鋼-聚乙烯醇纖維混凝土研究進(jìn)展

郭靳時 段 延

吉林建筑大學(xué)土木工程學(xué)院（130118）

0 前言

隨著城市建設(shè)的不斷推進(jìn)，超高層、大跨度、重荷載工程越來越多，對混凝土構(gòu)件的性能有了更高的要求，而混凝土耐久性差是現(xiàn)階段亟需解決的重要問題之一。研究表明[1-4]，纖維的加入對混凝土的耐久性能有顯著的增強(qiáng)效果，將合理體摻率的混雜纖維與基體混合可產(chǎn)生正混雜效應(yīng)。纖維與混凝土的結(jié)合能夠發(fā)揮其各自的優(yōu)點、彌補(bǔ)傳統(tǒng)混凝土的缺點，從多相、多層次、多結(jié)構(gòu)等方面對混凝土基體的性能加以改善。

鋼纖維混凝土是在普通混凝土中摻入適量短鋼纖維而形成的新型復(fù)合材料，不僅抗壓強(qiáng)度高，而且其它性能也有顯著提升；聚乙烯醇纖維具有高彈模、耐酸堿等優(yōu)點，將其摻入混凝土不僅可以有效抑制混凝土的初期開裂，還能有效地改善混凝土的脆性[5]。

1 混雜纖維混凝土的增強(qiáng)機(jī)理研究

研究顯示[6-7]混雜效應(yīng)與纖維的體摻率、種類以及纖維與基體的黏結(jié)程度等因素有關(guān)。當(dāng)前，學(xué)者們大多基于復(fù)合材料力學(xué)理論和纖維間距理論，從不同角度研究纖維對混凝土的增強(qiáng)機(jī)理。

1.1 復(fù)合材料力學(xué)理論

以復(fù)合材料力學(xué)的混合律法則為基礎(chǔ)，認(rèn)為材料性能的疊加是通過彈性模量和不同力學(xué)性能實現(xiàn)。同時對混雜效應(yīng)進(jìn)行論述，通過多材料復(fù)合可發(fā)揮其各自優(yōu)勢，以出現(xiàn)有益效應(yīng)為“正混雜效應(yīng)”，反之為“負(fù)混雜效應(yīng)”。華淵[8]通過對摻入不同纖維的混凝土的抗壓和抗彎性能進(jìn)行試驗，定義出混雜系數(shù)，并分析了混雜效應(yīng)與纖維的體積率、體積分?jǐn)?shù)的關(guān)系。定義混雜系數(shù)：

式中：α為混雜系數(shù)；β為增強(qiáng)系數(shù)；f為纖維混凝土的強(qiáng)度；fm為基體混凝土的強(qiáng)度。

當(dāng)α＞1 時為正混雜效應(yīng)； 當(dāng)α＜1 時為負(fù)混雜效應(yīng)。因此有必要對纖維混雜增強(qiáng)混凝土的最優(yōu)纖維體積率進(jìn)行研討。

1.2 纖維間距理論

纖維間距理論又稱為纖維阻裂理論[9-10]，以彈性斷裂力學(xué)為基礎(chǔ)，從微觀層面對混雜機(jī)理進(jìn)行研究，認(rèn)為混凝土的破壞是因其內(nèi)部裂紋尖部應(yīng)力集中所導(dǎo)致，因此，通過減小應(yīng)力值來計算纖維內(nèi)部最優(yōu)間距[11-12]。由于此理論沒有過多假定，因此可以更好地與纖維混凝土實際應(yīng)用進(jìn)行參照。

2 S-PVA HFRP 基本力學(xué)性能研究

黃俊等[13]將兩者混摻到混凝土中，發(fā)現(xiàn)對混凝土抗拉強(qiáng)度影響不大，但是對基體韌性卻有明顯的增強(qiáng)作用。

鄧宗才等[14]改變鋼纖維的長徑比，將其與PVA纖維一起混摻到混凝土中，發(fā)現(xiàn)混凝土的抗彎性能、韌性相較單摻時表現(xiàn)更優(yōu)，但PVA 纖維的加入導(dǎo)致基體的抗彎及抗沖擊性能有所下降。

劉賓[15]采用3 種不同比例的纖維，以3 種摻量，對單摻、混摻的混凝土試件進(jìn)行抗壓、抗折、劈裂抗拉試驗，發(fā)現(xiàn)：相對于單摻鋼纖維的混凝土，性能均有所提升； 單摻PVA 纖維的混凝土的抗壓強(qiáng)度有所降低而抗折和抗劈拉性能都有提高；兩者混摻對基體的改性明顯。

3 S-PVA HFRP 耐久性研究

王振波[16]通過對混雜混凝土的軸拉開裂形態(tài)圖的研究發(fā)現(xiàn)，鋼纖維的加入對裂縫的控制作用較為明顯，當(dāng)摻率為1%時平均裂縫僅為0.027～0.06 mm，可有效改善材料的抗?jié)B性和耐久性。

蔣威[17]通過對混雜混凝土在海水腐蝕下60 d和120 d 研究發(fā)現(xiàn)，PVA 纖維抗氯離子腐蝕性能要優(yōu)于鋼纖維；在腐蝕期間，特別是后期，混雜混凝土的密實性比單摻纖維都有更好表現(xiàn)。

4 存在問題及展望

S-PVA HFRP 作為一種新型建筑材料，在實際工程應(yīng)用中具有很大的發(fā)展空間。目前，對S-PVA HFRP 的研究還不夠深入，對其抗震性、靜力學(xué)、不同因素下的耐久性和力學(xué)模型等還少有研究?；A(chǔ)設(shè)施建設(shè)的大力推進(jìn)以及防震減災(zāi)要求的不斷提高都將促進(jìn)S-PVA HFRP 等新型混凝土的發(fā)展和研究。