PVA纤维对混凝土性能的影响研究

根据设计对抗冲磨混凝土配合比试验的要求，对硅粉（掺量5%）+粉煤灰（掺量25%）+羧酸减水剂混凝土及（PVA聚丙烯）纤维+粉煤灰+羧酸减水剂混凝土进行了力学性能、耐久性能、变形性能试验，现分述如下：

（1）PVA纤维对混凝土力学性能的影响。纤维在水泥混凝土中的作用，可以做如下简要描述。在水泥混凝土中掺入一定量的纤维，当水泥凝固后，纤维在试件中呈三维乱向分布，能有效提高水泥混凝土构件的物理力学性能。在纤维增强的水泥混凝土复合材料中，纤维能减少水泥基体收缩而引发的微裂纹，在受荷初期能延缓和阻止基体中微裂纹的扩展并最终成为外荷载的主要承载者。

在混凝土中掺入一定量的聚丙烯纤维具有防止或减少混凝土裂缝、改善混凝土长期工作性能、提高变形能力和耐久性等优点，因而在工程上得到广泛的应用。同不含纤维的普通混凝土相比，聚丙烯纤维混凝土的脆性指数有所降低，弹性模量降低，极限拉伸变形增大。聚丙烯纤维所具有的这些特征，有利于提高混凝土的延性，改善混凝土变形性能，这对约束混凝土裂缝的扩展以及提高混凝土裂后的承载能力都起很大的作用。混凝土的收缩试验结果表明，掺入一定量的聚丙烯纤维可以明显地减少混凝土的收缩变形，随着纤维掺量的增加，其收缩变形减少的幅度加大（见表4.11、图4.6和图4.7）。

从表4.11可以看出：在煤灰、硅粉及聚羧酸减水剂掺量固定的条件下，在掺与不掺PVA纤维的情况下，混凝土各水胶比的7d、28d抗压强度及28d劈拉强度均无明显差异。

（2）PVA纤维混凝土抗冲磨性能的影响（见表4.12、图4.8和图4.9）。

从表4.12可看出：在硅粉混凝土中掺入PVA纤维后，仍然遵循抗冲磨强度随水胶比的降低而增大的基本规律，同不掺纤维的硅粉混凝土比较，抗冲磨强度基本处于同一水平。

（3）PVA纤维对混凝土干缩性能的影响（见表4.13）。

表4.11　PVA纤维对混凝土性能检测结果表

图4.6　不掺PVA纤维的强度图

图4.7　PVA纤维为0.9kg/m3的强度图

表4.12　PVA纤维混凝土抗冲磨性能检测结果表

图4.8　28d圆环法抗冲磨强度图

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图4.9　28d水下钢球法抗冲磨强度图

表4.13　PVA纤维混凝土干缩检测结果表

混凝土干缩和湿涨是由混凝土内部的水分变化而引起的。干缩是混凝土浇捣3d以后最主要的混凝土收缩组成部分，在后期，干缩的发展往往与荷载因素共同作用，从而加速裂缝的产生。混凝土的干燥收缩机理通常是：毛细孔失水，形成弯月面，在毛细孔张力的作用下产生收缩。在混凝土中掺入纤维材料后，与未掺纤维相比，首先由于表层材料中存在纤维，从而使毛细管失水收缩形成的毛细管张力有所减少；其次，纤维在混凝土中的乱向分布形势有助于削弱混凝土的塑性收缩，收缩的能量被分散到每立方米数千万条具有高抗拉强度的纤维单丝上，抑制了混凝土的细微裂缝的产生和发展。因此，掺入PVA纤维后，混凝土中后期的干缩变形略有降低。

（4）PVA纤维对混凝土自生体积变形性能的影响。在固定水胶比、煤灰及硅粉掺量的前提下，分别进行对掺加PVA纤维和基准混凝土自生体积变形的检测（见表4.14和图4.10）。

表4.14　PVA纤维混凝土自生体积变形检测结果表

图4.10　PVA纤维混凝土自生体积变形图

从表4.14可以看出：硅粉混凝土与硅粉+PVA纤维混凝土自生体积变形均为收缩趋势，且收缩值基本一致。

（5）PVA纤维对混凝土热学性能的影响。其检测结果见表4.15。

表4.15　PVA纤维混凝土热学性能检测结果表

检测结果表明：在硅粉混凝土中掺入PVA纤维后，其导温系数、导热系数均有所减小，其比热有所增大，符合比热大的材料其导温、导热性能相对较差的规律；由于PVA纤维掺入后，致使硅粉混凝土的导温性能、导热性能有所降低，在绝热环境中，掺入PVA纤维的硅粉混凝土其绝热温升高于基准混凝土，这也符合导热、导温能力差的材料在绝热状态下，其散热速度较为缓慢，导致温升相对较高的规律。

通过对HF混凝土、硅粉混凝土、硅粉加PVA纤维混凝土的抗冲磨强度及干缩性能比较得出：HF混凝土的抗冲磨强度较其他两种混凝土略为偏低，后期干缩值偏大；硅粉加PVA纤维混凝土的抗冲磨强度与硅粉混凝土无明显差别，但其干缩值要偏小，这有利于防止混凝土开裂。

但根据其他一些工程的施工经验可知：与硅粉混凝土相比而言，HF粉煤灰混凝土具有和易性好、施工较为方便、结构物更易振平和不易开裂等优点。其结构物的综合抗冲磨性能有可能更好。

硅粉混凝土、硅粉加PVA纤维混凝土和HF混凝土的综合性能还有待于大型工艺试验进行验证。