第5卷 第5期2007年10月南水北调与水利科技
South 2to 2North Water Transfers and Water Science &Technology Vol 15No 15Oct 2007
工程技术收稿日期:2007206207 修回日期:2007209204
作者简介：邓宗才(19612)，男，陕西扶风人，教授，博士生导师，主要从事智能结构、高性能纤维混凝土、现代纤维等领域的研究。 邓宗才，薛会青，李朋远
(北京工业大学建筑工程学院，北京100022)
摘要：为了掌握具有高强度和弹性模量的聚乙烯醇纤维(PV A )增强混凝土的抗弯韧性，对PVA 纤维混凝土的弯曲韧性进行了系统试验，测定了不同纤维掺量纤维混凝土梁的荷载—挠度全曲线。基于美国ASTM 方法，分析了PV A 纤维增强混凝土的弯曲韧性。研究表明:PV A 纤维可显著提高混凝土抗弯韧性和变形能力，纤维掺量为0178kg/m 3、
110kg/m 3和113kg/m 3时，韧性指数I 5分别比素混凝土提高2189、2182和3124倍,I 10分别比素混凝土提高4133、5108
和6129,I 30分别比素混凝土提高7191、7198和8183。在纤维体积率相同情况下,PVA 纤维混凝土抗弯韧性高于聚丙烯纤维混凝土;PV A 纤维使混凝土由脆性破坏变为延性破坏。关键词:PVA 纤维；弯曲韧性；混凝土
中图分类号:TU5281572 文献标识码:A 文章编号:167221683(2007)0520139203
Flexural Toughness of Polyvinyl Alcohol(PVA)Fiber R einforced Concrete B eams
DEN G Zong 2cai ,XU E Hui 2qing ,L I Peng 2yuan
(S chool of Civil Engineering ,Bei j ing Universit y of Technology ,Bei j ing 100022,China )
Abstract :The polyvinyl alcohol fibers a new type fiber.In order to study t he flexural toughness of PVA fiber reinforced concrete ,t he flexural toughness experiment s of concrete wit h PVA fibers ,and PP fiber are made at t he same time ,and t he load —deflection curve of all beams are ob 2tained 1Based on t he ASTM met hod ,t he flexural toughness of concrete wit h PVA ,PP fibers are all analyzed.The experimental result s indicate t hat t he PVA fiber can improve t he flexural toughness
and t he deformation ability of concrete beams.The flexural toughness index I 5and I 10of concrete wit h PVA fiber are 3.24and 6.29times higher t han t hat of t he plain concrete respectively.For t he same fiber volume ratio of 0.1%,t he flexural toughness index of PVA fiber reinforced concrete is higher t han t hat of concrete wit h PP fiber.PVA fibers can improve t he toughness and deformation ability of concrete remarkably ,and t he failure mode is changed from brittle to ductile fract ure.K ey w ords :cellulose fiber ;steel fiber ;hybrid fiber ;flexural toughness ;concrete体育人间
1 前 言
混凝土具有抗压强度高、刚度大的特性，但抗裂性、抗冲击性和变形能力较差。因此，通过掺入纤维来降低脆性，提高混凝土变形能力和韧性等是今后发展方向。合成纤维增强混凝土中拥有根数巨多的乱向分布的纤维，可以有效地防止混凝土的早期开裂，改善混凝土的品质，减少混凝土在施工期的裂缝和缺陷，提高混凝土的韧性、抗冲击、抗冻融、抗渗、抗疲劳等耐久性[124]。
聚乙烯醇纤维(PVA )具有良好的亲水性，纤维表面能够吸附少量自由水，与水泥基体的黏结强度很高；而聚丙烯
(PP )等合成纤维表面疏水性，其界面黏结强度比PVA 纤维
低。日本生产的PVA 纤维，分散性能很好，对混凝土施工性能几乎没有影响。PVA 纤维本身具备较高的强度和弹性模量，它不但能够有效地抑制混凝土早期的塑性裂缝，而且可以
提高混凝土的韧性及抗冲击性能，同时改善混凝土的抗渗性、抗冻性、抗碳化性能、耐磨性能，从而提高混凝土的耐久性。
PVA 纤维应用范围广阔，可广泛用于公路桥梁与道路工程、
铁道工程、隧道工程、水利及能源工程、机场道面、工业地坪、基础工程等领域。还可用于预制铁道轨枕、电杆和各种管道等[425]。
目前关于合成纤维、钢纤维混凝土弯曲韧性的研究较多，但关于不同纤维掺量的PVA 纤维混凝土韧性的研究较少[528]，本文研究了不同PVA 纤维掺率混凝土的抗弯韧性和弯曲变形性能，并与聚丙烯纤维混凝土进行了比较。
2 试验研究
2.1 纤维材性
PVA 纤维由日本尤尼吉可贸易有限公司提供，纤维材性
详见表1。
・
931・
工程技术
表1 纤维材性
纤维
种类
密度
/(g ・cm 23)抗拉强
度/MPa
纤维长度
/
mm 弹性模量
/GPa PVA 纤维
113016201243聚丙烯纤维
019
380
19
417
212 混凝土配合比及试件
混凝土配合比为：水泥360kg/m 3，水163kg/m 3,I 级粉煤灰70kg/m 3，砂子648kg/m 3，石子1206kg/m 3，减水剂
118kg/m 3
田李蓓
，水泥为P 1O3215普通硅酸盐水泥。
表2为混凝土试件中纤维的品种及其掺量，其中试件
PVA1、PVA2、PVA3中PVA 纤维的质量掺量分别为0178kg/m 3、110kg/m 3和113kg/m 3;PP1为聚丙烯纤维混凝土试
件，纤维质量掺量为019kg/m 3。
表2 纤维掺量
试件
编号
纤维体积掺量
(%)纤维质量掺量/(kg ・m 23)
C 0010PVA101060178PVA201076110PVA30110113PP1
0110
019
王绪恭 试件用100mm ×100mm ×400mm 的模具浇注，试件浇注24h 后脱模，在标准养护室养护28d ，试验前3h 从养护室取出晾干。PVA 纤维混凝土至少完成5个试件的抗弯韧性试验，素混凝土和PP 纤维混凝土各为2个试件。
gg-238213 试验方法
按照美国ASTM
规范要求，用三分点加载梁进行试验，梁跨度为300mm 。试验在Instron1343伺服系统机上进行按照恒位移控制方法加载。为了提高梁挠度测试的精度，在挠度记录中不包括在支座处的沉降、加载点的位移及钢板与试件间的缝隙及钢板的弹性变形等。梁挠度的测定采用日本
YO KE 方法。将夹式引伸仪置于试件的中性轴测定梁的挠
度。该装置还能消除梁扭转变形引起的附加变形。位移速率
0110μm/s 。计算机自动采集数据，得到荷载—挠度全曲线。
3 试验结果
311 抗弯韧性指数
纤维混凝土弯曲韧性试验结果见表3。由表3可知，在混凝土中掺入纤维，混凝土的弯曲韧性指数有明显提高,
PVA 纤维掺量为1kg/m 3时，韧性指数I 5比素混凝土提高
了218倍(素混凝土的韧性指数为1),I 10比素混凝土提高511倍,I 30提高7198倍;PVA 纤维掺量为113kg/m 3时,I 5、I 10、
phc桩
I 30分别比素混凝土提高312、613、818倍。
试件PVA3和PP1中PVA 和PP 纤维体积掺量均为
011%，发现,PVA3试件韧性指数I 5比PP1试件提高47%,I 10比PP1试件提高48%,I 30比PP1试件提高91%，即PVA
纤维混凝土的弯曲韧性指数明显高于PP 纤维混凝土。这是由于PVA 纤维与混凝土界面黏结强度高，且强度和弹性模
许佑嘉
量高，它对硬化混凝土变形能力能够有明显改善。
表3 纤维混凝土梁抗弯韧性试验结果
试件编号
韧性指数
I 5
I 10
I 30
最大荷载/N
抗弯拉强度
/MPa C 平均值11001100110017600115128PVA1-241965139815520367126111PVA1-331224163711119500115170PVA1-4411561911017418000145140PVA1-531865186919219500105170PVA1-631264185812519800115194PVA1平均值3189
5153819119433155182PVA2-131665134719723113116193PVA2-2410071211918921078126132PVA2-3418571141012422967116189PVA2-431385101811921400126142PVA2-531054157717121000116130PVA2-641007121918920600136118PVA2平均值3182
6108819821911176157PVA3-1416471781310526321147190PVA3-24165817523003156190PVA3-331284198811022000116160PVA3-44197915823348167100PVA3-531695134813322500126175PVA3平均值4124
7129918323434167102PP1平均值
2187
4190
5114
1756617
5130
另外，由于PVA 纤维强度和弹性模量高,PVA 纤维混凝土的抗弯拉强度比PP 纤维混凝土高，当体积掺量均为011%时,PVA 纤维混凝土弯拉强度比PP 纤维混凝土提高32%。表明高弹性模量的PVA 纤维可以提高混凝土的抗弯拉强度。
312 变形性能
PVA 纤维改善了混凝土变形能力，即使基材中出现大量
的分散裂缝，仍可继续承受一定的荷载。典型的纤维混凝土荷载—挠度曲线如图1—图3所示。
・041・第5卷总第32期・南水北调与水利科技・2007年第5期
工程技
术图3 PVA3荷载—挠度曲线
由图1—图3可见，掺入PVA 纤维后混凝土的变形性能得到明显的改善，由脆性破坏变为具有一定延性的破坏。试件PVA1、PVA2峰值后下降较快，但后期下降段趋于缓慢;
PVA3峰值后下降比较缓慢，试验测得了挠度为114mm 时
的承载力，而PVA2和PVA1只测得了挠度为110mm 时的承载力。
4 结 论
(1)PVA 纤维掺量为0178～113kg/m 3
时，纤维混凝土
韧性指数I 5介于3182～4124,I 10介于5153～7129,I 30介于
8198～9183，表明PVA 纤维明显改善了混凝土弯曲韧性。
(2)当PVA 纤维与PP 纤维的体积掺量均为011%时,PVA 纤维混凝土韧性指数I 5比PP 纤维混凝土提高47%，可
见PVA 纤维对改善混凝土抗弯韧性的效果明显优于聚丙烯纤维。
(3)由荷载—变形全曲线可见,PVA 纤维混凝土开裂后
仍可承受荷载，使混凝土由脆性破坏变为延性破坏，明显改善了混凝土变形能力。
4)纤维体积掺量相同时,PVA 纤维比PP 纤维增强混凝
土的抗弯拉强度高。参考文献:
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・动态・
国务院南水北调办公室安全生产领导小组
和重特大事故应急处理领导小组第五次全体会议召开
2007年9月12日，国务院南水北调办公室安全生产领导小组和重特大事故应急处理领导小组(以下简称“领导小
组”)召开第五次全体会议。国务院南水北调办公室副主任、领导小组组长宁远主持，领导小组成员参加了会议。
会议传达学习了《国务院办公厅关于进一步加强安全生产工作坚决遏制重特大事故的通知》
(国办发明电[2007]38号)文件精神，听取了领导小组办公室关于近期南水北调工程安全生产工作情况的汇报，研究分析了当前南水北调工程安全生产形势，对贯彻落实国务院办公厅通知要求及做好下一步安全生产管理工作做了具体部署。会议还对其他有关事项进行了研究。
・
141・ 邓宗才等・PVA 纤维增强混凝土的弯曲韧性
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