引 言
混凝土是世界上用量最多和應(yīng)用最廣的一種工程材料，其具有原料易得、價(jià)格便宜、容易成型、容易制造成不同形狀，且具有優(yōu)異的力學(xué)性能及耐久性等優(yōu)點(diǎn)。但該材料也具有脆性大、抗拉強(qiáng)度低、在載荷及環(huán)境作用下易產(chǎn)生開(kāi)裂裂縫，這將導(dǎo)致外界化學(xué)介質(zhì)向內(nèi)部擴(kuò)散的速度加快，使建筑結(jié)構(gòu)的使用壽命大幅度降低 。因此，抑制裂紋產(chǎn)生及擴(kuò)展、改變水泥混凝土材料的脆性破壞模式對(duì)延長(zhǎng)建筑物的使用壽命具有重大意義。20 世紀(jì)90 年代美國(guó)密歇根大學(xué) IJi_V．c 教授團(tuán)隊(duì)率先研制成功了聚乙烯醇纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料(Polyvinyl AlcoholFiberReinforced Cementitious Com posites，PVA—FRCC )，它是一種具有高韌性、裂縫窄且裂縫具有自愈合能力的新型水泥基復(fù)合材料 J，該材料能夠解決上述問(wèn)題。PVA．FRCC 使}昆凝土結(jié)構(gòu)的抗震性能得到改善，在抗震及抗沖擊結(jié)構(gòu)、耐損傷工程結(jié)構(gòu)、裂縫控制等方面具有著廣闊的發(fā)展前景。因此，研究在動(dòng)態(tài)載荷作用下 PVA —FRCC 的響應(yīng)，具有極其重要的軍事國(guó)防意義以及社會(huì)經(jīng)濟(jì)價(jià)值。此外，研究該材料的動(dòng)態(tài)力學(xué)性能也具有十分重要的學(xué)術(shù)價(jià)值和實(shí)際應(yīng)用意義。經(jīng)過(guò)近 20 年的發(fā)展，國(guó)VI~'b研究人員在其理論設(shè)計(jì)、力學(xué)、耐久性能及工程應(yīng)用方面均取得了令人矚目的研究成果。論文主要綜述了 PVA．FRCC的國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀、動(dòng)力學(xué)特性、自愈合情況，探討了該材料的微觀設(shè)計(jì)理論及其應(yīng)用，并對(duì) PVA ．FRCC 研究進(jìn)行了展望。
2 PVA —FRCC 國(guó)內(nèi)外研 究現(xiàn)狀
2．1 國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀
國(guó)內(nèi)對(duì) ECC 的研究起步較晚，21 世紀(jì)初，才開(kāi)始關(guān)注這種新型水泥基復(fù)合材料。經(jīng)過(guò)近十幾年的發(fā)展，現(xiàn)已取得許多可喜的研究成果，在 ECC 的力學(xué)性能研究方面，主要集中在抗彎特性、抗拉特性、抗壓特性 、斷裂特征以及強(qiáng)度 、韌性特性等。
(1)拉伸性能 ·
徐世娘等 研究表明，在拉伸和彎曲載荷作用下，ECC 具有多縫開(kāi)裂及假應(yīng)變硬化的特征，同時(shí)也具有高韌性、高延性及高能量吸收能力。極限拉伸應(yīng)變大于3％，最大裂縫寬度約50 m ，平均裂縫間距約 1 mm 。
且對(duì)小切口不敏感，不易破碎。鄧宗才等 研究發(fā)現(xiàn)，ECC 的極限抗拉應(yīng)變和斷裂能分別是聚丙烯纖維混凝土的2O ～50 倍及 2 —4 倍。高淑玲等 研究 PVA—FRCC 的拉伸行為，并利用雙線模型 ]、三線模型 分析了拉伸應(yīng)力應(yīng)變曲線。龐超明等_9研究了粉煤灰摻量、膠砂比及養(yǎng)護(hù)條件等對(duì) PVA．FRCC 拉伸應(yīng)變能力的影響。結(jié)果表明，隨粉煤灰摻量增加，PVA—FRCC 拉伸強(qiáng)度變化不大，但拉伸應(yīng)變?cè)黾?，且拉伸?yīng)變隨砂用量的增加而降低，隨養(yǎng)護(hù)溫度的升高而增加。
(2)彎曲性能
王德松等¨。。研究發(fā)現(xiàn)，少量 PVA 對(duì) PVA—FRCC 的彎曲模量影響不大，但使 PVA ．FRCC 的抗彎強(qiáng)度、增強(qiáng)效果和柔韌性得到改善。詹炳根等 研究表明，隨著 PVA 纖維摻量和纖維長(zhǎng)徑比的增加 PVA—FRCC 的抗彎強(qiáng)度增大，界面改性劑(凹土)能夠顯著提高材料的抗彎韌性。張帥等 糾研究了增稠劑對(duì) PVA．FRCC彎曲性能的影響。結(jié)果表明，羥乙基纖維素和羥丙基甲基纖維素能夠降低試件的彎拉強(qiáng)度及抗彎極限荷載。饒芳芬¨ 研究了粉煤灰的類型對(duì) PVA．FRCC 彎曲性能的影響。研究發(fā)現(xiàn)，質(zhì)量較差的粉煤灰不利于 PVA-FRCC 的彎曲性能，原因是其易使 PVA 纖維結(jié)團(tuán)。
(3)斷裂特征
高淑玲等 研究了 PVA—FRCC 的斷裂能，借助拉伸應(yīng)力．裂縫寬度曲線，經(jīng)計(jì)算得到了 PVA—FRCC 的斷裂能，約為普通混凝土的50 倍。
(4)抗壓強(qiáng)度
杜修力等¨ 研究表明PVA 纖維對(duì)高強(qiáng)混凝土的抗壓強(qiáng)度影響不大，并且能夠降低混凝土的軸心抗壓強(qiáng)度。徐世煨等[1叫建立了立方體與棱柱體抗壓強(qiáng)度之間的關(guān)系、不同尺寸立方體與抗壓強(qiáng)度關(guān)系以及抗壓強(qiáng)度與彈性模量之間的關(guān)系，該成果為實(shí)際工程應(yīng)用提供了實(shí)踐經(jīng)驗(yàn)和理論基礎(chǔ)。田艷華等 1 研究結(jié)果表明，減水劑和引氣劑摻量對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響不大。王海波等¨副研究表明，國(guó)內(nèi)PVA 纖維使 PVA —FRCC 的抗壓強(qiáng)度降低。姜國(guó)慶等n 研究結(jié)果表明，受壓破壞后 PVA．FRCC 試件仍然保持整體狀態(tài) ，應(yīng)力-應(yīng)變曲線表明，隨著 PVA 纖維摻量增加，曲線下降段變得越來(lái)越平緩。
(5)耐久性能
耐久性的研究主要包括抗碳化、抗氯離子滲透、抗鋼筋銹蝕、抗凍融以及收縮抗裂等。
①抗凍融性能
徐世煨等 研究表明，經(jīng)過(guò)300 次凍融循環(huán)之后，ECC 質(zhì)量損失小于 1％，動(dòng)彈性模量損失小于5％，對(duì)薄板試件，其抗彎強(qiáng)度下降幅度較小，但是其應(yīng)變硬化能力很強(qiáng)。
②抗碳化性能
徐世煨等 研究表明，在無(wú)縫狀態(tài)時(shí)，ECC 與普通混凝土的抗碳化能力相當(dāng)，但如果在相同載荷條件下，對(duì)預(yù)裂縫處理以后，在裂縫處 ，ECC 的碳化深度僅為參比混凝土的30％ ～40％。
③抗鋼筋銹蝕性能
蔡新華等 研究發(fā)現(xiàn)，ECC 能夠推遲因銹蝕引起的鋼筋與基體之間平均粘結(jié)強(qiáng)度的急劇下降，可以有效控制保護(hù)層銹蝕開(kāi)裂 。
2．2 國(guó)外研究現(xiàn)狀
PVA 纖維具有親水性特性，抗拉強(qiáng)度低于 PE 纖維，在 1600 M Pa 以上，能夠滿足 ECC 的設(shè)計(jì)理論要求。價(jià)格是高模量 PE 纖維的八分之一，低于同體積量鋼纖維的價(jià)格。PVA 纖維與水泥基體具有良好的化學(xué)粘結(jié)作用。¨．V．C 教授團(tuán)隊(duì)基于性能驅(qū)動(dòng)設(shè)計(jì)方法(Performance Driven Design Approach，PDDA )[233成功制備了 PVA—FRCC。在最近十幾年里 ，研究人員主要致力于 PVA —FRCC 的性能研究 。
(1)拉伸性能
PVA．FRCC 單軸拉伸測(cè)試表明其具有明顯的假應(yīng)變硬化特征。當(dāng)纖維體積摻量為 2％時(shí)，極限拉伸應(yīng)變大于3％，極限抗拉強(qiáng)度大于4．0 M Pa，且出現(xiàn)多縫穩(wěn)態(tài)擴(kuò)展現(xiàn)象，裂紋間距在 1．8 ～2．5 mm 之間，最大裂紋寬度不到 100 m [2 。水泥基體于 PvA 纖維之間產(chǎn)生了相當(dāng)強(qiáng)的化學(xué)鍵合，在拉伸載荷作用下傾向于斷裂，改善了材料的韌性。¨等 為了改善界面，用油劑涂覆纖維表面以降低纖維與基體之問(wèn)的作用。結(jié)果表 明，當(dāng)含油量為 1．2％時(shí) ，使 PVA—FRCC 拉伸應(yīng)變大于 4％ ，且多縫開(kāi)裂處于飽合狀態(tài)。
(2)粘結(jié)性能
Lin 等 通過(guò)單根纖維拔出試驗(yàn)，測(cè) 出了界面參數(shù)，研究表明 PVA．FRCC 具有良好拉伸應(yīng)變能力。Redon 等 ’也通過(guò)單根纖維拔出試驗(yàn)測(cè)定了PVA 。FRCC 基體中界面參數(shù)，同時(shí)考察了油劑對(duì)界面特性的影響，在PVA 纖維拔出過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)存在明顯的滑移．硬化效應(yīng)。Li等 將PVA 纖維表面涂覆油劑，研究了油劑量對(duì)界面特性及性能的影響，經(jīng)處理后的 PVA 纖維使拉伸應(yīng)變大于4％。
(3)與粉煤灰復(fù)合改性
Yang 等 將大體積粉煤灰取代水泥，考察了粉煤灰取代水泥對(duì) PVA—FRCC 性能的影響，結(jié)果表明降低了抗壓強(qiáng)度，但改善了骨料與水化物之間的界面粘結(jié)性能，同時(shí)降低了基體的斷裂韌性，實(shí)現(xiàn)了 PVA —FRCC 的高韌性 、多縫開(kāi)裂及應(yīng)變硬化。W ang 等 研究結(jié)果表明，摻有粉煤灰的 PVA．FRCC 養(yǎng)護(hù)90 d 時(shí)，拉伸應(yīng)變?nèi)詾?nbsp;2％ ～3％。但抗壓強(qiáng)度明顯降低。當(dāng)FA／C 為2．8 時(shí)，養(yǎng)護(hù) 28 d 時(shí)，抗壓強(qiáng)度只有35 M Pa。
(4)與礦渣粉復(fù)合改性
除了用粉煤灰取代水泥之外，有的研究人員采用礦渣粉來(lái)制備 PVA —FRCC。韓國(guó) Kim 等 。。研究結(jié)果表明，摻有礦渣的 PVA．FRCC 即具有較高的基體強(qiáng)度同時(shí)又具有較好的拉伸應(yīng)變 。
(5)耐久性能
① 自愈合能力
PVA-FRCC 具有良好的裂縫 自愈合能力、裂縫寬度控制能力及耐久性能。Yang 和~ahmaran 等 研究結(jié)果表明，在干-濕循環(huán)條件下，PVA —FRECC 更容易 自愈合，預(yù)加應(yīng)變小于 1．5％時(shí)，自愈合程度可實(shí)現(xiàn)100％，當(dāng)預(yù)加應(yīng)增加到 3％時(shí)，自愈合程度也高達(dá)76％。在鹽溶液或堿溶液浸潤(rùn)的環(huán)境及荷載雙重作用下，PVA—FRECC 也具有極強(qiáng)的自愈合能力，只是韌性略有下降，但仍大于 2％，裂紋寬度有些增加，但仍能滿足混凝土結(jié)構(gòu)耐久性對(duì)裂縫寬度的閾值要求 。
②抗凍性能
在經(jīng)歷 300 次凍融循環(huán)后，PVA—FRCC 無(wú)明顯損傷，彎曲韌性及強(qiáng)度與凍融前幾乎不變 。在拉伸載荷作用下，PVA ．FRCC 與鋼筋具有良好的變形協(xié)調(diào)性，亦使得鋼筋 PVA．FRCC 在耐蝕性方面也具有很大優(yōu)勢(shì)。綜上所述，在加載環(huán)境下 PVA—FRCC 材料具有優(yōu)越的裂紋寬度自控能力，在抗凍融循環(huán)、冷熱溫度老化 、抗鋼筋銹蝕等條件下 ，PVA—FRCC 材料具有 良好的耐久性能 ，解決了普通混凝土長(zhǎng)期耐久性 差的問(wèn)題。
與 PVA —FRCC 的耐久性相比，鋼筋混凝土的耐久性略差一些。茅華等 研究了鋼筋混凝土鹽鹵侵蝕下的耐久性試驗(yàn)，通過(guò)研究發(fā)現(xiàn)：經(jīng)長(zhǎng)期鹽鹵侵蝕試驗(yàn)后，鋼筋混凝土性能未出現(xiàn)明顯劣化；抗腐蝕性能優(yōu)越，只是鋼筋均存在一定程度的腐蝕。
3 PVA —FRCC 動(dòng)力學(xué)特性研究現(xiàn)狀
隨著軍事、造船、航空航天、核能和石油工業(yè)的發(fā)展，在高能量荷載作用下，研究結(jié)構(gòu)和材料的動(dòng)力學(xué)具有十分重要的意義。重要建筑物如軍事掩體、長(zhǎng)跨橋、防洪大壩、水電站等，經(jīng)常承受變化速率劇烈的沖擊、沖刷、爆炸等荷載，因此，在高速動(dòng)載條件下，研究水泥基材料的力學(xué)性能具有一定的實(shí)際意義。水泥基材料具有分布不均勻且組成復(fù)雜的特點(diǎn)，要建立泥基材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能的本構(gòu)關(guān)系十分困難。主要有理論研究和試驗(yàn)研究?jī)煞矫妗?/p>
(1)理論研究
理論研究方面主要有本構(gòu)方程理論、抗沖擊和抗爆理論及沖擊波理論。
(2)試驗(yàn)研究
在動(dòng)態(tài)荷載作用下水泥基材料的力學(xué)行為與靜態(tài)相比差別很大，主要采用應(yīng)變率來(lái)表示材料動(dòng)態(tài)力學(xué)特性的變化規(guī)律。早期研究所有的試驗(yàn)裝置主要有落錘或擺錘裝置 、液壓試驗(yàn)機(jī)及分離式 H opkinson 壓桿裝置(SplitHopkinson Pressure Bar，SHPB 裝置)。
①落錘或擺錘裝置。
Nia_3 對(duì)圓柱體水泥基材料利用落錘裝置進(jìn)行沖擊試驗(yàn)，研究發(fā)現(xiàn)摻入纖維后試件的破壞沖擊次數(shù)明顯比普通混凝土高許多。M illard 等 利用落錘對(duì)梁結(jié)構(gòu)進(jìn)行沖擊試驗(yàn)研究，結(jié)果表明，隨著應(yīng)變率提高彎拉強(qiáng)度明顯增加，摻人纖維可以明顯提高梁構(gòu)件的抗沖擊性能。李慶華等 引對(duì)超高韌性纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料采用落錘試驗(yàn)方法進(jìn)行了抗沖擊力學(xué)性能研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)試件破壞沖擊次數(shù)是鋼纖維混凝土的9 倍，已達(dá) 1萬(wàn)次以上，抗沖擊吸收能量是普通混凝土的48 倍，具有優(yōu)異的吸收能量能力。
②液壓試驗(yàn)機(jī)
Yan利用 MTS 試驗(yàn)機(jī)考察混凝土動(dòng)態(tài)拉伸性能，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，當(dāng)應(yīng)變率在 10 ～0．3 時(shí)，抗拉強(qiáng)度提高70％。采用相同的方法，實(shí)現(xiàn)應(yīng)變率 10 —20 s一，認(rèn)為纖維種類對(duì)強(qiáng)度及拉伸韌性具有相當(dāng)大的影響。
1949 年，Kolsky_4¨對(duì) H opkinson．Davies 壓 桿進(jìn)行 改裝，發(fā) 明 了分 離式 Hopkinson 壓 桿裝 置 (Split Hopkinson Pressure Bar，SHPB)，在經(jīng)歷幾十年的發(fā)展后，形成了比較完備的 Hopkinson 壓桿測(cè)試技術(shù)，以至于極大的提高了材料動(dòng)態(tài)力學(xué)性能測(cè)試的精確度和應(yīng)變率范圍。Rong[4 等也利用該裝置考察了纖維增強(qiáng)混凝土的動(dòng)態(tài)拉伸性能，認(rèn)為纖維能夠顯著提高材料的動(dòng)態(tài)拉伸強(qiáng)度。
4 PV A—FRCC 自愈合研究現(xiàn)狀
PVA．FRCC 具有極好的拉伸應(yīng)變能力(是普通混凝土的300 ～500 倍)及多縫開(kāi)裂的能力。裂縫有助于結(jié)構(gòu)的耐久性，許多研究人員研究了PVA-FRCC 裂縫的自愈合能力。
在帶有除冰鹽的環(huán)境中，凍融 25 次和 50 次后，~ahm aran 等 研究了的預(yù)拉伸 PVA —FRCC 的自愈合情況。研究表明，當(dāng)預(yù)拉伸應(yīng)變?yōu)?nbsp;2．O％時(shí)，PVA—FRCC 經(jīng) 50 次凍融循環(huán) 自愈合后，當(dāng)再次拉伸時(shí)其仍具有多縫開(kāi)裂的能力，剛度幾乎完全恢復(fù)，拉伸應(yīng)變能力基本不變，只是極限拉伸強(qiáng)度損失了6％，裂縫寬度增加到了 100 p,m 。
Sahm aran 等… 又研究了在堿性環(huán)境下放置62 d 后，預(yù)拉伸 PVA—FRCC(裂縫寬度約為50 Ixm )的自愈合情況。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，拉伸應(yīng)變能力下降20％，拉伸強(qiáng)度下降4％，裂縫寬度增加2 倍多。
Y g 等 考察了干濕循環(huán)和溫度對(duì)預(yù)拉伸 PVA ．FRCC 自愈合的影響，同時(shí)利用超聲波測(cè)試 、拉伸試驗(yàn)和滲透性試驗(yàn)來(lái)檢測(cè) 自愈合試件的性質(zhì)。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，自愈合試件的超聲頻率可以恢復(fù)至初始時(shí)的 76％ ～100％，主要取決于試件的開(kāi)裂程度，也就是預(yù)拉伸應(yīng)變水平。如果自愈合環(huán)境的溫度較高，則可以提高試件的極限應(yīng)力，但使拉伸應(yīng)變降低；溫度越高，自愈合程度越高。
Qian 研究表明，在水及空氣中自愈合 28 d 后試件撓度分別恢復(fù) 65％ ～105％和40％ ～60％，且水中自愈合試件的剛度明顯高于空氣；經(jīng) ESEM 和 XEDS 分析可知，裂縫自愈合產(chǎn)物主要是碳酸鈣，其存在于裂縫兩側(cè)；另外，納米粘土有助于試件的自愈合。Kan 等 鉀研究表明，PVA ．FRCC 試件的裂縫寬度小于50 m 時(shí)，自愈合程度較高；PVA —FRCC 試件的預(yù)拉伸應(yīng)變大于2％時(shí)，超聲頻率可恢復(fù) 90％；如果裂縫寬度小于 15 p．m ，自愈合產(chǎn)物主要是 c—s—H 凝膠，裂縫寬度是30 txm ，自愈合產(chǎn)物主要是 c—s—H 凝膠和 CaCO ，如果寬度為50 m ，其 自愈合產(chǎn)物較少。
5 PVA ．FRCC 微觀設(shè)計(jì)理論
對(duì) PVA—FRCC 國(guó)內(nèi)外已進(jìn)行了許多理論及試驗(yàn)研究。經(jīng)歷十幾年的發(fā)展，已經(jīng)從最初的微觀力學(xué)和斷裂力學(xué)的理論設(shè)計(jì)，發(fā)展到各種類型PVA．FRCC 用于工程實(shí)際。關(guān)于纖維增強(qiáng)脆性基體復(fù)合材料具有準(zhǔn)應(yīng)變．硬化特征的研究中，IJi等 4 運(yùn)用 M arshall研究連續(xù)纖維時(shí)的分析方法，以J積分的形式建立了短纖維增強(qiáng)脆性基體復(fù)合材料的關(guān)系式。目前，PVA ．FRCC 微觀設(shè)計(jì)理論準(zhǔn)應(yīng)變一硬化模型為基礎(chǔ)，在具體設(shè)計(jì)過(guò)程時(shí)，考慮了纖維可加工性和水泥基復(fù)合材料可攪拌性的限制，同時(shí)也考慮了如何控制材料的收縮 。在直接拉伸荷載作用下 ，PVA—FRCC 可以產(chǎn)生多條細(xì)密裂縫，這是準(zhǔn)應(yīng)變一硬化特性的典型特征。纖維增強(qiáng)脆性基體材料產(chǎn)生多條裂縫的基本條件是：必須同時(shí)滿足穩(wěn)態(tài)開(kāi)裂及開(kāi)裂強(qiáng)度準(zhǔn)則。否則，當(dāng)材料受力開(kāi)裂后，因裂縫局部擴(kuò)展而瞬間進(jìn)入軟化階段，則不能產(chǎn)生多條裂縫。比較 PVA—FRCC 和鋼筋混凝土的設(shè)計(jì)原理可知，前者是產(chǎn)生多條裂縫，而后者是控制裂縫的寬度。
(1)穩(wěn)態(tài)開(kāi)裂準(zhǔn)則
根據(jù) M arshall和 Cox 的研究成果 ，利用 J 積分能夠建立裂縫推動(dòng)力表達(dá)式。在穩(wěn)態(tài)開(kāi)裂過(guò)程中裂縫推動(dòng)力與裂縫尖端韌度相等。當(dāng)纖維摻量較低時(shí)，裂縫尖端韌度與基體韌度相差不多。纖維橋接區(qū)的能量消耗一定要大于裂縫尖端斷裂韌度 。如果最大橋接應(yīng)力大于穩(wěn)態(tài)開(kāi)裂應(yīng)力 ，則滿足穩(wěn)態(tài)開(kāi)裂準(zhǔn)則 。否則 ，Griffith 裂縫就是主導(dǎo)破壞模式。
(2)初始開(kāi)裂應(yīng)力準(zhǔn)則
該準(zhǔn)則是指初始開(kāi)裂應(yīng)力一定小于最大橋接應(yīng)力，也就是指材料所承受的荷載不能超過(guò)最大橋接應(yīng)力，否則因纖維的斷裂或者拔出導(dǎo)致纖維承載力突然下降，荷載就不能通過(guò)纖維傳遞給基體，也就不能產(chǎn)生新的裂縫 。
初始缺陷尺寸過(guò)小或者基體斷裂韌度過(guò)高會(huì)使初始開(kāi)裂強(qiáng)度過(guò)高而不能滿足該準(zhǔn)則。為了使水泥基復(fù)合材料產(chǎn)生多縫開(kāi)裂 ，穩(wěn)態(tài)開(kāi)裂準(zhǔn)則要求裂縫尖端韌度一定小于補(bǔ)充能量，補(bǔ)充能量要于基體韌度相關(guān)，基體韌度又決定于基體本身的特性，象水灰比、骨料的粒徑及質(zhì)量、細(xì)顆粒還有化學(xué)添加劑。如果降低水灰比、使粒徑大于 250 m 的粗砂用量增加都能增加基體的韌性 。過(guò)低的基體韌性會(huì)影響復(fù)合材料的性質(zhì)，例如初始開(kāi)裂強(qiáng)度過(guò)低、孔隙率增加都使基體的彈性模量降低 。
缺陷尺寸的大小和分布即能夠改變孔隙率，也能影響多裂縫的開(kāi)裂模式。根據(jù)應(yīng)力準(zhǔn)則可知，初始開(kāi)裂強(qiáng)度應(yīng)小于最大橋接應(yīng)力，否則，復(fù)合材料只能產(chǎn)生一條裂縫而失效。由多縫開(kāi)裂所需條件可知，要限制缺陷尺寸的大小 。缺陷尺寸分布會(huì)影響到多縫開(kāi)裂的過(guò)程，缺陷尺寸中等時(shí)有利于裂縫的形成。適當(dāng)增加含氣量有利于尺寸大小合適的缺陷形成，降低初始開(kāi)裂強(qiáng)度。增大最大橋接應(yīng)力(最大拉伸強(qiáng)度)和初始裂縫的比值范圍，也有利于多縫開(kāi)裂 。
6 PVA —FRCC 的應(yīng)用
PVA—FRCC 不僅具有良好的多縫開(kāi)裂能力及拉伸應(yīng)變，而且施工及其便利，既能夠現(xiàn)場(chǎng)澆注、又可以工
廠預(yù)制、自密實(shí)、噴射及擠壓成型 。正是由于其具有上述的優(yōu)異性能及便利的施工，使其具有十分廣闊的應(yīng)用前景。PVA —FRCC 主要用于以下4 個(gè)方面：
(1)做為保護(hù)層：能夠提高鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)的耐久性，抑制侵蝕性物質(zhì)侵人，推遲建筑物的使用壽命；
(2)做為無(wú)伸縮縫連結(jié)板 ：即能夠提高橋梁結(jié)構(gòu)的耐久性，又能夠減少結(jié)構(gòu)的自重；
(3)做為抗震結(jié)點(diǎn)：能夠提高結(jié)構(gòu)抗震能力；
(4)做為鋼／混凝土結(jié)構(gòu)結(jié)點(diǎn)以及錨桿等位置：能夠降低因局部應(yīng)力集中而產(chǎn)生的結(jié)構(gòu)破壞。
目前 ，在 日本北海道美原大橋的建設(shè)中使用了 PVA ．FRCC(但效果不是很好，兩年后就破損了)，另外 ，在大壩的修補(bǔ)及高架橋維修等方面PVA．FRCC 也獲得應(yīng)用。
7 結(jié) 語(yǔ)
PVA—FRCC 具有變形能力強(qiáng)、自愈合及多縫開(kāi)裂等優(yōu)點(diǎn)，擁有巨大的應(yīng)用空間及廣闊的發(fā)展前景。PVA—FRCC 研究時(shí)間還不夠長(zhǎng)，因此，仍需投入大量的人力、物力、財(cái)力，來(lái)加快 PVA—FRCC 在實(shí)際工程中的應(yīng)用。隨著社會(huì)的發(fā)展與進(jìn)步，對(duì)材料性能的要求變得更高。材料即要有較高的強(qiáng)度，又要有較好的變形能力。為了進(jìn)一步拓寬其應(yīng)用領(lǐng)域 ，下面一些課題有待人們?nèi)ド钊胙芯浚?/p>
(1)制備高強(qiáng)高韌 PVA ．FRCC。將微觀力學(xué)理論與材料設(shè)計(jì)、優(yōu)化有機(jī)地結(jié)合在一起 ，采用必要的方法，使制備的 PVA．FRCC 滿足高強(qiáng)高韌的要求；
(2)制備低成本高韌性的 PVA—FRCC 。PVA 纖維的價(jià)格昂貴，使其在工程中的大規(guī)模應(yīng)用受到限制。降低成本是 PVA —FRCC 應(yīng)用亟待解決的問(wèn)題；
(3)復(fù)雜環(huán)境下預(yù)拉伸 PVA．FRCC 自愈合問(wèn)題。在各種受力狀態(tài)下，研究 PVA—FRCC 的自愈合情況；
(4)預(yù)拉 PVA—FRCC 耐久性問(wèn)題。已開(kāi)裂與未開(kāi)裂 PVA—FRCC 之間的抗?jié)B、抗凍及抗侵蝕能力的區(qū)別；
(5)PVA．FRCC 材料強(qiáng)韌化機(jī)理。從材料學(xué)、微觀力學(xué)等多角度，探討聚合物對(duì) PVA—FRCC 材料長(zhǎng)期力 學(xué)性能、耐久性能(耐老化、抗?jié)B性、耐磨性等)的影響，探明機(jī)理；
(6)高應(yīng)變率條件下 PVA —FRCC 材料的拉伸行為。要深入研究 PVA—FRCC 材料的動(dòng)態(tài)拉伸性能以及高溫特性、抗爆抗侵蝕性能等方面。以拓寬 PVA—FRCC 材料在軍事防護(hù)領(lǐng)域的應(yīng)用。
魯ICP備2021047099號(hào)