PVA纖維的研究現(xiàn)狀與應(yīng)用

孫志永

（安徽省交通控股集團(tuán)有限公司 安徽合肥 230000）

引言

隨十三五規(guī)劃以來，我國交通運(yùn)輸行業(yè)的迅速發(fā)展，我國的公路建設(shè)朝著更高的標(biāo)準(zhǔn)發(fā)展，其中應(yīng)用最為廣泛的當(dāng)屬半剛性基層材料。因為水泥穩(wěn)定碎石存在抗裂性能差等缺點(diǎn)，所以研究者們嘗試在其中加入纖維，形成了纖維水泥穩(wěn)定碎石基層材料。這種方法對水泥穩(wěn)定碎石基層材料的路用性能有顯著地提高作用。目前國內(nèi)學(xué)者對PVA纖維在水泥穩(wěn)定碎石中的應(yīng)用的研究還比較少。從PVA纖維的生產(chǎn)工藝，到PVA纖維增強(qiáng)水泥基的研究，再到研究超纖維、劍麻纖維、聚丙烯纖維、玄武巖纖維等纖維對水泥穩(wěn)定碎石的改善作用，這些研究工作都為PVA纖維增強(qiáng)水泥穩(wěn)定碎石材料的研究打下了強(qiáng)有力的基礎(chǔ)，為后續(xù)的研究工作提供了支撐和借鑒意義。

1 PVA纖維在水泥穩(wěn)定碎石中的發(fā)展階段

1.1 PVA纖維在國外的相關(guān)研究與應(yīng)用

關(guān)于國外眾多國家對PVA-ECC的研究，其中以日本學(xué)者的研究最為豐富。日本可樂麗公司的試驗結(jié)果表明：PVA具有比鋼筋更好地與水泥的粘結(jié)性，而且PVA纖維還具有分散性好、耐堿性好等特性。

小泉澈對PVA纖維如何增強(qiáng)水泥混凝土和水泥砂漿的各類性能進(jìn)行了深入地研究，他認(rèn)為：摻入PVA纖維可以增大水泥混凝土和水泥砂漿的強(qiáng)度，抗凍性和溶解性以及耐硫酸鹽腐蝕的性能、抵抗沖擊的性能均可以得到提高。另外，他在對PVA纖維增強(qiáng)水泥混凝土制品進(jìn)行了載荷試驗后，發(fā)現(xiàn)在其他條件相同的情況下，摻入PVA纖維構(gòu)件的只是普通構(gòu)件的一半。

目前，國外學(xué)者對PVA纖維摻入水泥穩(wěn)定碎石以改善路面的各項性能指標(biāo)的研究還相對較少，但是對于PVA纖維改善水泥基復(fù)合材料的研究已經(jīng)十分深入，這些都將為PVA纖維應(yīng)用于水泥穩(wěn)定碎石中的研究提供很多的啟發(fā)和借鑒意義。

1.2 PVA纖維在國內(nèi)的發(fā)展與應(yīng)用

1.2.1 關(guān)于纖維水泥穩(wěn)定碎石的研究

2005年，長安大學(xué)的孫薇有效地利用了當(dāng)?shù)乜梢蕴峁┑脑牧希仁抢梅勖夯襾砀纳扑喾€(wěn)定碎石的路用效能，隨后又提出了調(diào)整顆粒級配的方法。實(shí)驗證明，這兩種措施對水泥穩(wěn)定碎石的改善都起到了一定的作用。為重載交通條件下，水泥穩(wěn)定碎石的開裂提供了理論和實(shí)驗基礎(chǔ)。

2006年5月，長安大學(xué)的楊紅輝、郝培文為了提高水泥穩(wěn)定碎石的抗裂能力，提出加入一定數(shù)量的聚丙烯纖維，然后與不摻聚丙烯纖維的普通材料作對比。將不同齡期的材料進(jìn)行分組后，作者分別測量了材料的疲勞值、劈裂強(qiáng)度、抗裂系數(shù)等路用性能評價指標(biāo)。實(shí)驗結(jié)果顯示：普通水泥穩(wěn)定碎石的收縮變形量明顯較大。

2008年鄭州大學(xué)的張鵬、李清富團(tuán)隊對聚丙乙烯纖維對水泥穩(wěn)定碎石抗拉、抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律做了大量實(shí)驗，該團(tuán)隊研究發(fā)現(xiàn)在一定的纖維摻量范圍內(nèi)，水泥穩(wěn)定碎石的抗拉、抗壓能力隨著纖維摻量的增加，抗拉、抗壓強(qiáng)度也不斷增加。

2009年12月，重慶交通大學(xué)的徐秀霞進(jìn)行了進(jìn)一步的研究，研究對象還是柔性纖維水泥穩(wěn)定碎石半剛性基層。徐秀霞采用了修筑柔性纖維水泥穩(wěn)定碎石瀝青路面試驗路的方法，通過對半剛性基層路面進(jìn)行大量的測試和分析工作。觀測路面反射裂縫數(shù)量，并且與不摻柔性材料的路段裂縫作分析比較，發(fā)現(xiàn)摻入柔性纖維的路面抗裂性能明顯更優(yōu)。

2011年4月，東北林業(yè)大學(xué)的楊明為了增強(qiáng)基層的抗裂能力。在水泥穩(wěn)定碎石中摻入了玄武巖纖維。實(shí)驗結(jié)果是摻入玄武巖纖維后，基層的抗裂能力確實(shí)得到了顯著地提高，抑制干燥和溫度收縮變形的能力也得到了提高。但是前提是纖維的體積摻量必須達(dá)到一定標(biāo)準(zhǔn)值。2011年，韋理軍經(jīng)大量實(shí)驗后進(jìn)行分析，得出了劍麻纖維確實(shí)可以提高路面的力學(xué)性能，對劈裂強(qiáng)度、抗彎拉強(qiáng)度和抗沖擊性能的改善效果更佳。

2012年，付春梅，嘗試將聚酯纖維加入水泥穩(wěn)定碎石中聚得出酯纖維可以提高路面的抗裂性能。

2014年10月，河北工業(yè)大學(xué)的李廣信經(jīng)過大量實(shí)驗研究結(jié)果顯示，加入超纖維后的水泥穩(wěn)定碎石基層的抗裂性能和各項路用性能指標(biāo)均有提高。

1.2.2 PVA纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的研究

2006年11月，田礫研究了PVA纖維對硬化水泥基材料韌性的增強(qiáng)作用。作者采用了四點(diǎn)彎曲試驗的方法，繪制不同條件下的力-變形曲線，之后用CONSOFT計算了其斷裂能。結(jié)果表明，PVA纖維對水泥基復(fù)合材料有增強(qiáng)作用。

2007年3月，大連理工大學(xué)的高淑玲、徐世烺初步配制了PVA纖維水泥基復(fù)合材料，先是對各個配合比材料的坍落擴(kuò)展度進(jìn)行了測定，又分析了假硬化的應(yīng)力-應(yīng)變?nèi)€，纖維摻量對水泥基符合材料的各項性能指標(biāo)的影響。

2008年6月，徐世烺與李賀東為了找到一種可以應(yīng)用于輸水渡槽、碾壓混凝土大壩以及其他防滲水工建筑物的復(fù)合材料。指出PE-ECC和PVA-ECC是目前研究相對成熟的兩種超高韌性材料。在進(jìn)行大量試驗后，發(fā)現(xiàn)PVA-ECC相較于其他的水泥基復(fù)合材料有更大的變形能力和承載能力。

2009年12月，李艷和梁興文綜述了PVA纖維的基本性能，總結(jié)了PVA-ECC具有的各項優(yōu)點(diǎn)：如強(qiáng)度高、延性大、吸收能力強(qiáng)、耐久性能好等，可很好地應(yīng)用于工程實(shí)際中。指出要想研究PVA-ECC的幾何特性、基體自身以及界面的特性，必須借助微觀力學(xué)模型等觀點(diǎn)。

2015年重慶交通大學(xué)的賀亞飛等人為了解決水泥穩(wěn)定碎石基層開裂的問題，對水泥劑量分別4.0%、3.6%與3.2%，聚乙烯醇纖維摻量分別為 1.2kg/m3、0.9kg/m3與 0.6kg/m3，聚乙烯醇纖維長度分別為 12mm、18mm、24mm、30mm的PVA纖維水泥穩(wěn)定碎石進(jìn)行了研究分析。王世鵬等人對摻入聚乙烯醇纖維的水泥穩(wěn)定碎石進(jìn)行了路用性能研究，通過實(shí)驗測量了其回彈模量、抗拉強(qiáng)度等性能指標(biāo)。結(jié)果表明，PVA纖維的加入一定程度上提高了水泥穩(wěn)定碎石的力學(xué)性能和其他各項力學(xué)性能指標(biāo)；作者定量計算了PVA纖維對水泥穩(wěn)定碎石抗裂性能的提高幅度，具有較大的理論意義及實(shí)踐指導(dǎo)作用。

2016年重慶交通大學(xué)的王凡宇為了解決PVA纖維分散性的問題，通過運(yùn)用三維軟件CATIA獲得攪拌軸的模型，并基于流體力學(xué)運(yùn)用Fluent進(jìn)行仿真模擬，在一定程度上解決了PVA纖維的分散性。同年重慶交通大學(xué)的韋建學(xué)從攪拌工藝的角度研究了PVA纖維在水泥穩(wěn)定碎石中的拌合均勻性以及確定了PVA纖維在水穩(wěn)碎石中的最佳摻量比和理想纖維長度，最后提出了“相對質(zhì)量分?jǐn)?shù)比例”來對PVA纖維的拌合均勻性進(jìn)行判定，對PVA纖維的研究起到了重要意義。

2 PVA纖維研究存在的問題

泥混凝土的開裂破壞有很多原因，其中拌合不均勻是引起混凝土破壞的重要因素之一?；炷涟韬腺|(zhì)量的好壞可以用均勻性指標(biāo)來表示。在沒有拌合均勻的情況下，路面的使用壽命和各種路用性能都會受到很大程度的影響。目前，國內(nèi)對于PVA纖維的均勻性評價的研究還不夠深入，沒有形成嚴(yán)謹(jǐn)?shù)?、?quán)威的評價方法。通過研究國內(nèi)的關(guān)于PVA纖維水泥穩(wěn)定碎石的均勻性的資料，很大一部分研究人員采用坍落度波動值作為評價指標(biāo)，還有一部分采用抗壓強(qiáng)度來測定均勻性，但認(rèn)為這些評價方法都不夠嚴(yán)格，可以在一定程度上反應(yīng)PVA纖維的拌合均勻性，但是都不足以作為較為嚴(yán)格的評價指標(biāo)。

3 總結(jié)

綜上訴所述，國內(nèi)學(xué)者關(guān)于其他纖維（如玄武巖纖維、劍麻纖維、聚丙烯纖維、聚酯纖維等）摻入水泥穩(wěn)定碎石的研究已經(jīng)相當(dāng)深入，事實(shí)也證明了通過在水泥穩(wěn)定碎石中加入這些纖維，可以有效地改善路面的各項性能。PVA纖維相比于以上幾種纖維，目前性能更優(yōu)，國內(nèi)學(xué)者對PVA增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的研究也有相當(dāng)多的成果，但是將PVA纖維摻入水泥穩(wěn)定碎石中還有待進(jìn)一步的研究，而對于目前研究成果的綜述將為我們后續(xù)的研究工作提供大量的理論支撐和技術(shù)借鑒。