PVA纖維分散程度對(duì)水泥砂漿和水泥穩(wěn)定碎石力學(xué)性能的影響

袁齡卿，梁乃興，趙春花，楊卓林，曾 晟

（1.同濟(jì)大學(xué)道路與交通工程教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室，上海 201804；2.重慶交通大學(xué)土木工程學(xué)院，重慶 400074；3.重慶科技學(xué)院建筑工程學(xué)院，重慶 401331；4.重慶交通大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，重慶 400074）

目前，在水泥基材料中加入纖維來提高其抗拉強(qiáng)度和抗裂性能已成為國內(nèi)外諸多學(xué)者的研究方向，纖維良好的韌性和較高的模量使其應(yīng)用在水泥基材料中具有良好的改性效果［1?7］.俞靖洋等［8］通過研究聚乙烯醇（PVA）纖維對(duì)水泥穩(wěn)定碎石基層疲勞壽命的影響，得出摻PVA纖維水泥穩(wěn)定碎石基層的疲勞壽命為普通水泥穩(wěn)定碎石基層疲勞壽命的2.6~3.0倍.張鵬等［9］通過三點(diǎn)彎曲試件斷裂試驗(yàn)，得出聚丙烯纖維可以顯著提高水泥穩(wěn)定碎石的極限裂縫尖端張開位移和斷裂能.呂林女等［10］的報(bào)道顯示，雖然粉煤灰替代部分水泥會(huì)降低應(yīng)變硬化水泥基復(fù)合材料（SHCC）的抗拉強(qiáng)度，但隨著粉煤灰摻量的增加，SHCC的應(yīng)變硬化和多縫開裂特性表現(xiàn)出了更優(yōu)異的特征.據(jù)Ma等［11?12］研究，在水泥穩(wěn)定碎石中加入聚丙烯纖維能夠提升水泥穩(wěn)定碎石的抗彎疲勞性能，在水泥砂漿中加入PVA纖維可提升高強(qiáng)度磚墻的抗剪強(qiáng)度.李艷等［13?14］基于實(shí)測(cè)單軸受壓和三軸圓柱體應(yīng)力-應(yīng)變曲線的特點(diǎn)，提出了單軸受壓本構(gòu)方程和高性能纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料（HPFRCC）的常規(guī)三軸受壓本構(gòu)模型，為高韌性PVA纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料（PVA?FRCC）結(jié)構(gòu)非線性有限元和HPFRCC結(jié)構(gòu)非線性有限元的分析提供了依據(jù).徐世烺等［15］對(duì)水泥基復(fù)合材料的動(dòng)態(tài)壓縮力學(xué)性能進(jìn)行數(shù)值模擬分析后發(fā)現(xiàn)，相比于普通混凝土材料和摻鋼纖維水泥基材料，摻PVA纖維的超高韌性水泥基復(fù)合材料（PVA?UHTCC）峰值應(yīng)力動(dòng)態(tài)增強(qiáng)因子的應(yīng)變率敏感性較低.Yuan等［16］則考慮了粉煤灰和纖維對(duì)水泥穩(wěn)定碎石抗壓強(qiáng)度和劈裂強(qiáng)度的共同作用.但上述文獻(xiàn)未能充分表達(dá)出水泥基復(fù)合材料的性能與纖維分散程度之間的關(guān)系.

對(duì)于纖維分散技術(shù)和評(píng)價(jià)方法的研究，國內(nèi)外均有相關(guān)報(bào)道.張麗輝等［17］、劉建忠等［18］用熒光顯微鏡分析了水泥基復(fù)合材料中纖維的分散性，并提出了纖維分散性評(píng)價(jià)方法.曹源文等［19?23］利用統(tǒng)計(jì)方法和圖像處理法對(duì)纖維的分散性進(jìn)行了研究和評(píng)價(jià)，但這些文獻(xiàn)同樣沒有分析水泥基復(fù)合材料的性能與纖維分散程度之間的關(guān)系.

當(dāng)前工程應(yīng)用的PVA纖維主要呈纖維束狀，未分散的束狀PVA纖維直接加入砂漿或碎石混合料中攪拌時(shí)不易分散.當(dāng)向纖維混合料中加水后，由于PVA纖維具有良好的親水性，在纖維表面毛細(xì)管張力的作用下，未分散的纖維遇水后會(huì)進(jìn)一步吸附在一起，形成更大的團(tuán)狀纖維.未分散的束狀和團(tuán)狀PVA纖維存在于水泥砂漿或水泥穩(wěn)定碎石材料中，使材料內(nèi)部隨機(jī)分布著缺陷，這些缺陷將降低材料的性能和使用壽命.因此，本文采用粉煤灰對(duì)PVA纖維進(jìn)行分散攪拌，研究粉煤灰摻量對(duì)PVA纖維的分散效果，同時(shí)建立纖維分散性評(píng)價(jià)標(biāo)準(zhǔn)，最后再通過室內(nèi)試驗(yàn)分析水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、破裂能和水泥穩(wěn)定碎石的劈裂強(qiáng)度與PVA纖維分散程度之間的關(guān)系.

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

本文選用Ⅰ級(jí)粉煤灰作為試驗(yàn)的分散劑.粉煤灰的物理參數(shù)見表1.其中：D50表示中位徑；D［4，3］表示體積平均徑；D［3，2］表示面積平均徑；D［2，1］表示長度平均徑；RSPAN表示跨度（RSPAN=（D90-D10）/D50，其中D90、D10分別表示顆粒累積分布為90%、10%的粒徑，即小于此粒徑的顆粒體積占全部顆粒體積的90%、10%）；SSA表示比表面積.

表1 粉煤灰的物理參數(shù)Table 1 Physical parameters of fly ash

本文采用的PVA纖維的物理參數(shù)見表2.

表2 PVA纖維的物理參數(shù)Table 2 Physical parameters of polyvinyl alcohol

試驗(yàn)選用的復(fù)合硅酸鹽水泥標(biāo)號(hào)為P·C32.5，為徐州中聯(lián)有限公司生產(chǎn).試驗(yàn)采用的水泥、標(biāo)準(zhǔn)砂和石灰?guī)r均通過檢驗(yàn)，分別滿足JTG E42—2005《公路工程水泥及水泥混凝土試驗(yàn)規(guī)程》和JTG E51—2009《公路工程無機(jī)結(jié)合料穩(wěn)定材料試驗(yàn)規(guī)程》要求.

1.2 試驗(yàn)方法

選擇粉煤灰與PVA纖維質(zhì)量比（mFA∶mPVA，簡(jiǎn)稱質(zhì)量比）為0∶1、25∶1、50∶1和75∶1；將PVA纖維與粉煤灰加入水泥膠砂攪拌機(jī)的攪拌鍋中，對(duì)PVA纖維進(jìn)行干拌分散處理；攪拌葉自轉(zhuǎn)速率為（140±5）r/min，公轉(zhuǎn)速率為（62±5）r/min，攪拌時(shí)間設(shè)置為3 min.研究粉煤灰質(zhì)量對(duì)PVA纖維分散程度的影響時(shí)，每種質(zhì)量比實(shí)施4次平行試驗(yàn)，再按質(zhì)量均分稱重法將經(jīng)攪拌分散處理的PVA纖維和粉煤灰混合料等質(zhì)量均分成3份，通過干法篩分和濕法水洗得到溶于液體中的純凈PVA纖維溶液，然后將其導(dǎo)入模具中，加滿水讓其穩(wěn)定后采集圖像，采用灰度共生矩陣圖像處理法求其圖像熵f2.

干法篩分：采用孔徑為0.075 mm的標(biāo)準(zhǔn)篩對(duì)粉煤灰和PVA纖維混合料進(jìn)行密封篩分，初步分離粉煤灰和PVA纖維.濕法水洗：將篩分出來的PVA纖維放置于試驗(yàn)盆內(nèi)，加水并做微攪拌，讓吸附在PVA纖維表面的粉煤灰分離沉淀，得到融于液體中的純凈PVA纖維.最后，采用孔徑為0.075 mm的標(biāo)準(zhǔn)篩將PVA纖維從溶液中分離出來，并置于烘箱內(nèi)烘干后稱重，得到各組PVA纖維的質(zhì)量損失率均小于7%.

采用質(zhì)量均分稱重法對(duì)灰度共生矩陣圖像處理法做驗(yàn)證分析.首先采用對(duì)應(yīng)于圖像處理法的相同技術(shù)參數(shù)對(duì)PVA纖維束做同樣處理，然后將攪拌后的PVA纖維和粉煤灰混合物等質(zhì)量均分成10份，通過干法篩分和濕法水洗得到洗凈的PVA纖維溶液，再采用孔徑為0.075 mm的標(biāo)準(zhǔn)篩將PVA纖維從溶液中分離出來.將所得10份洗凈的PVA纖維置于烘箱內(nèi)烘干后稱重，并分別標(biāo)記為M25（1，j）（j=1，2，…，10，M25表示質(zhì)量比為25∶1）；重復(fù)上述方法，依次完成同質(zhì)量比下的另外2組平行試驗(yàn)，分別標(biāo)記為M25（i，j）（i=2，3，表示同質(zhì)量比下的第2、3組平行試驗(yàn)；j=1，2，…，10），最終完成質(zhì)量比為25∶1下的3組平行試驗(yàn)，并做好標(biāo)記.重復(fù)上述步驟，分別得到M50、M75下的60份樣品.結(jié)果發(fā)現(xiàn)，各組PVA纖維的質(zhì)量損失率均小于13%.采集得到質(zhì)量比分別為25∶1、50∶1、75∶1的PVA纖維圖片，如圖1所示.

圖1 質(zhì)量比分別為25∶1、50∶1、75∶1的PVA纖維圖片F(xiàn)ig.1 Images of PVA fiber with mass ratios of 25∶1，50∶1 and 75∶1，respectively

水泥砂漿試驗(yàn)采用水灰比（質(zhì)量比）為0.5，PVA纖維摻量為水泥質(zhì)量的1%，mFA∶mPVA分別為0∶1、25∶1、50∶1、75∶1，并采用普通水泥砂漿和粉煤灰水泥砂漿進(jìn)行對(duì)比組試驗(yàn)，其配合比設(shè)計(jì)見表3.水泥穩(wěn)定碎石試驗(yàn)采用的級(jí)配設(shè)計(jì)見表4，其配合比設(shè)計(jì)見表5.對(duì)摻入的PVA纖維同樣采用粉煤灰做分散處理.

表3 水泥砂漿配合比Table 3 Mix proportion of cement mortar

表4 水泥穩(wěn)定碎石級(jí)配設(shè)計(jì)Table 4 Gradation design of cement stabilized macadam

表5 水泥穩(wěn)定碎石配合比Table 5 Mix proportion of cement stabilized macadam

根據(jù)JTG E42—2005和JTG E51—2009要求，成型40 mm×40 mm×160 mm的水泥砂漿棱柱體試件及?150 mm×150 mm的水泥穩(wěn)定碎石圓柱體試件，平行試件有6個(gè).水泥砂漿試件和水泥穩(wěn)定碎石試件置于標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)，水泥砂漿的養(yǎng)護(hù)齡期取7 d，水泥穩(wěn)定碎石的養(yǎng)護(hù)齡期取7、28、90 d.最后根據(jù)JTG E42—2005和JTG E51—2009要求，對(duì) 水 泥 砂漿試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度試驗(yàn)，對(duì)水泥穩(wěn)定碎石試件進(jìn)行劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)，且保證水泥砂漿同組試驗(yàn)的強(qiáng)度測(cè)試值不超過平均值的10%，保證水泥穩(wěn)定碎石同組試驗(yàn)的變異系數(shù)CV≤15%.本文對(duì)水泥砂漿破裂能的測(cè)試采用應(yīng)變控制加載，加載速率為1 mm/min；破裂能定義為應(yīng)力曲線在應(yīng)變方向上的積分面積.

1.3 PVA纖維的分散性評(píng)價(jià)方法

1.3.1 灰度共生矩陣圖像處理法

采用灰度共生矩陣圖像處理法獲得的圖像熵f2來表征PVA纖維的分散程度［21，24］.圖像熵的表達(dá)式如下：

式中：L為圖像的最大灰度級(jí)；（i，j）為圖像點(diǎn)對(duì)的灰度值；d為灰度共生矩陣的生成步長；θ為生成方向；δ為2個(gè)像素間的空間位置關(guān)系，由d和θ決定；(i，j，d，θ)為歸一化后每組灰度對(duì)出現(xiàn)的概率矩陣.

熵值是圖像具有信息的度量，紋理信息是圖像信息的一種.若圖像中沒有任何紋理，則灰度共生矩陣為零陣，圖像熵f2接近0；若圖像充滿細(xì)紋理，則Pδ(i，j，d，θ)值近似相等，圖像熵f2最大；若圖像中分布較少的紋理，則Pδ(i，j，d，θ)的數(shù)值差別較大，該圖像熵f2較小.通過編程求圖像熵f2，取d=1，分別計(jì)算θ=0°、45°、90°、135°這4個(gè)方向上灰度共生矩陣的圖像熵f2，并取其平均，記為.

1.3.2 單因素方差分析

單因素方差分析，是利用灰度共生矩陣圖像處理法求得的圖像熵均值與質(zhì)量比的不同水平建立數(shù)學(xué)模型，檢驗(yàn)質(zhì)量比對(duì)的顯著性影響.利用單因素方差分析時(shí)，應(yīng)充分考慮試驗(yàn)條件和隨機(jī)誤差的影響因素.

1.3.3 質(zhì)量均分稱重法

質(zhì)量均分稱重法，是利用纖維在混合料中離散程度的變異系數(shù)來表征纖維的分散程度，其表達(dá)式如下：

式中：μ代表通過質(zhì)量均分稱重法求得的10份纖維質(zhì)量均值；σ代表10份纖維質(zhì)量均值的標(biāo)準(zhǔn)差；CV表示10份纖維質(zhì)量均值的變異系數(shù).

表10 水泥砂漿的7 d抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果Table 10 Test results of compressive strength of cement mortar at 7 d

纖維在混合料中的分散程度越高，則束狀和團(tuán)狀纖維越少，纖維質(zhì)量的集中度越小.當(dāng)把這些拌和后的粉煤灰和PVA纖維的混合料等質(zhì)量均分成10份時(shí)，各份混合料中PVA纖維的質(zhì)量越接近，則10等份混合料中纖維均值的變異系數(shù)越小.纖維在混合料中的分散程度越低，則束狀和團(tuán)狀的纖維越多，纖維質(zhì)量的集中度越大，所計(jì)算的10等份纖維均值變異系數(shù)越大.

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

2.1 PVA纖維的分散性

當(dāng)攪拌時(shí)間為3 min時(shí)，粉煤灰作用下不同質(zhì)量比對(duì)應(yīng)的PVA纖維圖像熵f2見表6；采用質(zhì)量均分稱重法得到的試驗(yàn)結(jié)果見表7.表6、7中：Mi?j?k中的i表示粉煤灰與纖維的質(zhì)量比為i∶1，j表示質(zhì)量比為i∶1的第j組平行試驗(yàn)，k表示第j組平行試驗(yàn)的第k個(gè)均分質(zhì)量的試驗(yàn)；Mi（j）中的i表示粉煤灰與纖維的質(zhì) 量 比 為i∶1，j表示質(zhì)量比為i∶1的 第j組 平 行 試驗(yàn)；表示每組平行試驗(yàn)圖像熵的平均值，f2表示同質(zhì)量比下圖像熵的平均值；、Pi、CV分別表示質(zhì)量均分稱重法下每個(gè)試驗(yàn)方案對(duì)應(yīng)的10份纖維質(zhì)量均值、質(zhì)量損失率和變異系數(shù)；表示同質(zhì)量比下對(duì)應(yīng)的4個(gè)變異系數(shù)CV的均值.

表6 粉煤灰作用下不同質(zhì)量比對(duì)應(yīng)的PVA纖維圖像熵Table 6 Image entropy of PVA fibers with different mass ratios under the action of fly ash

表7 質(zhì)量均分稱重法的試驗(yàn)結(jié)果Table 7 Test results of mass?equipartition weighing method

對(duì)表6中PVA纖維的進(jìn)行0.05水平下的顯著性檢驗(yàn)，得到表8.其中：DF表示自由度；F表示檢驗(yàn)水平；P表示顯著性.

由表8可知，顯著性P=0.019，小于顯著水平0.05，表明的總體均值顯著不同，即在作為分散劑的粉煤灰作用下，3種質(zhì)量比對(duì)PVA纖維的分散性影響顯著.質(zhì)量比為50∶1時(shí)粉煤灰對(duì)PVA纖維的分散效果見圖2.

表8 圖像熵的顯著性水平檢驗(yàn)Table 8 Significance level test of image entropy

由表6、7可知，隨著質(zhì)量比的增加，圖像熵越來越大，PVA纖維質(zhì)量均值的變異系數(shù)越來越小.當(dāng)質(zhì)量比從25∶1增至75∶1時(shí)，圖像熵f2從2.04單調(diào)增至2.13，變異系數(shù)均值從0.042單調(diào)降至0.008.由此可知，采用質(zhì)量均分稱重法與采用灰度共生矩陣圖像處理法所得結(jié)論具有一致性.通過使用單因素方差分析、質(zhì)量均分稱重法對(duì)灰度共生矩陣圖像處理法進(jìn)行檢驗(yàn)和驗(yàn)證，可知灰度共生矩陣圖像處理法的圖像熵f2能合理、有效地代表纖維的分散程度，且當(dāng)質(zhì)量比大于50∶1時(shí)，圖像熵f2的變化趨于平緩.結(jié)合實(shí)際纖維分散情況，認(rèn)定此時(shí)PVA纖維趨于均勻分散狀態(tài)，即認(rèn)定質(zhì)量比為50∶1，f2=2.10時(shí)，PVA纖維束剛好處于臨界均勻分散點(diǎn).

由圖2可知，當(dāng)加入粉煤灰后，較小粒徑級(jí)別的玻璃球狀粉煤灰顆粒在外力作用下，不斷滲透到纖維束內(nèi)部，并吸附在纖維表面.當(dāng)對(duì)纖維束進(jìn)行攪拌分散時(shí)，吸附在PVA纖維表面的粉煤灰對(duì)纖維束的分散起到了良好的潤滑作用，進(jìn)而使纖維在外力作用下分散.當(dāng)質(zhì)量比大于50∶1時(shí)，纖維表面對(duì)較小粒徑粉煤灰的吸附已趨于飽和，而較大粒徑粉煤灰已能充分起到潤滑作用，使PVA纖維束充分分散.因此，此時(shí)再加入過多粉煤灰對(duì)纖維的分散作用影響不大，圖像熵和變異系數(shù)的變化最后趨于平緩.

圖2 粉煤灰對(duì)PVA纖維的分散效果Fig.2 Dispersion effect of fly ash on PVA fibers（mFA∶mPVA=50∶1）

2.2 PVA纖維增強(qiáng)水泥砂漿和水泥穩(wěn)定碎石力學(xué)性能

2.2.1 PVA纖維的分散程度對(duì)水泥砂漿力學(xué)性能的改性作用

水泥砂漿7 d抗折強(qiáng)度、7 d抗壓強(qiáng)度、破裂能的試驗(yàn)結(jié)果見表9~11.對(duì)于普通水泥砂漿而言，其7 d抗折強(qiáng)度為3.59 MPa；7 d抗壓強(qiáng)度為39.3 MPa；破裂能為72.2 J.

PVA纖維分散程度對(duì)水泥砂漿力學(xué)性能的改性作用，指的是摻有PVA纖維和粉煤灰的水泥砂漿力學(xué)性能在扣除粉煤灰增量的影響后，所得PVA纖維的分散程度對(duì)摻PVA纖維水泥砂漿力學(xué)性能的改性作用.以表9中質(zhì)量比mFA∶mPVA=25∶1為例，此時(shí)f2=2.04，摻有PVA纖維和粉煤灰的水泥砂漿抗折強(qiáng)度為4.24 MPa，對(duì)應(yīng)的摻粉煤灰水泥砂漿抗折強(qiáng)度為3.91 MPa，而未采用粉煤灰進(jìn)行處理（質(zhì)量比為0∶1）的摻PVA纖維水泥砂漿的抗折強(qiáng)度為3.61 MPa；扣除粉煤灰影響后，在PVA纖維分散程度的改性作用下，水泥砂漿抗折強(qiáng)度為3.94 MPa（4.24-3.91+3.61=3.94 MPa）.同理可分析其余質(zhì)量比下PVA纖維分散程度對(duì)水泥砂漿抗折強(qiáng)度的改性作用.

表9 水泥砂漿7 d抗折強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果Table 9 Test results of flexural strength of cement mortar at 7 d

由表9可知，摻入PVA纖維能提高水泥砂漿的抗折強(qiáng)度，且水泥砂漿的抗折強(qiáng)度隨著圖像熵的增加而增大，即PVA纖維在水泥砂漿中的分散程度越高，水泥砂漿的抗折強(qiáng)度越高.另外，當(dāng)1.67

擬合出不同PVA纖維分散程度下，水泥砂漿抗折強(qiáng)度與圖像熵之間的關(guān)系，見式（3）.

由表10可知：在水泥砂漿中摻入PVA纖維并增強(qiáng)PVA纖維在其中的分散程度，對(duì)水泥砂漿抗壓強(qiáng)度影響不大.

由表11可知：摻入PVA纖維能顯著提高水泥砂漿的破裂能，且水泥砂漿的破裂能隨著圖像熵的增加而增加，即PVA纖維在水泥砂漿中的分散程度越高，水泥砂漿的破裂能越高.原因是隨著圖像熵的增加，水泥砂漿中束狀和團(tuán)狀的PVA纖維逐漸減少，致使水泥砂漿的破裂能顯著增大.另外，當(dāng)2.10

表11 水泥砂漿的破裂能試驗(yàn)結(jié)果Table 11 Test results of fracture energy of cement mortar

當(dāng)f2=2.13時(shí)，水泥砂漿中的PVA纖維分散均勻，PVA纖維的破裂能相對(duì)于普通水泥砂漿破裂能提升了97.5%，相對(duì)于f2=1.67即PVA纖維未均勻分散情況下的水泥砂漿破裂能提升了57.2%.

擬合出不同PVA纖維分散程度下，水泥砂漿破裂能與圖像熵之間的關(guān)系，見式（4）.

2.2.2 PVA纖維分散程度對(duì)水泥穩(wěn)定碎石劈裂強(qiáng)度的改性作用

水泥穩(wěn)定碎石劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見表12.定義f2=1.50為普通水泥穩(wěn)定碎石的圖像熵.

表12 水泥穩(wěn)定碎石劈裂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果Table 12 Test results of splitting strength of cement stabilized macadam

由表12可知：水泥穩(wěn)定碎石的劈裂強(qiáng)度隨圖像熵f2的增加而增大；摻有粉煤灰和PVA纖維的水泥穩(wěn)定碎石劈裂強(qiáng)度相對(duì)于普通水泥穩(wěn)定碎石而言有顯著提升；當(dāng)1.67

以養(yǎng)護(hù)齡期90 d，PVA纖維摻量為0.9 kg/m3的情況為例.在PVA纖維均勻分散的條件下，水泥穩(wěn)定碎石的劈裂強(qiáng)度相對(duì)于PVA纖維未均勻分散時(shí)提升了5.4%，相對(duì)于普通水泥穩(wěn)定碎石提升了25.8%.

將養(yǎng)護(hù)齡期為90 d的水泥穩(wěn)定碎石劈裂強(qiáng)度與f2的關(guān)系擬合成線性函數(shù)關(guān)系式，見式（5）：

2.2.3 PVA纖維的分散程度對(duì)水泥基復(fù)合材料力學(xué)性能的改性作用

纖維水泥基復(fù)合材料受到破壞時(shí)，基體中會(huì)產(chǎn)生裂紋，并伴有纖維脆斷和拔出現(xiàn)象.在水泥砂漿和水泥穩(wěn)定碎石中，PVA纖維具有傳遞應(yīng)力、阻擋基體裂紋擴(kuò)展的功能，而PVA纖維與水泥基界面的結(jié)合強(qiáng)度和有效承載面積直接影響著材料性能的發(fā)揮.

對(duì)于摻PVA纖維的水泥基復(fù)合材料，當(dāng)質(zhì)量比為0∶1時(shí)，PVA纖維在基體材料中未均勻分散，材料內(nèi)部存在束狀和團(tuán)狀的纖維.由于這些束狀和團(tuán)狀PVA纖維的存在，降低了纖維與水泥基界面的結(jié)合強(qiáng)度和有效承載面積，從而降低了纖維的有效利用率.另外，這些束狀和團(tuán)狀PVA纖維的存在，使材料內(nèi)部隨機(jī)分布著缺陷，當(dāng)材料受載時(shí)，這些缺陷不能起到良好的應(yīng)力傳遞和分散作用，從而降低了材料的力學(xué)性能和使用壽命.

當(dāng)PVA纖維的圖像熵f2不斷增大時(shí)，由于纖維的分散程度提高，材料中束狀和團(tuán)狀的纖維減少，材料內(nèi)部隨機(jī)分布的缺陷減少，致使材料的密實(shí)度和纖維有效利用率不斷增加.PVA纖維與基體界面的結(jié)合強(qiáng)度和有效承載面積增加，使PVA纖維得以在材料中充分體現(xiàn)其橋接作用，從而有效保護(hù)了基體，提高了材料性能.

3 結(jié)論

（1）采用圖像熵對(duì)PVA纖維的分散性進(jìn)行評(píng)價(jià)具有代表性.粉煤灰能有效促進(jìn)PVA纖維的分散，隨著粉煤灰與PVA纖維質(zhì)量比的增加，圖像熵f2增加，PVA纖維質(zhì)量均值的變異系數(shù)減小，PVA纖維束的分散程度提高.當(dāng)質(zhì)量比大于50∶1時(shí)，PVA纖維束能在水泥基材料中均勻分散.

（2）PVA纖維的分散程度對(duì)水泥砂漿的性能影響顯著.當(dāng)PVA纖維圖像熵f2=2.13時(shí)，纖維束能均勻分散，PVA纖維水泥砂漿的抗折強(qiáng)度、破裂能相對(duì)于f2=1.67，即纖維未均勻分散時(shí)分別提升了16.9%、57.2%；相對(duì)于普通水泥砂漿分別提升了17.5%、97.5%.

（3）水泥穩(wěn)定碎石的劈裂強(qiáng)度隨圖像熵f2的增加而增大.當(dāng)f2=2.13時(shí)，PVA纖維水泥穩(wěn)定碎石的劈裂強(qiáng)度相對(duì)于f2=1.67時(shí)提升了5.4%，相對(duì)于普通水泥穩(wěn)定碎石提升了25.8%.