聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料徐变性能试验研究

发布时间：2020-03-26 05:40

【摘要】：聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,简称PVA)纤维是一种高强度、高弹模、水溶性纤维,添加到水泥基材料中形成的聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(简称PVA-ECC,PVA-Engineered Cementitious Composites),极限拉应变能达到约3%,且具有应变硬化特性。PVA纤维的加入,能阻止水泥基材料断裂和片状剥落现象的发生,改善传统水泥基材料抗拉性能差、易裂等缺点,使其具有良好的延展性、抗裂性及抗冲击韧性,且能提高水泥基材料的抗渗性、抗冻性和抗碳化性能,提高构件的耐久性。故PVA-ECC材料越来越引起工程界人士的重视,成为近年来的研究热点。徐变性能是水泥基材料重要的力学性能,影响着结构构件的受力性能;同时,结构构件的变形计算、非线性有限元分析等方法的制定均依赖于材料徐变性能的研究结果。目前,国内外学者对于PVA-ECC材料短期力学性能的研究较多,对其徐变性能的研究尚少,鲜见文献。基于此,本文通过20组抗压强度试验、5组静力受压弹性模量与泊松比试验、5组收缩试验和13组受压徐变试验,对PVA-ECC材料短期受压力学性能与长期受压徐变性能进行研究,得出以下结论:(1)在PVA-ECC受压过程中,PVA纤维可以提高基材的变形性能,改善基材的压缩韧性,阻止基材剥落,使试件在破坏时具有“碎而不散”的特点。(2)本试验所测PVA-ECC弹性模量在19.512~22.800GPa之间,随PVA纤维体积率增加而降低。众多混凝土弹性模量计算公式均不适用于PVA-ECC。本文提出了PVA-ECC抗压强度与弹性模量之间的换算公式,并根据试验值,修正了复合材料弹性模量计算模型,给出适用于PVA-ECC的弹性模量计算公式。(3)PVA纤维的加入对基材的泊松比影响不明显,试验所测PVA-ECC泊松比为0.19~0.20。(4)相比于基材组,纤维的加入使的PVA-ECC收缩值变小。相比于徐变,PVA-ECC收缩值对环境温湿度的变化更为敏感。(5)PVA-ECC徐变随持荷时间增加而升高,徐变速率随持荷时间增加而降低。PVA-ECC徐变总体上随纤维体积率的增加而升高,随持荷应力的增加而升高,随加荷龄期的增加而降低。(6)通过对试验数据进行回归分析,给出了PVA-ECC徐变的Nelder双曲-幂函数模型,该模型计算值与试验值高度吻合。本文的研究结果可为PVA-ECC的在工程中的应用提供理论依据与参考。
【图文】：

纤维,粉煤灰,土木工程材料

图 3-1 PVA 纤维Fig.3-1 PVA fiber表 3-2 PVA-ECC 材料试件配合比Tab.3-2 Mixing proportion of PVA-ECC 粉煤灰水胶比石英砂增稠剂消泡剂减0.4 0.26 0.6 0.001 0.002 00.4 0.26 0.6 0.001 0.002 00.4 0.26 0.6 0.001 0.002 00.4 0.26 0.6 0.001 0.002 00.4 0.26 0.6 0.001 0.002 0例计算纤维，按质量比例计算其他原料；F 后的数字代水泥+粉煤灰）。备业大学土木工程材料试验室内完成全部试件的制进行搅拌，搅拌机如图 3-2 所示，拌和物流动性以下方法进行拌和物的搅拌：为了让 PVA 纤维

卧式搅拌机,单轴

图 3-2 单轴卧式搅拌机图 3-3 拌和物流动性Fig.3-2 Uniaxial horizontal mixer Fig.3-3 Liquidity of the mixture纤维水泥基材料在制作过程中普遍存在因加入纤维导致试件含气量及孔隙率增加的问题，因此在试件成型时，将试模放在振动台上充分振捣，，同时辅以人工插捣以最大程度减小试件中气泡的含量，提高试件的密实度，在插捣过程中，当拌和物沉落低于试模口时要随时补充。当拌和物表面泛浆且试模内拌和物无明显的气泡时，结束振捣和插捣。然后将试模用保鲜膜密封后置于材料实验室，如图 3-4 所示。48h 后拆模。将拆模后的试件放入标准养护室内，养护 7d 后存放于进行徐变试验的试验环境（内蒙古工业大学结构试验室），如图 3-5 所示。
【学位授予单位】：内蒙古工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2018
【分类号】：TU528

【参考文献】