学文网摘 要：PVA纤维水泥基材料作为一种高性能混凝土建筑材料，由于具有良好的力学性能和耐久性能，在工程领域受到了越来越多的关注和使用。为了深入的了解PVA纤维水泥基复合材料的特性及更好的应用于实际工程，科学工作者对PVA纤维水泥基复合材料的力学性能和耐久性进行了一系列的研究，本文系统介绍了国内外对于PVA纤维水泥基复合材料力学性能和耐久性研究的情况。
关键词：PVA纤维；水泥基材料；力学性能；耐久性
0 引言
在水泥基体中加入纤维是提高混凝土的韧性、耐冲击及耐收缩断裂性的有效途径。合成纤维混凝土的研究及应用开始于20世纪60年代，70年代获得了较大发展。由于合成纤维能有效地控制水泥砂浆及混凝土的非结构裂缝，80年代已被大规模地应用于新建工程和修补工程。传统纤维水泥基复合材料抵抗拉应变的能力普遍不高，近年来为改变这种脆性的研究取得了一些成果，大都集中在纤维掺量方面。虽然这样做可以增加材料的断裂韧性，但增加了成本，而且给施工带来了不便。近年来随着研究的进步，一种高强度、高弹模的聚乙烯醇纤维成为比较理想的替代品。
1 PVA纤维水泥基材料力学性能
聚乙烯醇（ PVA ）纤维是一种具有高抗拉、高弹模，亲水性好，特别是与波特兰水泥有良好的相容性等特点的新型纤维.薛会青等利用实验验证PVA纤维增强水泥基复合材料的单轴拉伸性能和弯曲韧性。试验结果表明：PVA纤维具有良好的阻裂增韧效用，能够显著提高水泥基复合材料的抗裂性能和变形能力；PVA 纤维可明显改善混凝土弯曲韧性，且PVA 纤维混凝土的弯曲韧性指数明显高于聚丙烯（ PP）纤维混凝土。
PVA纤维具有化学纤维共有的优点，且价格相对较低，弹性模量高，但由于其在水泥混凝土领域的研究非常少，因此远未得到充分利用。王永波等通过对PVA纤维和混凝土进行研究，发现PVA纤维可有效地改善水泥基材料的抗裂性能，因此可在建筑工程中，有效地提高砂浆及混凝土的抗裂能力；PVA纤维的加入有效地改善了水泥混凝土的韧性，实验结果显示提高值可达67%以上。
詹炳根等采用低掺量（纤维体积率为1 %～2 %） 的高强度高弹模聚乙烯醇纤维（简称PVA 纤维） 进行延性纤维基材料韧性的研究。结果表明，随着纤维体积率的增大及砂灰比的减小，高强高弹PVA 纤维增强水泥基材料的韧性提高。凹善了纤维与基体的界面，从而也改善PVA 纤维增强水泥基材料的韧性，但掺量有一个最佳值。较高的长径比对PVA 纤维增强水泥基材料韧性有较好地改善作用。
王有凯等对PVA 纤维增强水泥基复合材料（ PVA - Fiber Reinforced Cementitious Composites，以下简称PVA - FRCC） 进行了四点弯曲试验，得到荷载- 挠度曲线， 结果表明，PVA - FRCC 较基体混凝土的变形能力得到显著改善，由突然的脆性破坏变为具有较好韧性的延性破坏，破坏时出现多缝开裂现象。
高模量的聚乙烯醇纤维可代替钢筋增强水泥基材料的韧性，使其呈现假应变硬化和多缝开裂的特征，从而改善结构的耐久性。陈雪等通过三点弯曲试验得出不同配比下纤维增强水泥基复合材料（ECC） 的抗弯曲特性。结果表明，水灰比越大，ECC的抗弯强度越小，但水灰比小，会降低基体流动性能，不利于施工操作；随着纤维质量分率的增大，ECC的抗弯性能先增后降，纤维的长径比越大，弯曲性能越好。
2 PVA纤维水泥基材料力学性能及耐久性
冻融、盐侵蚀等因素是导致混凝土及其他水泥基材料和结构性能退化和服役寿命缩短的重要因素。。Mehta1 在总结50 年来混凝土耐久性的研究进展时指出：“当今世界混凝土破坏原因，按重要性递减顺序排列是：钢筋锈蚀、冻害、腐蚀作用”。因此，改善混凝土的抗冻性对提高其耐久性意义重大。
刘曙光等分析了PVA 纤维水泥基复合材料在盐冻环境下的损伤原理及特性，进行了寿命预测。（1）PVA 纤维水泥基复合材料盐冻环境下的损伤是由静水压力和渗透压力产生的内应力而引发的，其破坏过程是静水压力和渗透压力反复作用下材料内部损伤积累的结果。（2）基于损伤力学提出的混凝土损伤模型Er=1+bN+0.5cN2 适用于PVA 纤维水泥基复合材料，具有较高的拟合精度。模型的验证可为进一步研究冻融环境下PVA 纤维水泥基复合材料的损伤规律以及寿命预测提供依据。（3）纤维体积掺量为1.5%的PVA 纤维水泥基复合材料具有较好的抗盐冻性能。
周在权等为研究PVA 纤维对水泥基复合材料收缩开裂性能的影响，通过圆环收缩试验对纤维含量分别为0%，0.75%，1.5%的SHCC 砂浆粉和纤维含量为0.9%的PVA 增强混凝土进行了试验。试验结果表明，PVA 的掺入明显改善了砂浆抗干燥收缩的能力，SHCC 呈现出多裂缝开裂，且最大裂缝宽度都控制在0.1mm 以内。从收缩应变和最大裂缝宽度来看，PVA 增强混凝土明显优于一般混凝土。2
刘曙光等通过氯盐环境中的快速冻融试验研究了纤维体积率、冻融循环次数、粉煤灰、硅粉对聚乙烯醇（PVA）纤维水泥基复合材料抗盐冻性能的影响。试验结果表明：PVA纤维的掺入可明显改善水泥基复合材料的抗盐冻性能；PVA纤维在基体中分散性较好，且与水泥基体界面结合状况较好；而粉煤灰、硅粉的掺入未明显改善PVA纤维水泥基复合材料的抗盐冻性能。
水在PVA 纤维水泥基复合材料中的渗透性一定程度上决定PVA 纤维水泥基复合材料的劣化速度。基于达西定律，刘曙光等在试验研究基础上，推导得出水在PVA 纤维水泥基复合材料中渗透系数的计算模型。研究结果表明，1）PVA 纤维可以明显提高水泥基复合材料的抗渗性能；2）粉煤灰和硅粉的掺加降低了PVA 纤维水泥基复合材料的抗渗性能。
3 结语
由上述各位科学工作者的科学成果中可以知道：
1）在力学性能方面：PVA纤维具有良好的阻裂增韧效用，能够显著提高水泥基复合材料的抗裂性能和变形能力； PVA 纤维可明显改善混凝土弯曲韧性，且PVA 纤维混凝土的弯曲韧性指数明显高于聚丙烯（ PP）纤维混凝土。有效地提高砂浆及混凝土的抗裂能力；较高的长径比对PVA 纤维增强水泥基材料韧性有较好地改善作用。PVA纤维的加入可以是混凝土突然的脆性破坏变为具有较好韧性的延性破坏，破坏时出现多缝开裂现象。
2）在耐久性方面：PVA纤维的加入可以使水泥基复合材料具有良好的抗盐冻性能；PVA 的掺入明显改善了砂浆抗干燥收缩的能力；PVA 纤维可以明显提高水泥基复合材料的抗渗性能；粉煤灰和硅粉的掺加降低了PVA 纤维水泥基复合材料的抗渗性能。
参考文献
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