PVA增强尾矿砂水泥基复合材料,是一种高韧性环保型材料,利用尾矿砂代替50%天然砂、用粉煤灰代替部分水泥,用PVA纤维来增强水泥基复合材料,不仅将工业废料回收利用,而且使得原本脆性的水泥基复合材料的韧性得以改善,达到环保和增韧的双重效益。本文在课题组前期研究的基础上,对PVA增强尾矿砂水泥基复合材料的韧性性能进行了系统研究。首先,基于水泥基复合材料制备基本原理和制备试验,确定了配合比设计方案;其次,通过静力加载试验,研究了试件在压缩、拉伸、弯曲和剪切等不同受力变形状态下的韧性性能;最后,根据落锤冲击试验和断裂特性试验,研究了试件的冲击韧性和断裂韧性。运用韧性比和韧性指数双重指标对试件韧性进行了表征,讨论不同水胶比以及不同纤维掺量对试件韧性的影响规律。主要研究内容和研究成果如下所示:(1)基于已有研究成果和大量的试配试验,确定了本研究的配合比方案,开展了不同水胶比(0.25、0.3、0.35)和不同纤维掺量(0%、1%、2%)试样的立方体抗压、劈裂拉伸以及三点弯曲等基本力学性能试验。试验结果表明:各组配合比均满足工作性能要求,当水胶比为0.35、纤维掺量为2%时,试件的力学性能和工作性能相对较好。(2)通过轴心抗压、轴心抗拉、四点弯曲以及双面剪切试验,获取相应受力状态下的荷载-变形曲线,得到不同变形状态下试件吸收变形能大小,并利用韧性比和韧性指数双特征指标对不同水胶比和不同纤维掺量试件的韧性进行了表征,结合微观扫描电镜试验以及弯曲自愈合试验,进一步对试件的静态韧性进行评价。试验结果表明:在不同的加载模式下,未掺加纤维的试件发生典型的脆性破坏,而适当掺加纤维能够显著提高试件的压缩韧性、拉伸韧性、剪切韧性和弯曲韧性,使得试件发生延性破坏。在本试验范围内随着水胶比的不断增加,试件的韧性质量和韧化程度显著提高。通过对拉伸试样进行不同放大倍数下的扫描电镜试验,得出适当掺入纤维能够改善水泥基复合材料的内部黏结作用,降低内部孔隙率,促进基体内部水化反应,生成的水化产物与纤维黏结状态良好。根据弯曲自愈合试验可知,弯曲损伤试件养护龄期越高,其弯曲韧性恢复率越大。(3)对试件分别进行断裂特性试验和落锤冲击试验,由三点弯曲试验得到荷载-位移曲线和P-CMOD曲线,通过双K断裂准则分别计算起裂断裂韧度、失稳断裂韧度以及断裂能,根据双K断裂参数,讨论了不同纤维掺量和不同水胶比对断裂能的影响。由落锤冲击试验获得初裂冲击能与破坏冲击能,利用冲击韧性指数分析了不同纤维掺量和不同水胶比对冲击韧性的影响,通过扫描电镜试验从微观角度分析材料增韧机理。试验结果表明:初裂冲击耗能和初裂时冲击次数几乎为定值,且不随纤维掺量和水胶比发生改变,而破坏冲击耗能和破坏时冲击次数均与上述两种影响因素有关。起裂断裂韧度整体趋势上随着水胶比的增加而下降,随着纤维掺量的增加而略有增长,而未掺有纤维试件的失稳断裂韧度与水胶比变化几乎无关。掺有纤维试件水胶比与断裂能呈正相关,断裂能均超过了4800N/m。