測得滲水高度的平均值作為該試件的滲水高度，一組試件的平均滲水高度取6個被測試件滲水高度的平均值。

3 PVA-ECC抗?jié)B性能影響因素統(tǒng)計分析

影響PVA-ECC抗?jié)B性能的因素眾多，PVA-ECC內部的孔隙率、孔分布和孔特征等也會對抗?jié)B性能產生諸多影響，本文擬重點從材料宏觀摻量角度對影響PVA-ECC抗?jié)B性能的因素進行分析。部分現(xiàn)有文獻的統(tǒng)計整理表明：纖維摻量、粉煤灰摻量、水膠比等因素會對PVA-ECC抗?jié)B性能產生重要影響。

3.1 纖維摻量

基于文獻[5]～[7]分析了不同纖維摻量對于PVA-ECC氯離子擴散系數(shù)的影響規(guī)律，所選試驗數(shù)據(jù)試件為φ100 mm×50 mm的圓柱試件，實驗試件的水膠比處于0.26～0.35之間。在此基礎上，依據(jù)文獻[5]～[9]分析了氯離子滲透法下不同纖維摻量對PVA-ECC滲透性變化率的影響規(guī)律，具體如圖3，圖4所示。統(tǒng)計結果表明：氯離子擴散系數(shù)和滲透性變化率均呈現(xiàn)出先減小后增加的趨勢，在PVA纖維摻量為1.7%附近會出現(xiàn)一個拐點，當PVA纖維摻量位于1.7%之前，PVA-ECC氯離子擴散系數(shù)便開始逐步下降，滲透性變化率也開始逐步降低，在纖維摻量超過1.7%以后，氯離子擴散系數(shù)開始逐步增大，滲透性變化率也會逐漸增大。綜上可見，隨著PVA纖維摻量增加，當PVA摻量在1.7%之前時，PVA-ECC抗?jié)B性能總體呈上升趨勢；PVA摻量為1.7%～2%時，PVA-ECC的抗?jié)B性能便會開始逐步降低。PVA-ECC抗?jié)B性出現(xiàn)上述變化趨勢的主要原因在于：當適量添加PVA時，纖維與水泥復合材料之間會產生良好的契合效應，進而提升抗?jié)B性；若纖維摻量過大，纖維總體表面積增加會過多消耗部分水泥漿導致PVA-ECC內部的流動性降低，導致孔隙增加，進而使其抗?jié)B性略有降低。

3.2 粉煤灰摻量

除了纖維摻量會對PVA-ECC的滲透性產生影響，粉煤灰摻量也是主要影響因素之一。對已有的研究成果[5,6,10,11]進行整理統(tǒng)計分析：隨粉煤灰摻量的增加，氯離子擴散系數(shù)和滲透性變化率均呈現(xiàn)出先略有減小后增加的趨勢，在摻量區(qū)間45%～60%范圍內出現(xiàn)拐點，具體如圖5，圖6所示。分析結果表明：PVA-ECC抗?jié)B性能整體呈現(xiàn)先略有上升后下降的變化趨勢。PVA-ECC抗?jié)B性出現(xiàn)上述變化趨勢的主要原因在于：當粉煤灰摻量少于50%時，隨粉煤灰摻量的不斷增加，會使PVA-ECC結構更加密實，孔隙率下降，提升了PVA-ECC的抗?jié)B性；當粉煤灰摻量過多時，會減少材料內部水化反應，PVA-ECC內部孔隙增多，降低材料的飽滿度，氯離子擴散系數(shù)和滲透性變化率出現(xiàn)增加，表明過量的粉煤灰降低了PVA-ECC的抗?jié)B透性能。

3.3 水膠比等其他因素

PVA-ECC除了受到纖維摻量和粉煤灰摻量的影響外，水膠比也是一個主要的影響因素，由文獻[12]～[14]可知，隨著水膠比的增大，其他因素不變時，PVA-ECC的滲透性增大，抗?jié)B透能力降低。與此同時，PVA-ECC的抗?jié)B透性能還受到許多其他因素的影響，例如硅灰摻量、外加劑種類、纖維種類和纖維形狀等等。由于上述因素已開展的試驗數(shù)據(jù)有限，本文沒有進行相關統(tǒng)計工作。

4 結論

1)統(tǒng)計分析結果表明：纖維摻量和粉煤灰摻量均會對PVA-ECC的抗?jié)B性能產生影響。

2)伴隨PVA纖維摻量的增加，當所加PVA摻量位于1.7%之前，PVA-ECC抗?jié)B性能總體上逐步增大；PVA摻量處于1.7%～2%區(qū)間內，PVA-ECC的抗?jié)B性能呈下降趨勢。

3)伴隨粉煤灰摻量的增加，PVA-ECC抗?jié)B性能整體呈現(xiàn)先略有上升后下降的變化趨勢，在摻量區(qū)間45%～60%范圍內出現(xiàn)拐點。由于統(tǒng)計試驗數(shù)據(jù)有限，相關摻量對PVA-ECC抗?jié)B性能的影響規(guī)律還有待于更多試驗書籍的進一步證實。