钢-PVA混杂纤维混凝土力学性能研究

钢-PVA混杂纤维混凝土力学性能研究

梁伟

天津市富士房地产开发有限公司

摘要：钢-PVA混杂纤维混凝土在国内外得到广泛的关注和研究，钢纤维和PVA纤维分别具有良好的力学性能和抗裂性能，将它们混合应用于混凝土中，充分发挥各自的优势，提高混凝土的整体性能。本研究旨在探究钢-PVA混杂纤维混凝土的力学性能，为其在工程中的应用提供科学依据和指导。通过对材料选择、施工工艺和力学性能等方面的研究，可为进一步优化钢-PVA混杂纤维混凝土配合比和施工工艺提供参考，促进其在工程中的广泛应用。

关键词：钢-PVA；混杂纤维；混凝土力学性能；

前言：钢-PVA混杂纤维混凝土是一种新兴的建筑材料，由钢纤维和PVA纤维混合而成。钢纤维具有良好的抗拉强度和耐久性，有效地增强混凝土的抗裂性能和抗冻融性能。而PVA纤维具有较高的弯曲强度和韧性，增加混凝土的抗剪强度和抗折性能，将钢纤维和PVA纤维混合应用于混凝土中，使混凝土具有较高的综合性能。

一、钢-PVA混杂纤维混凝土制备方法

（一）材料选择

为保证钢-PVA混杂纤维混凝土性能，从原材料的角度进行筛选。主要包括：（1）钢纤维：钢纤维是钢-PVA混合纤维混凝土的关键部件之一。它提供优异的抗拉强度、韧性和抗裂性。钢纤维的选择应考虑其强度、长宽比和耐久性。

图1：钢纤维

（2）PVA纤维：PVA纤维是钢-PVA混合纤维混凝土中的另一个重要成分。它提高混凝土的抗拉强度、延性和抗冲击性。PVA纤维选择应考虑其抗拉强度、长径比和与水泥的相容性。

（3）水泥：水泥是混凝土中粘结材料。水泥的选择应考虑其类型、等级和细度。普通硅酸盐水泥（OPC）或混合水泥适用于钢-PVA混合纤维混凝土。

（4）骨料：骨料，包括沙子和石头，提供稳定性和体积。骨料选择应考虑它们的级度、颗粒形状和尺寸。建议采用带角颗粒的聚集体，以改善基质与纤维之间的粘结。水泥是混凝土中的粘结剂，将骨料、沙子和水结合在一起，形成强大的复合材料。选择合适的水泥类型和强度至关重要，以确保混凝土的耐久性和强度。（5）外加剂：加入外加剂可提高钢-PVA混合纤维混凝土的比性能。例如：高增塑剂提高工作性，降低含水量，而吸气剂提高抗冻融性。钢-PVA混合纤维混凝土材料的选择应旨在在强度、耐久性、可加工性和成本效益之间达到平衡，实验室测试和研究数据帮助指导最佳材料组成的选择过程[1]。

（二）施工工艺

1.混合

混合过程对获得混凝土基体中钢和PVA纤维均匀分布起着至关重要的作用。需将干燥材料（水泥、骨料）在混凝土搅拌机中彻底搅拌一段时间。逐渐向搅拌机中加水，同时继续搅拌，直到达到均匀的稠度。同时加入钢纤维和PVA纤维，继续混合，直到纤维均匀地分散在整个混合物中，纤维混合时间应比传统混凝土更长，以确保纤维的适当分布。

2.浇筑

适当浇筑技术必须确保钢-PVA混合纤维混凝土的完整性和均匀性，准确地准备模板，确保正确对齐和稳定。将混合混凝土分层倒入模板，使用振动器消除空隙，确保适当压实。确保混凝土在模板内均匀分布和整平，避免过度振动，从而导致纤维分离[2]。

3.固化

固化对于钢-PVA混合纤维混凝土强度和耐久性的发展至关重要，用养护板或塑料覆盖新浇注混凝土，以防止快速水分流失。在特定时间内保持潮湿和稳定的固化环境，通常为7到28天。定期湿润混凝土表面，防止在养护过程中干燥和开裂，监测养护温度，以确保其保持在特定混凝土配合比设计的推荐范围内。

4.质量控制

应定期采取质量控制措施，以保证钢-pva混合纤维混凝土性能，进行坍落度试验以评估新混凝土加工性，对固化试样进行抗压强度试验，以评估强度随时间的发展。监测混凝土的耐久性性能，如抗冻融性、氯离子渗透性和抗碳化性。适当施工技术，包括准确的材料测量，有效混合和压实，以及适当养护，对于实现钢-PVA混合纤维混凝土的预期力学性能至关重要。通过遵循这些准则，承包商确保该创新建筑材料的成功实施。

二、钢-PVA混杂纤维混凝土力学性能研究

（一）纤维种类

在钢-PVA混杂纤维混凝土中，通常使用的纤维种类包括：（1）钢纤维：钢纤维一般使用钢丝或钢纤维丝的形式，具有高强度和耐久性，可以有效增加混凝土的抗拉强度和抗冲击性能。（2）聚乙烯醇纤维（PVA纤维）：PVA纤维是一种合成纤维材料，具有高强度和高模量，能够有效抵抗混凝土的塑性收缩和开裂，改善混凝土的抗裂性能。这两种纤维的组合应用可以充分发挥各自的优势，提高混凝土的力学性能和耐久性。在混凝土配制中，钢纤维和PVA纤维的掺量和配比需要结合具体工程要求进行确定。

（二）抗拉强度

准备不同比例的钢纤维和PVA纤维，以实现不同的纤维体积分数。在此基础上，对混凝土试件进行养护，以确保试件的均匀性和稳定性，通过拉伸试验来测试混凝土试件的抗拉强度，以评估钢-PVA混杂纤维混凝土的抗拉性能。钢-PVA纤维的加入，提高混凝土抗拉强度，钢纤维为混凝土基体提供钢筋，增加其抗拉应力能力，PVA纤维通过增强纤维与混凝土基体之间的结合提高抗拉强度。钢和PVA纤维含量增加导致混凝土中纤维体积分数的增加，从而形成更高的抗拉强度

[3]。

（三）抗剪强度

试验数据表明，钢-PVA混杂纤维混凝土比普通混凝土具有更高的抗剪强度，随着钢纤维和PVA纤维含量增加，钢-PVA混合纤维混凝土的抗切强度在一定范围内增加。例如：添加0.5%钢-pva纤维导致其剪切强度比普通混凝土高25%。钢纤维含量范围为0.5%至2.5%，若该量继续增加，会使抗剪强度增强约10%至30%。在混凝土混合物中加入PVA纤维对抗剪强度也有积极的影响，在PVA纤维含量按体积计算为0.1%至0.3%范围内，混凝土的抗剪强度逐渐提高约5%至15%。这些观察结果说明，钢-PVA混杂纤维混凝土中，钢纤维和PVA纤维含量与抗剪强度提升之间具有明确关联。试验结果提供强有力的证据，表明将钢-pva混合纤维加入混凝土基体中，显著提高其抗剪强度，超过普通混凝土[4]。

（四）抗冻融性能

钢-PVA混杂纤维混凝土抗冻融性能得到显著提高，因为钢纤维和PVA纤维的加入，提高混凝土抗渗性能，从而降低冻融作用对混凝土的破坏。这些纤维增强混凝土基体不渗透性，从而减少冻融循环造成的损害。当经历冻结和解冻时，混凝土孔隙中水在冻结时膨胀，在解冻时收缩，导致混凝土结构开裂、剥落和变质，钢纤维和PVA纤维的加入改变冻融过程的行为。钢纤维起到加固作用，帮助分配由冻融循环引起的应力。它们抑制裂缝的移动，防止裂缝传播，从而提高混凝土的整体耐久性。PVA纤维通过创建一个互锁纤维网络改善混凝土不渗透性。这个网络限制水侵入混凝土，减少冻融破坏的风险，PVA纤维增强混凝土的抗拉强度和延性，使其更耐冻融造成循环应力。通过提高混凝土的不渗透性、抗拉强度和裂缝桥接能力，PVA纤维的加入有效地减轻冻融的负面影响。从而提高抗冻和融化性能，延长混凝土结构使用寿命，降低维护成本。

结束语：综上所述，钢-PVA混杂纤维混凝土具有优异力学性能，经过适当的材料选择和施工工艺，能够达到设计要求并提高混凝土强度和耐久性。然而，仍有一些未解决的问题需要进一步研究，比如混凝土耐久性和应用范围的扩展。只有通过深入研究和实践，我们才能更好地理解和应用钢-PVA混杂纤维混凝土，为工程建设提供更可靠的解决方案。

参考文献：

[1] 黄勇贵.PVA纤维增强超高性能混凝土的力学性能研究[J].福建建材, 2023(10):6-9.

[2] 王新,黄磊群,覃伟恒,等.混杂纤维机制砂混凝土力学性能试验研究[J].工业建筑, 2023, 53(7):199-208.

[3] 陈东林,王学志,刘华新.基于灰色关联分析的 RTSF-PVA混杂纤维矿渣混凝土的力学性能分析及优化[J].复合材料科学与工程, 2022(12):54-61.

[4] 陈宇良,张绍松,徐金俊,等.压剪作用下PVA纤维再生混凝土力学性能试验研究[J].材料导报, 2023, 37(11):108-114.