基金項目：2022年度廣西高校中青年教師科研基礎(chǔ)能力提升項目“帶瀝青夾層的水泥混凝土路面結(jié)構(gòu)的減振效應(yīng)及動力響應(yīng)研究”（編號：2022KY1123）、“基于一階剪切變形理論的正交異性鋼橋面板疲勞性能的無網(wǎng)格方法研究”（編號：2022KY1140）;2019年度廣西高校中青年教師科研基礎(chǔ)能力提升項目“行車振動對C40混凝土力學(xué)性能影響”（編號：2019KY1337）

作者簡介：肖成明（1990—），碩士，講師，研究方向：道路與橋梁工程技術(shù)。

摘要：文章針對不同體積摻量和長度的PVA纖維混凝土開展力學(xué)性能研究。結(jié)果表明：PVA纖維的長度和摻量的增大均會降低混凝土的工作性能；PVA的摻入會引起混凝土抗壓強度和彈性模量略微的下降，且長纖維比短纖維影響更加明顯；PVA的摻入能大幅度提升混凝土的抗彎拉性能，其中6 mm和12 mm長度的PVA纖維對應(yīng)抗彎拉強度最大提升幅度分別為24.8%和32.0%，且最佳PVA纖維體積摻量為0.1%，超過該界限后對彎拉強度提升不利。

關(guān)鍵詞：PVA纖維混凝土；工作性能；抗壓強度；抗彎拉強度；彈性模量

中圖分類號：U416.03

0 引言

濕熱地區(qū)的舊路面板裂縫或接縫普遍存在，舊水泥路面進(jìn)行返修時采用在原舊路面加鋪一層瀝青混合料，即“白+黑”結(jié)構(gòu)路面，此面層在使用過程中容易在瀝青加鋪層層底（原舊水泥路面）裂縫處產(chǎn)生應(yīng)力集中現(xiàn)象，造成瀝青面層底部開裂形成反射裂縫。加鋪層產(chǎn)生反射裂縫并不代表路面已經(jīng)破損，但路面雨水通過反射裂縫進(jìn)入瀝青面層，引發(fā)路面次生病害，嚴(yán)重影響加鋪層的使用壽命。而在舊水泥混凝土路面面層和新加鋪瀝青混合料面層間設(shè)置PVA混凝土抗裂層能夠有效防治反射裂縫。

PVA纖維水泥基復(fù)合材料的具體特性是該材料具有良好的抗磨損以及抗破碎和抗裂性，將其摻入普通混凝土中能夠抑制裂縫的產(chǎn)生且成本低^［1-2］。目前關(guān)于塑性混凝土的研究現(xiàn)狀如下：

銀英姿等^［3］認(rèn)為PVA纖維的大量摻入可以有效抑制混凝土早期裂縫的產(chǎn)生，且對混凝土早期強度產(chǎn)生影響。譚明輪等^［4］研究了不同摻量的PVA纖維對水泥基材料性能的影響，結(jié)果表明：PVA的摻量對混凝土抗壓強度有小幅度的降低作用。王圣怡等^［5］在研究PVA纖維長度和體積摻量對輕骨料混凝土的力學(xué)性能影響中發(fā)現(xiàn)，PVA纖維長度和體積摻量會在一定程度上降低輕骨料混凝土的抗壓強度和劈裂抗拉強度，且當(dāng)PVA纖維長度為3 mm、體積摻量為0.1%時，輕骨料混凝土的強度達(dá)到最大。李艷等^［6］通過對高性能PVA纖維增強水泥基復(fù)合材料進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)PVA纖維體積摻量的增加能夠增大HPFRCC的抗拉強度與極限拉應(yīng)變。Skourup等^［7］和黃俊等^［8］認(rèn)為PVA纖維能明顯提高砂漿的韌性和斷裂能，因此，PVA的摻入能夠在一定程度上提高材料韌性，則裂縫減少。

綜上所述，PVA纖維能夠有效抑制混凝土的開裂，提高混凝土的韌性。但當(dāng)前對路用PVA纖維混凝土抗裂層的性能缺少系統(tǒng)的研究，從而阻礙了PVA混凝土抗裂層在道路工程領(lǐng)域的推廣應(yīng)用。為此，本文針對不同體積摻量和長度的路用PVA纖維混凝土力學(xué)性能進(jìn)行系統(tǒng)研究，為今后舊水泥混凝土路面面層和基層間設(shè)置PVA混凝土抗裂層防治反射裂縫的應(yīng)用提供參考和借鑒。

1 試驗材料及試驗方法

1.1 原材料

水泥：采用海螺牌P.O 42.5水泥，經(jīng)檢驗其性能滿足相關(guān)規(guī)范要求。

細(xì)骨料：采用細(xì)度模數(shù)為2.8，表觀密度為2 650 kg/m³，堆積密度為1 574 kg/m³的天然河砂。

粗骨料：采用粒徑為5～20 mm的連續(xù)級配碎石。

水：普通自來水。

減水劑：粉末狀聚羧酸高效減水劑，減水率為25%。

纖維：6 mm和12 mm兩種規(guī)格的PVA纖維。

1.2 配合比

為研究不同纖維摻量和長度對路面PVA纖維混凝土抗裂層的性能影響，設(shè)計了水膠比為0.4的基準(zhǔn)配合比，各組分含量見下頁表1。在基準(zhǔn)配合比中摻入的PVA纖維長度分別為6 mm和12 mm，體積摻量分別為0、0.05%、0.1%、0.15%、0.2%。減水劑摻量為膠凝材料總質(zhì)量的0.2%。

1.3 試驗方法

PVA纖維混凝土拌和料的制備過程為：將各組分的質(zhì)量稱好，將纖維分散于水中，一起加入攪拌機(jī)中進(jìn)行拌和，達(dá)到規(guī)定拌和時間后，參照混凝土試驗規(guī)程對拌和物進(jìn)行坍落度試驗。將符合要求的拌和物裝入試模中，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)28 d，待試樣達(dá)到養(yǎng)護(hù)齡期后，對PVA纖維混凝土試樣進(jìn)行抗壓強度、抗彎拉強度和彈性模量試驗，試驗方法均參照《普通混凝土力學(xué)性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081-2016）規(guī)定執(zhí)行。

路面PVA纖維混凝土抗裂夾層性能研究/肖成明，胡邦勝，洪星架，朱志廣

2 試驗結(jié)果分析及討論

2.1 PVA摻量及長度對混凝土工作性能的影響

混凝土工作性能隨PVA纖維長度和摻量的變化規(guī)律如圖1所示。由圖1可知，混凝土坍落度隨纖維摻量的增大呈逐漸減小的趨勢，且纖維越長下降趨勢越明顯。其中PVA纖維摻量由0增至0.2%時，對應(yīng)長度6 mm和12 mm的混凝土坍落度相比于基準(zhǔn)組分別下降4.1%、14.7%、17.9%和20.0%，8.7%、17.4%、16.7%和22.1%。結(jié)果表明：PVA纖維的長度和摻量對混凝土的工作性能均有影響。究其原因為：摻入纖維后，纖維呈網(wǎng)狀交叉隨機(jī)分散在混凝土拌和物中，將水泥砂漿包裹于其中，由于網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的束縛作用阻礙了水泥砂漿的自由流動，且束縛力隨纖維摻量的增加，導(dǎo)致單位體積中網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的變密而增強，在宏觀上表現(xiàn)為混凝土坍落度隨纖維摻量的增加而下降。而纖維越長，也會進(jìn)一步增加單位體積水泥砂漿中的纖維網(wǎng)的密度，增加對水泥砂漿的包裹作用和阻礙力，從而降低混凝土的流動性。

2.2 PVA摻量及長度對混凝土抗壓強度的影響

混凝土抗壓強度隨PVA纖維長度和摻量的變化規(guī)律如圖2所示。由圖2可知，混凝土抗壓強度隨纖維摻量的增大呈逐漸減小的趨勢，且纖維越長的下降趨勢越明顯。其中，當(dāng)PVA纖維摻量由0增至0.2%時，對應(yīng)長度6 mm和12 mm的混凝土抗壓強度相比于基準(zhǔn)組分別下降1.3%、1.7%、4.6%和6.3%，2.3%、3.4%、5.5%和9.2%。究其原因：PVA纖維的摻入會引入一定不均勻大小的氣體，在一定程度上減弱膠凝材料與骨料之間的粘結(jié)力，導(dǎo)致抗壓強度下降。圖2也反映出，當(dāng)纖維摻量為0.05%～0.1%時，抗壓強度只有略微的下降，而在0.15%～0.2%時，對應(yīng)的抗壓強度降幅明顯加大。分析原因為：隨著纖維摻量的增大，纖維隨機(jī)亂向分布在混凝土內(nèi)部，形成三維空間網(wǎng)狀，當(dāng)纖維摻量超過一定界限時發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象^［9］，從而引起宏觀力學(xué)強度的下降。結(jié)果表明，對抗壓強度而言，纖維的最佳摻量為0.1%～0.15%。

2.3 PVA摻量及長度對混凝土抗彎拉強度的影響

混凝土抗彎拉強度隨PVA纖維長度和摻量的變化規(guī)律如圖3所示。由圖3可知，混凝土抗彎拉強度隨纖維摻量的增大呈先增大后下降的趨勢，且長度為12 mm的纖維同比長度為6 mm的纖維對混凝土抗彎拉強度提升的幅度更明顯。抗彎拉強度峰值點對應(yīng)的PVA纖維體積摻量為0.1%，相比于基準(zhǔn)組混凝土抗彎拉強度分別增長24.8%和32.0%。而當(dāng)纖維體積摻量在0.1%～0.2%時，混凝土抗彎拉強度相比于峰值組有小幅度下降趨勢。究其原因為：PVA纖維的摻入能在基體中如同多根微細(xì)筋，在開裂后起到限制裂縫發(fā)展和產(chǎn)生的作用，基體通過和纖維的界面咬合力依舊傳遞應(yīng)力，再通過纖維將應(yīng)力傳給未開裂的基體，隨著纖維摻量的增加這種“橋接作用”越明顯，因此在宏觀性能上表現(xiàn)為混凝土抗彎拉強度隨纖維摻量的增加而提高^［10］。當(dāng)纖維摻量超過一定界限時，此時纖維難以均勻分散在混凝土基體中，發(fā)生纖維團(tuán)聚現(xiàn)象，因此表現(xiàn)出抗彎拉強度隨纖維的繼續(xù)增大而略微下降的趨勢。

2.4 PVA摻量及長度對混凝土彈性模量的影響

混凝土彈性模量隨PVA纖維長度和摻量的變化規(guī)律如圖4所示。由圖4可知，混凝土彈性模量隨纖維摻量的增大呈下降的趨勢，且長度為12 mm的纖維同比長

度為6 mm的纖維對混凝土彈性模量的下降幅度更明顯。其中，當(dāng)PVA纖維摻量由0增至0.2%時，對應(yīng)長度為6 mm和12 mm的混凝土彈性模量相比于基準(zhǔn)組分別下降1.2%、2.4%、2.4%和5.3%，2.7%、5.2%、5.6%和5.9%。分析原因：纖維的摻入增強了水泥基與界面的錨固作用，但由于纖維的摻入引入了一些氣泡，這些氣泡成為混凝土內(nèi)部的薄弱部分，且纖維摻量越大，引入的氣泡量越大，增大了纖維團(tuán)聚的概率，導(dǎo)致彈性模量有略微的下降。

3 結(jié)語

（1）PVA纖維的摻入會降低混凝土的工作性能，且PVA纖維體積摻量越大，纖維長度越長，工作性能下降越明顯；當(dāng)PVA纖維體積摻量由0增至0.2%時，對應(yīng)長度為6 mm和12 mm的混凝土坍落度相比于基準(zhǔn)組最大降幅達(dá)分別為20.0%、22.1%。

（2）PVA纖維的摻入會導(dǎo)致混凝土抗壓強度的下降，最大降幅可達(dá)9.2%；當(dāng)PVA纖維體積摻量在0～0.15%時，其抗壓強度隨摻量的增大而略微減小，當(dāng)PVA纖維摻量＞0.15%時，下降速率明顯加快。對混凝土抗壓強度而言，纖維的最佳摻量為0.10%～0.15%，且長纖維的摻入會在更大程度上降低混凝土的抗壓強度。

（3）不同長度和體積摻量的PVA纖維均能明顯提升混凝土的抗彎拉強度，6 mm和12 mm長度的PVA纖維對應(yīng)抗彎拉強度最大提升幅度為24.8%和32.0%；最佳的PVA纖維體積摻量為0.1%，當(dāng)超過該臨界的摻量后，混凝土抗彎拉強度相較于峰值組有略微的下降。

（4）混凝土彈性模量隨PVA纖維長度和摻量的增大呈略微下降的趨勢，且長度為12 mm的纖維同比長度為6 mm的纖維對混凝土彈性模量的下降幅度更明顯，相較于基準(zhǔn)組最大降幅分別為5.3%和5.9%。

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