基于PVA纤维的可喷射高延性水泥基复合材料基本性能研究

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高延性水泥基复合材料,简称ECC(Engineered Cementitous Composites),具有和金属相似的显著应变硬化特征以及多缝开裂的特性。ECC控制裂缝宽度的能力,可避免有害物质侵入结构内部而引起钢筋腐蚀、混凝土结构膨胀的问题,从而提高建筑结构的耐久性和安全性。喷射技术是一种施工效率高,工程适应性强的无模板施工方法。研究一种可进行喷射施工的ECC材料既能够提高建筑结构寿命,又能在复杂工作环境下完成修补任务,具有广泛的应用前景。然而,ECC配料所用的纤维价格高昂,纤维费用占总材料费用近80%,导致ECC成本较高,此外,现有性能优异的ECC多采用日本进口的聚乙烯醇纤维(Polyvinyl Alcohol Fiber,PVAF),其高昂的成本限制ECC在工程上的应用范围。另外,ECC多采用12mm长纤维,分散困难,容易结团,常导致喷管堵塞。通过采用成本更低的国产PVAF,并将PVAF长度调整为8mm,获得了一种可喷射高延性水泥基复合材料(PVA-ECC)及其制备方法,使其满足喷射混凝土的双阶段特性(新鲜状态下良好的流动性可满足喷射要求及喷射后与结构面有良好的粘聚性),并且仍具备ECC应变硬化特性及高耐久性。主要研究内容如下:(1)研究了可喷射国产PVA-ECC的配合比及其工作性能。通过跳桌试验研究了粉煤灰、偏高岭土、PVAF掺量、PVAF长度及水胶比对可喷射PVA-ECC工作性能影响。试验表明随着水胶比、粉煤灰掺量等增加,拌合物流动性改善。随着PVAF掺量、PVAF长度、偏高岭土的增大,可喷射PVA-ECC流动度减少。通过湿喷机测试可喷射PVA-ECC喷射性能可知,50%粉煤灰与10%偏高岭土复掺即可得到满足喷射施工要求的可喷射PVA-ECC。(2)对已获得的可喷射PVA-ECC材料的基本力学性能开展了研究。测试已具有优异工作性能配合比的立方体抗压强度、哑铃试件拉伸单轴拉伸性及薄板弯曲性能,分别研究粉煤灰、偏高岭土、水胶比、PVAF掺量及长度对可喷射PVA-ECC力学性能的影响,绘制拉应力-应变曲线、荷载-挠度曲线。试验表明可喷射PVA-ECC具备应变硬化和多缝开裂特征,可喷射PVA-ECC极限拉伸应变最大可达4.95%,峰值挠度最大23.2mm。(3)研究可喷射PVA-ECC材料的耐久性。通过RCM试验、抗渗试验、抗硫酸根试验测试可喷射PVA-ECC材料的耐久性,研究粉煤灰、偏高岭土、PVAF掺量及PVAF长度、水胶比对可喷射PVA-ECC氯离子迁移系数、相对渗透系数及抗硫酸根侵蚀能力影响。对比氯离子迁移系数评价表判定抗氯离子渗透能力,试验表明粉煤灰及偏高岭土的掺入显著提高可喷射PVA-ECC耐久性。
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