PVA-ECC抗滲性能統計分析★

畢廣澤 金麗娜 牛珺石 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、除冰鹽侵蝕環境橋面工程、隧道和護坡工程中應用PVA-ECC也面臨著耐久(抗滲)問題，因此PVA-ECC的抗滲性能研究至關重要，目前針對PVA-ECC抗滲性方面已開展的研究工作仍相對較少[4-6]。本文擬針對現階段既有抗滲性能試驗研究成果進行初步整理統計，分析PVA摻量、粉煤灰摻量對PVA-ECC抗滲性能的總體影響規律，為今后進一步開展相關研究工作提供參考。

2 PVA-ECC抗滲性能測試方法

PVA-ECC抗滲透性能測試方法主要有快速氯離子遷移系數法(Rapid Chloride Migration Coefficient，簡稱RCM)和滲水高度法兩種，依據的現行標準是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。

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滲透性能，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抗滲性能影響因素統計分析

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

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氯離子擴散系數的影響規律，所選試驗數據試件為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律，具體如圖3，圖4所示。統計結果表明：氯離子擴散系數和滲透性變化率均呈現出先減小后增加的趨勢，在PVA纖維摻量為1.7%附近會出現一個拐點，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抗滲性能總體呈上升趨勢；PVA摻量為1.7%～2%時，PVA-ECC的抗滲性能便會開始逐步降低。PVA-ECC抗滲性出現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，進而提升抗滲性；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，進而使其抗滲性略有降低。

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]進行整理統計分析：隨粉煤灰摻量的增加，氯離子擴散系數和滲透性變化率均呈現出先略有減小后增加的趨勢，在摻量區間45%～60%范圍內出現拐點，具體如圖5，圖6所示。分析結果表明：PVA-ECC抗滲性能整體呈現先略有上升后下降的變化趨勢。PVA-ECC抗滲性出現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的抗滲性；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，氯離子擴散系數和滲透性變化率出現增加，表明過量的粉煤灰降低了PVA-ECC的抗滲透性能。

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，抗滲透能力降低。與此同時，PVA-ECC的抗滲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據有限，本文沒有進行相關統計工作。

4 結論

1)統計分析結果表明：纖維摻量和粉煤灰摻量均會對PVA-ECC的抗滲性能產生影響。

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抗滲性能總體上逐步增大；PVA摻量處于1.7%～2%區間內，PVA-ECC的抗滲性能呈下降趨勢。

3)伴隨粉煤灰摻量的增加，PVA-ECC抗滲性能整體呈現先略有上升后下降的變化趨勢，在摻量區間45%～60%范圍內出現拐點。由于統計試驗數據有限，相關摻量對PVA-ECC抗滲性能的影響規律還有待于更多試驗書籍的進一步證實。