聚乙烯醇纤维水泥基复合材料水压渗透模型与分析

水在PVA纤维水泥基复合材料中的渗透性一定程度上决定PVA纤维水泥基复合材料的劣化速度。基于达西定律,本文在试验研究基础上,推导得出水在PVA纤维水泥基复合材料中渗透系数的计算模型,分析了纤维体积率、粉煤灰、硅粉对PVA纤维水泥基复合材料抗渗性能的影响。研究结果表明,该模型能很好地评价水在PVA纤维水泥基复合材料中的渗透性。

混杂聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料力学性能

目前配置ECC(engineered cementitious composites,ECC)的聚乙烯醇纤维(polyvinyl alcohol,PVA)主要由日本可乐丽公司生产,成本较高.国产PVA价格合理,但国产PVA-ECC的拉伸延性有限,为了进一步提高水泥基复合材料的拉伸延性,兼顾应用成本,将国产PVA纤维和日本产PVA纤维以一定的比例混合,配制混杂PVA-ECC,为实际工程结构性能提升提供更多的材料选择.首先基于微观力学模型,确定混杂PVA-ECC中PVA纤维的体积分数,对设计的5组不同配合比的混杂PVA-ECC试件进行四点弯试验、单轴拉伸试验及单轴压缩试验,确定混杂PVA-ECC的较优配合比.最后对典型配合比ECC进行性能和成本对比分析,提出了低成本、较低拉伸性能的配合比M7,中等成本、较高拉伸性能的配合比M17和高成本、高拉伸性能的配合比M21等3个具有代表性的配合比,供实际工程根据结构性能的需要进行选择.采用混杂PVA纤维配置ECC,可降低ECC的成本,使得ECC大量应用于工程实践成为可能.

纳米SiO_(2)和聚乙烯醇纤维对混凝土抗弯拉性能的影响

通过坍落扩展度试验和抗弯拉性能试验,采用4种不同纳米SiO_(2)质量掺量和4种不同聚乙烯醇(PVA)纤维体积掺量,探讨纳米SiO_(2)和PVA纤维对混凝土拌合物流动性及抗弯拉性能的影响。结果表明,随着纳米SiO_(2)或PVA纤维掺量的逐渐增加,混凝土拌和物的流动性逐渐降低。纳米SiO_(2)掺量不超过5%时,随着纳米SiO_(2)掺量的增加,混凝土抗弯拉弹性模量以及抗弯拉强度均不断增大;但当纳米SiO_(2)的掺量从5%继续增加到7%时,混凝土抗弯拉弹性模量和抗弯拉强度均有一定下降。当PVA纤维体积掺量低于0.1%时,PVA纤维对纳米混凝土抗弯拉性能的增强作用随纤维体积掺量增加逐渐增大,但当纤维体积掺量超过0.15%时,纳米混凝土抗弯拉强度和抗弯拉弹性模量均有下降趋势,抗弯拉强度和抗弯拉弹性模量分别在纤维体积掺量为0.15%和0.1%时达到最大值。

基于分散技术的聚乙烯醇纤维沥青胶浆疲劳性能分析

为探究聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)纤维分散后沥青胶浆的疲劳变化规律,探索性地采用旋转活塞式拌和法对PVA纤维沥青进行拌和分散,从PVA纤维的微观形貌出发,探究其纤维提高疲劳性能的原因。利用动态剪切仪(dynamic shear rheometer,DSR)对PVA纤维沥青进行时间疲劳扫描,通过复数模量衰减Nf50和累积耗散能比Nder对PVA纤维沥青胶浆疲劳性能进行评价。试验结果表明:旋转活塞式拌和法有效提高了纤维分散均匀性,随着PVA纤维掺量的增加,复数模量增加,疲劳性能增加。控制应力增大,疲劳性能相应降低。Nf50和Nder都能很好地评价沥青的疲劳性能,从物理表达清晰、结构设计安全角度下更推荐采用Nder指标评价沥青疲劳性能。PVA纤维表面有随机分布的凸起颗粒,它们在沥青中起到了稳定、增黏、复合加筋作用,综合提升了纤维与沥青的适配性。

水泥基体中聚乙烯醇(PVA)纤维拔出的数值模拟

既往数值模拟中,纤维与水泥基体间的粘结滑移关系通常由内聚力模型来表述,但由于聚乙烯醇(PVA)纤维拔出过程中荷载位移曲线的特殊性,仅由内聚力模型难以表征出脱粘后的应变硬化阶段。文中通过分析PVA纤维从水泥基体中拔出全过程,综合滑移硬化效应产生的原因,提出了基于约束不断增大的有限元数值模拟方法,有效地模拟出水泥基体中PVA纤维拔出的全过程曲线。

皖维集团高强高模聚乙烯醇纤维投产

2011年10月28日，安徽皖维集团（股份）有限公司20kt／a聚乙烯醇（PVA）纤维项目已建成的两条生产线投料试车成功，生产出合格的高强高模PVA纤维产品。皖维此次投建的纤维生产线，采用新技术、新材料、新设备、

高温后钢-PVA混杂纤维高性能混凝土与变形钢筋黏结性能试验

为研究高温后钢-聚乙烯醇(polyvinyl alcohols,PVA)混杂纤维高性能混凝土(hybrid fiber high performance concrete,HFHPC)与变形钢筋的黏结性能退化规律,以200、400、600、800℃为目标温度,选取钢纤维体积率、PVA纤维体积率、矿粉掺量为正交试验因素设计并制作25组HFHPC试件,完成了单调荷载下的中心拉拔试验。结果表明:高温后各组HFHPC试件黏结破坏形态均表现为钢筋拔出破坏;试验温度范围内,对HFHPC试件黏结强度的影响程度均为:钢纤维体积率最大、矿粉掺量次之、PVA纤维体积率最小;随着温度的升高,HFHPC试件黏结强度逐渐下降,且在相同温度条件下,HFHPC试件黏结强度和峰值滑移相比于未掺纤维的混凝土试件均有所提升,其中,200℃时HFHPC试件的黏结强度提升最为显著,分别提升了33.69%、35.76%、37.54%和46.03%;混杂纤维能显著提高高温后高性能混凝土与钢筋的峰值界面能,明显改善黏结延性和耗能能力;提出的考虑温度作用后的混杂纤维混凝土与钢筋黏结-滑移模型与试验实测结果吻合较好,可为火灾后混杂纤维高性能混凝土结构损伤评估及加固方案提供参考。

PVA纤维直径对水泥基复合材料抗拉性能的影响

研究了由2种性能相似、直径不同的聚乙烯醇(PVA)纤维增强的水泥基复合材料的单轴抗拉性能.试验结果表明:材料抗拉性能受纤维直径影响显著,在基材配比、纤维掺量均相同时,采用直径较大(df=39μm)PVA纤维的复合可获得应变硬化与多点开裂模式,其极限抗拉应变可达到2.6%;而采用直径较小(df=15μm)PVA纤维的复合材料却表现出明显的应变软化与单点开裂模式,其极限抗拉应变仅为0.1%左右;当采用细PVA纤维时,复合材料的抗拉强度有所提高;其主要原因是纤维的粗细影响了纤维的桥接应力.保证纤维从水泥石中拔出而非断裂是优化纤维桥接性能的基本条件.

层布式钢纤维与混掺PVA纤维混凝土梁的抗弯韧性试验研究

通过层布式钢纤维与聚乙烯醇(PVA)混掺纤维混凝土梁三分点加载试验,研究了不同长径比、外形的钢纤维与不同PVA纤维掺量对混凝土梁抗弯韧性的影响;用不同的方法计算了抗弯韧性指标并进行了比较。结果表明,层布式钢纤维混凝土具有良好的增韧效应;混掺在层布式钢纤维混凝土中的PVA纤维与钢纤维能产生良好的协同效应,增韧效果更加良好;Nemkumar等人提出的韧性指标计算方法与曲线吻合得更好,更能全面分析荷载-挠度曲线的变化过程。

酸碱腐蚀PVA纤维对砂浆强度的影响

为研究聚乙烯醇(PVA)纤维的耐酸碱性及其对砂浆强度的影响,将相同质量的纤维分别浸泡在HCl和NaOH溶液中,测试其质量损失率随时间的变化,并采用扫描电子显微镜(SEM)观测其微观形貌的变化。同时,采用原状纤维和受腐蚀纤维分别制备纤维增强水泥砂浆,测试其抗压和抗拉强度,并采用SEM对试件断裂面微观形貌进行观测。结果表明,随着PVA纤维浸泡时间的延长,前3 d质量损失率迅速增大,之后增长速率减小;经过酸碱腐蚀后,纤维表面微结构出现明显变化,在相同条件下经过HCl溶液处理过的纤维其表面破坏相对更严重;纤维的化学腐蚀对纤维砂浆的28 d抗压和抗拉强度几乎没有造成不良影响,说明尽管酸碱腐蚀作用能造成纤维的质量损失和表面层破损,但是其力学性能仍保持在较高水平,纤维表面层破损对提高其与基体的粘结有利。

聚乙烯醇纤维高强混凝土的配制及基本力学性能研究

探讨纤维高强混凝土的配制方法,配制出不同纤维含量的聚乙烯醇(简称PVA)纤维高强混凝土,分析纤维体积含量对高强混凝土抗压、劈拉强度以及破坏特征的影响,并且绘制PVA纤维混凝土强度随龄期的变化曲线。研究表明:PVA纤维可以显著提高高强混凝土的劈拉强度,从而有效改善高强混凝土的脆性,因此PVA纤维是一种可用于混凝土改性的优良材料。

粉煤灰和PVA纤维复掺水泥基材料微观机理分析

目前关于粉煤灰对PVA纤维与基体间粘结界面,以及对直接拉伸和韧性的影响研究还较少,通过采用PVA纤维、粉煤灰两种材料复掺,研究制备出一类具有超高抗拉韧性和优异裂缝无害化分散能力的纤维增韧水泥基材料。采用扫描电镜从微观机理上对其增韧机理进行了深入剖析,研究结果表明,采用纤维与粉煤灰复掺的方式,既能控制好纤维与基体界面之间的特征参数即化学粘结强度和摩擦粘结强度,保证硬化水泥石具有良好的化学粘结强度,同时又利用粉煤灰的颗粒微珠效应使其不至过高,从而使滑移-硬化效应更好地得以发挥。

不同纤维掺量下聚乙烯醇纤维/水泥复合材料徐变性能试验

通过对5组试件进行试验,研究了不同纤维掺量下聚乙烯醇纤维/水泥复合材料(PVA/ECC)的受压徐变性能。结果表明:PVA纤维的加入,降低了基材的密实度及弹性模量,使试件的徐变增加;在掺杂PVA纤维(体积分数为0~2vol%)的PVA/ECC试件中,PVA纤维掺量较高和掺量较低的试件徐变均较大,PVA纤维掺量适中的试件徐变较小;各组试件的徐变速率均具有前期快后期慢的特性,7天内发生的徐变可达总徐变的40%左右,60天内约为总徐变的80%,持荷约60天后,徐变逐渐趋于收敛。最后通过对试验值进行回归分析,提出了适用于PVA/ECC材料的徐变度数学计算模型及徐变系数预测模型。

氧化石墨烯改性纤维增强水泥基材料的拉伸性能

为了提高聚乙烯醇(PVA)纤维增强水泥基材料的力学性能,将氧化石墨烯(GO)引入PVA纤维增强水泥基材料中,探究GO掺量在0%~0.05%范围内对材料单轴拉伸性能的影响.结果表明:掺入适量的GO能够有效提高材料的单轴拉伸性能,当GO掺量为0.01%时,28 d时材料的初裂拉伸强度、极限拉伸强度和极限拉伸应变均达到最大值,与未掺GO的对照组相比分别提高了26.97%、31.28%、23.25%;适量的GO可以优化孔隙结构,减少材料内部缺陷,促进水化产物的生成,使微观结构致密化,增强纤维和基体间的界面结合力,从而改善PVA纤维增强水泥基材料的宏观性能.

PPV/PVA复合纳米纤维的制备

用静电纺丝法制备电子聚合物聚对苯乙炔(PPV)与非共轭聚合物聚乙烯醇(PVA)的复合纳米纤维。对复合纳米纤维的发光性质和形态进行了表征。与PPV薄膜相比,复合纳米纤维的发射光谱在PPV含量较高时(如1∶1(质量比)时)变化不明显;而含量较低时(如1∶4(质量比)时)有明显的蓝移现象;当PPV的含量非常低时(如1∶99(质量比)时),光谱的蓝移值趋于确定。

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

采用三水平四因素正交设计,研究了回收轮胎钢纤维(RTSF)、聚乙烯醇纤维(PVA)和矿渣对RTSF-PVA/矿渣混凝土的立方体抗压强度、劈裂抗拉强度和抗折强度三项性能指标的影响。结果表明:相比于C50基准混凝土,RTSF-PVA/矿渣混凝土的立方体抗压强度最大提升幅度为23.71%,劈裂抗拉强度最大提升了43.72%,抗折强度最大提升了37.96%。通过方差分析发现:RTSF纤维是影响三项性能指标的显著性因素,矿渣对于立方体抗压强度和抗折强度是显著性因素,PVA纤维对于劈裂抗拉是显著性因素。运用灰色关联分析法和主成分分析法对RTSF-PVA/矿渣混凝土性能指标进行优化,通过对比各因素的灰色关联度得出优化方案:RTSF体积掺量为0.6 kg/m^(3)、PVA体积掺量为0.075 kg/m^(3)、GBFS替代率为15%。优化后的方案与原始方案相比,立方体抗压强度稍有降低,但劈裂抗拉强度、抗折强度与坍落度分别提升1.24%、5.11%和30.91%,该结果验证了优化方法的有效性,并为RTSF纤维、PVA纤维和矿渣的掺量范围提供了参考。

超高韧喷射混凝土中PVA纤维混杂比例的优化研究

通过混料设计,对三种不同长度的PVA纤维(3 mm、6 mm及12 mm)进行混杂,研究PVA纤维长度及混杂比例对喷射超高韧性水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composite,ECC)工作性能及力学性能的影响,运用Design expert软件对混杂比例进行优化。研究结果表明,在纤维总体积掺量固定时,纤维长度越短,新拌混凝土流动性越好;长纤维可以提高抗折强度及韧性,但是对流动度及抗压强度会产生不利影响,因此12 mmPVA纤维不适合用在喷射ECC中;较为理想的纤维混杂比例为3 mmPVA:6 mmPVA:12 mmPVA=0.28:0.72:0或0.5:0.5:0。

多尺度混杂PVA纤维对喷射超高韧性水泥基复合材料流动性及力学性能的影响

喷射超高韧性水泥基复合材料(UHTCC,Ultra High Toughness Cementitious Composites,又称ECC)中聚乙烯醇(PVA)纤维的种类、掺量、长度、直径等因素都会直接影响喷射UHTCC的工作性能与力学性能。通过研究3种性能相似、长度不同的PVA纤维单掺及混杂对喷射UHTCC流动度、抗压及抗折强度的影响,得出以下结论:在纤维体积掺量为1.5%时,PVA纤维长度越长,对浆体的流动性影响越大;所掺PVA纤维越长,其抗折强度越高,而抗压强度有所降低;通过对不同长度的PVA纤维进行混杂,可改善其流动性,同时可将降低纤维对抗压强度的影响。

聚乙烯醇纤维增强水泥复合材料板的冲切性能

利用MTS试验机对聚乙烯醇纤维(PVA)/水泥复合材料板进行准静态冲切试验,研究了不同PVA纤维掺量对其破坏形态和承载力的影响。结果表明:掺入PVA纤维能够将水泥基板的破坏形态由脆性破坏转为延性破坏。PVA/水泥复合材料板的冲切极限荷载和耗能能力均随PVA纤维掺量增加而增大,其中耗能能力的增大更显著。进一步采用Instron落锤冲击系统对PVA纤维体积分数为2vol%的PVA/水泥复合材料板进行动力冲切试验,研究冲切速度(2.0~4.2 m/s)对PVA/水泥复合材料板的破坏形态、初裂荷载、极限荷载、初始刚度及耗能性能的影响。结果表明:与准静态试验相比,冲切荷载作用下PVA/水泥复合材料板的极限荷载增大,而耗能减少;此外相对初裂荷载和耗能,极限荷载的冲切速度相关性最显著。基于上述结果,构建了纤维增强水泥复合材料四线型拉伸本构模型,并通过反算模型和塑性铰线方法对纤维增强水泥复合材料板的冲切力学性能进行模拟,并得到材料的本构参数。本研究可以为PVA/水泥复合材料的抗冲切设计提供技术支撑。

PVA纤维轻骨料混凝土的力学性能及抗压强度尺寸效应研究

研究了聚乙烯醇(PVA)纤维的长度(3 mm、6 mm、12 mm)和体积掺量(0、0.1%、0.3%、0.5%、1.0%、1.5%、2.0%)对轻骨料混凝土抗压和劈裂抗拉性能的影响,并对PVA纤维轻骨料混凝土的抗压强度尺寸效应进行了研究。结果表明:随着PVA纤维长度和体积掺量的增加,轻骨料混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度基本均呈降低趋势,当PVA纤维长度为3 mm、体积掺量为0.1%时,轻骨料混凝土的抗压强度和劈裂抗拉强度达到最大;PVA纤维轻骨料混凝土的抗压强度尺寸效应较为显著,建立的PVA纤维轻骨料混凝土抗压强度尺寸效应公式与试验结果吻合良好。