为了改善石膏墙体材料的力学性能,分别采用Y型束状单丝聚丙烯纤维和高强高模聚乙烯醇短纤维作为建筑石膏的增强材料,通过力学性能测试研究了纤维长度和掺量对石膏基复合材料力学性能的影响。结果表明,添加聚丙烯纤维对复合材料力学性能为负面影响,不能直接用于现浇石膏隔墙体系。添加聚乙烯醇纤维对复合材料力学性能有改善作用,纤维长度为9mm,掺量为1.5%时,试样的绝干抗折强度和吸水饱和抗折强度较空白试样分别提高了82.5%和83.9%,抗压强度略低于空白试样。结合弯曲荷载-变形曲线,分析了聚乙烯醇纤维增强石膏基复合材料的断裂机理,结果表明:断裂过程分为基体断裂弹性受力、纤维拔出、破坏三个阶段,纤维与基体的界面黏结能力是纤维抗拉强度能否充分利用的关键。

研究了玄武岩纤维、聚乙烯醇纤维、聚丙烯纤维单掺及复掺对砂浆抗渗抗裂性能、吸水率、抗压抗折强度、线膨胀率的影响。结果表明,纤维能提高砂浆的抗渗抗开裂性能,降低砂浆吸水率,提高砂浆柔韧性,产生一定的膨胀以抵抗砂浆的内部收缩。纤维增强干混砂浆,复掺比单掺效果好。单掺时,增强效果为聚乙烯醇纤维>玄武岩纤维>聚丙烯纤维;复掺时,玄武岩纤维:聚乙烯醇纤维:聚丙烯纤维=1:0:2时,砂浆的抗渗抗裂性能及力学性能达到最佳。

聚乙烯醇纤维增韧水泥基复合材料(Polyvinyl alcohol Fiber-Engineered Cementitious Composites简称PVA-ECC)是一种拉伸变形性能优异的水泥基复合材料,是通过断裂力学和微观力学原理对材料体系进行系统设计和优化得到的复合材料。本文介绍了国内外PVA-ECC的研究情况,并对国产PVA纤维无法应用于PVA-ECC的原因以及PVA-ECC直接拉伸实验方法两个亟待解决的问题进行了论述。

通过聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料试件力学性能试验,得到了应力应变关系曲线和试件的破坏形式。试验结果表明,聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料具有较好的韧性和断裂能和较为优越的物理力学性能。

利用实验室自制的蛋白类发泡剂,以普通硅酸盐水泥为结合剂,制备了粉煤灰-水泥基泡沫混凝土。探讨了聚乙烯醇纤维不同长度、掺量对表观密度为700～800kg/m3的泡沫混凝土吸水率、抗压抗折强度、劈裂抗拉强度、收缩率的影响。结果表明,聚乙烯醇纤维可显著增强泡沫混凝土的抗折强度,当纤维长度为12mm、体积率为0.23%时,28d抗折强度增大了43.24%;纤维体积率0.08%时,纤维长度为6mm的泡沫混凝土抗压抗折强度最高。

研究了高弹模聚乙烯醇纤维和低弹模聚丙烯纤维及其共同作用对混凝土力学性能和早期抗裂性能的影响,同时研究了混杂纤维、减缩剂及两者复掺对混凝土早期塑性收缩和干燥收缩的影响,讨论了复掺纤维和减缩剂对混凝土抗裂和收缩性能的作用机理。结果表明,纤维可明显提高混凝土的力学性能,改善抗裂能力,其中混杂纤维的效果要优于单一种类的纤维;减缩剂可显著降低混凝土塑性和干燥收缩,但与纤维复掺时作用效果稍有降低,需要采取适当措施保证纤维混凝土中减缩剂作用的发挥。

研究了钢筋约束聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(Polyvinyl alcohol fiber reinforced cementitious composites,简称PVA-FRCCs)的单轴受压力学性能。通过抗压试验获得棱柱体试件的应力-应变全曲线,计算获得峰值应力、峰值应变、弹性模量等参数,并系统地分析了纤维体积掺量、掺合料(粉煤灰和硅灰)对上述参数的影响。此外,通过对试验数据和已存模型的比较,获得了一个能够描述其应力-应变全曲线的非线性本构模型。

通过不同PVA纤维体积率在3d、7d、14d、28d、56d、90d及120d龄期的立方体抗压强度试验,得到纤维体积率和龄期对PVA纤维增强水泥基复合材料立方体抗压强度变化规律的影响并建立了预测模型。结果表明,PVA纤维的掺入不能增加立方体的抗压强度,但可以提高抗压强度前期的增长速率,增强前期强度,弥补了粉煤灰的掺入导致PVA-FRCC立方体抗压强度前期不足的缺陷。并且,PVA纤维具有阻裂作用。龄期影响着抗压强度的增长速率在整个过程中的变化。所建立的PVA纤维增强水泥基复合材料立方体抗压强度预测模型,拟合优度较好,误差较小,并具有收敛性,符合PVA纤维增强水泥基复合材料抗压强度的发展规律。