高延性纤维水泥复合材料

发布时间：2025-09-15

高延性纤维水泥复合材料的组成及特性
高延性纤维水泥复合材料，即高延性混凝土，是基于细观力学设计原理，以水泥、石英砂等为基体，与纤维混合而成的复合材料。它具有强度高、韧性高、抗裂性能高、抗损伤能力高的显著特点。
主要成分
基材：包括水泥、粉煤灰、石英砂等，其中粉煤灰可以在市场上销售。Ⅰ石英砂粒径一般为180级粉煤灰～220目1。
纤维：常用聚乙烯醇（PVA）纤维具有严格的性能参数要求，如6mm长度、30直径等～31μm，弹性模量≥极限抗拉强度35GPa≥断裂伸长率为1200MPa～8%等1。
外加剂：如聚羧酸系减水剂，需要减水。≥26%1。
水：用于调配材料的流动性和工作性1。
关键性能优势
高延性和韧性:拉伸时具有应变硬化效应，拉伸应变可达普通混凝土的100倍以上。压裂破坏试验表现出较高的韧性，破坏后的二次加载仍有90%以上的残余强度。
抗裂性和耐久性:会出现多裂纹，实现“裂纹而不坏”，又称可弯曲混凝土，自愈性强，能提高变化环境下构件的耐久性。
耐火性能：纤维在高温下溶解，形成水蒸气迁移通道，释放构件中的蒸汽压力，避免水泥基体分解和破坏1。
高抗冲击韧性混凝土的配方及制备
优化配方设计
高抗冲击韧性混凝土的各种成分质量如下：水泥：粉煤灰：石英砂：水：减水剂：PVA纤维=1:1.48～1.52:0.723～0.727:0.74～0.78:0.024～0.026:0.053～0.055。其中，国产TY-PVA6纤维和/或日产KU是PVA纤维的首选-Ⅱ市场上销售纤维、粉煤灰Ⅰ石英砂粒径180级粉煤灰～220目，减水剂为聚羧酸系减水剂1。
制备工艺流程
干料混合:将石英砂、粉煤灰和50%的水泥干混合1分钟，直到干料完全混合，然后加入所有的水湿拌2分钟，配置成水泥混合砂浆1。
循环加料搅拌:循环四次，每次加入25%减水剂搅拌1.5分钟至搅拌物呈流态，加入12.5%水泥搅拌1分钟至所有颗粒完全湿润1分钟。
加入纤维搅拌：沿搅拌方向慢慢加入纤维全搅拌3min，使纤维分散均匀，得到混合砂浆1。
成型养护：将混合砂浆倒入模具中振捣，静置24小时脱模，标准养护28天，得到高抗冲击韧性的混凝土单元1。
应用现状和发展方向
目前的应用情况
聚乙烯醇纤维混凝土已广泛应用于欧美、日本等发达国家的路基桥面铺设，并出台了专门的纤维增强混凝土设计规范。但目前生产的PVA纤维主要由日本可乐丽生产，成本较高，限制了混凝土在工程中的大规模应用。
发展
降低成本:我国PVA纤维质量和生产规模达到国际先进水平，单位成本较低，但优异性能不能按常用配合比配置。需要重点研究国产PVA纤维的配合比设计，如改变混凝土中国产PVA纤维与日产PVA纤维的混合体积比，提高混凝土的力学性能1。
拓展研究领域:目前国内学者大多专注于混凝土耐久性研究。虽然国外学者有抗冲击韧性研究，但使用日产纤维时，应加强国产PVA纤维与混凝土混合的抗冲击韧性研究。