粉煤灰对混杂纤维增强水泥基材料性能的影响.docx

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1、西安建筑科技大学本科毕业设计（论文）题 目粉煤灰对混杂纤维增强水泥基材料性能的影响学生姓名刘凯学 号150502081院（系）材料科学与工程学院专 业材料科学与工程指导教师胡延燕时 间2019年5月29日 第 2 页摘要水泥基材料尤其是混凝土具有明显的高脆低韧特性，而掺加一定量的纤维能有效改善混凝土的力学性能。单一类型的纤维只能部分提高混凝土的强度或延展性，而不同类型的纤维可以有针对的提高混凝土特定性能。本文采用了聚丙烯（PP）纤维、聚乙烯醇（PVA）纤维两种纤维复掺，研究其在不同粉煤灰掺量下对水泥砂浆流动度、力学性能（3d、28d抗折和抗压强度）的影响。结论如下：在单掺或者复掺纤维（体积掺量

2、2.0%）时，粉煤灰掺量的增加能显著提高砂浆的流动度，在纤维体积掺量过大时，粉煤灰掺量的增加则对砂浆流动度提高不明显。合适的粉煤灰掺量，能够在一定程度上提高试样的3d和28d抗折强度。随着粉煤灰掺量的增加，单、复掺纤维试件的3d抗压强度均会降低，尤其在粉煤灰掺量为30%时，试件的3d抗压强度最低，而对28d抗压强度影响不大。在粉煤灰掺量为20%时， PP纤维体积掺量为1.0%， PVA纤维的体积掺量为1.0%时，水泥基材料的力学性能较优；3d抗折强度较基准组试样提高了25%，抗压强度提高了7.3%；试样的28d抗折强度较基准组试样提高了29.8%，抗压强度提高了7.3%。关键词：聚丙烯纤维，水

3、泥基，粉煤灰，聚乙烯醇纤维AbstractCement-based materials, especially concrete, have obvious high-brittle and low-tough properties, and the addition of a certain amount of fiber can effectively improve the mechanical properties of concrete. A single type of fiber can only partially increase the strength or ductil

4、ity of the concrete, while different types of fibers can be targeted to improve concrete specific properties. In this paper, polypropylene (PP) fiber and polyvinyl alcohol (PVA) fiber were used to study the fluidity and mechanical properties of cement mortar under different fly ash content (3d, 28d

5、flexural and compressive strength). The effect of strength). The conclusions are as follows: In the case of single or complex fiber blending (volume content 2.0%), the increase of fly ash content can significantly increase the fluidity of the mortar. When the fiber volume is too large, the fly ash c

6、ontent is increased. The increase does not increase the fluidity of the mortar. The appropriate amount of fly ash can improve the 3d and 28d flexural strength of the sample to some extent. With the increase of fly ash content, the 3d compressive strength of single and double-doped fiber specimens wi

7、ll decrease, especially when the fly ash content is 30%, the 3d compressive strength of the specimen is the lowest, and 28d The compressive strength has little effect. When the fly ash content is 20%, the PP fiber volume is 1.0%, and the PVA fiber volume is 1.0%, the mechanical properties of the cem

8、ent-based material are better; the 3d flexural strength is higher than the benchmark sample. 25%, the compressive strength increased by 7.3%; the 28d flexural strength of the sample increased by 29.8% compared with the reference group, and the compressive strength increased by 7.3%.Key words: polypr

9、opylene fiber, cement based, fly ash, polyvinyl alcohol fiber 目录1绪论11.1研究背景11.2混杂纤维增强混凝土的研究现状11.2.1混杂纤维增强复合材料11.2.2纤维混杂效应21.2.3常见纤维21.2.4国内研究现状31.2.5国外研究现状41.3研究内容和意义41.3.1研究内容41.3.2研究目的和意义52试验原材料和试验方案62.1试验原材料62.2试验主要仪器72.3试验测试方法及样品的制备72.3.1试验样品的制备72.3.2砂浆流动度的测定82.3.3试块强度的测定82.4试验方案设计82.4.1配合比设计82.

10、4.2纤维掺加方式83试验结果与分析93.1粉煤灰对混杂纤维增强水泥基材料流动度的影响93.2粉煤灰掺量对混杂纤维增强水泥基材料抗折强度的影响103.2.1 粉煤灰掺量对3d抗折强度的影响103.2.2粉煤灰掺量对28d抗折强度的影响133.3粉煤灰掺量对混杂纤维增强水泥基材料抗压强度的影响153.3.1粉煤灰掺量对3d抗压强度的影响153.3.2粉煤灰掺量对28d抗压强度的影响173.4粉煤灰掺量对混杂纤维增强水泥基材料延性的影响183.4.1粉煤灰掺量对3d延性的影响183.4.2粉煤灰掺量对28d延性的影响204结论与展望224.1结论224.2展望22参考文献23致谢25IV1绪论1.

11、1研究背景近年来，工程水泥复合材料（ECC）作为一种特殊类型水泥复合材料，受到广泛的关注与研究。该种复合材料是一种基于微观力学设计理论的微结构定制复合材料，通过添加仅具有中等体积分数的聚合物纤维（通常总体积的2%），展现出优于传统混凝土的拉伸应变能力的三百倍。通过观察具有应变软化性能的混凝土，或纤维增强混凝土，工程水泥复合材料的应变能力是由于在加载阶段产生多个细裂纹而不是连续和瞬时形成单个裂缝开口。因此，ECC在首次开裂后显示出假应变硬化行为，其中出现紧密间隔的多个细裂纹，直到达到复合材料的峰值载荷。而在早期的ECC中仅使用水泥和超细微聚集体。ECC中没有粗骨料导致基质相中相对较高的水泥含量导

12、致较高的成本和二氧化碳排放。此外，一些其他温室气体如SO3和NOx也被提供给大气。美国能源部宣布，从1990年到2015年，世界二氧化碳排放量大约增加了54%。由于这些原因，煤灰燃烧副产品如粉煤灰作为矿物掺合料用于生产水泥复合材料变得几乎不可避免。粉煤灰的使用在加工水泥方面具有环保优势（减少能源投资和CO2释放）。除了环境影响之外，当在ECC制作中用粉煤灰或者其它胶凝材料取代部分水泥时，可以获得在新鲜状态下更好的纤维分散均匀性。粉煤灰置换降低了纤维与基质相之间的界面化学键强度，促进了纤维的拉出，降低了基体的断裂韧性。然而，粉煤灰的物理和化学性质可能根据发电厂燃煤的来源而有很大变化。由于水泥基材

13、料在建筑工程领域的广泛应用，但是该材料具有明显的高脆低韧特性，众多工程事故的起因皆源于该特性的存在1。研究发现，SHCC能够有效地改善水泥基材料，尤其是其高脆低韧的特性2。但是由于SHCC的制作成本过高，无法在建筑领域内大规模应用。为了能够解决SHCC的高成本问题，同时也为了能够在建筑领域内广泛的应用，有研究者就发现，在该复合材料中掺加纤维，能够有效降低复合材料的成本3-4。同时，在该复合材料内部掺加低成本的高弹模纤维，能够在不影响该复合材料高韧性的情况下适度提高SHCC的抗拉强度5。1.2混杂纤维增强混凝土的研究现状1.2.1混杂纤维增强复合材料混杂纤维增强复合材料，指在同一基体中掺加两种或

14、者两种以上的纤维并进行混合使用，通过进行混杂纤维，可以弥补单一纤维的缺点而具有良好的综合性能，且可以合理地利用成本不同的纤维，因此，在满足使用要求的前提下，材料成本大大降低，使其得到广泛应用6。1972年，日本的Hayashi7是第一个提出混杂纤维增强复合材料的概念的人。那个时候的材料基体以树脂为主，用纤维增强的复合材料则主要为军事领域服务，如航空，宇航领域。1975年Walton8等开始研究纤维的混杂，他首先将纤维掺加进水泥基复合材料中，所使用的纤维主要为有机纤维和无机纤维，通过一系列的力学方面的试验发现，将纤维掺加进水泥所得到的复合材料能够提高抗冲击能力。当在水泥基复合材料中掺加纤维（有机

15、或无机，大尺寸或小尺寸，两种或多种），其部分性能符合混合定律，即可以用加权平均的方法来预测复合材料性能，但由于纤维掺入水泥基体后，纤维在基体中的分散以及与颗粒粘接情况较为复杂，所以有部分性能与混合定律的计算结果有较大差异9，也就是说，并不是所有的单一品种纤维所具有的独特性能都可以在混杂纤维复合水泥基材料中得以展现，并不是纤维的性能加和，即所谓的混杂效应。通过测试，若结果优于两种性能之和，则为正混杂，反之，为负混杂10。1.2.2纤维混杂效应混杂纤维增强水泥基复合材料中形成正混杂效应的主要原因，研究者已达成基本的共识，即在不同阶段和不同结构层次下，具有不同力学性能或者不同种类的纤维在水泥基复合材

16、料在力学试验时也可以发挥作用，逐级阻裂，最终起到增强增韧的作用11。而混杂纤维体系对水泥基复合材料的阻裂作用不是孤立的，某一种力学性能或尺寸的纤维能提高水泥基复合材料的性能，该作用又能促进其它纤维更好地发挥作用，从而带来正混杂效应，即产生一加一大于二的效果12。然而，不同尺度的纤维进行混杂对材料抗裂性能的影响有待于进一步的断裂力学试验和定量分析。目前，一些研究者在这一领域进行了大量的实验研究，但细致分析以及微观结构的显示还比较少见，应该在此方向上的研究上倾入更多的心血。姚志雄等13人提出“纤维连锁”的概念，也就是说，混杂纤维之间容易发生团聚和缠绕现象，正是由于此现象的出现，提高了纤维与基体之间

17、的机械咬合力，从而使纤维从裂缝中拔出需要更多的能量，所需能量的多少则完全取决于基体和纤维之间的界面黏结效果，从而纤维对水泥基复合材料的增韧效果得以体现出来，该增加复合材料力学性能的效果主要还与纤维表面的化学活性以及该种纤维的长度、直径、形状有莫大的关系。水泥基复合材料的孔隙结构也可以得到改善，是因为该种材料的纤维体系能够对裂纹产生明显的抑制效果，同时，在少量纤维的掺加下，纤维也能对少量的孔洞进行填充，改善了复合材料内部缺陷。它不仅能提高复合材料的各项力学性能，而且能相应地提高复合材料的耐酸碱盐的性能。Banthia等9认为尺寸较小的纤维比尺寸较长的纤维能更好地改善复合材料的各项性能，如抗压、抗

18、折，耐久性。但长度越长的纤维能显著提高复合材料的韧性，也就是抗弯曲能力，能使该材料体现出较大的挠曲能力。一方面，纤维的长度应与复合材料中的骨料和水化产物的尺寸互相搭配，从而提高材料的挠曲能力。另一方面，基体的强度或者基体水化后的强度要与纤维界面有很好的粘结能力，该能力越强，所体现出的挠曲能力越发的明显。一般来说，当界面和纤维之间的结合强度很强时，大多数纤维会在张力下断裂，而此时的强度提高很显著。当纤维与基体界面间的结合力较弱时，会有更多的纤维从基体中被拉出，复合材料会出现较大的变形，但是材料中由于存在大量的纤维而不会完全断裂。此时，部分纤维仍保留在复合材料中，受界面结合力的影响，韧性和延性也相

19、应提高。采用共模高弹性模量纤维可以改善复合材料的力学性能。因此，对于混合纤维系统，只有选择合适的材料，才能将混杂体系所拥有的各项性能相互综合起来，使基体发挥更大的作用，达到既定的性能设计目标。1.2.3常见纤维在水泥基复合材料中，有许多种类的纤维可供选择。根据纤维本身的材料特性，可分为以下类型：金属材料纤维，无机纤维，合成纤维，天然植物纤维等。根据弹性模量，可分为低弹性模量纤维和高弹性模量纤维13，常用的低弹模纤维有PVA纤维、PP纤维以及尼龙纤维等，它们可使水泥基材料具有较大的变形能力，虽然它们的价格比较低，但是无法做到在很大程度上提高复合材料的强度和韧性，尤其对水泥基材料受力时的初裂强度影

20、响较小。钢纤维，玻璃纤维等是常用的高弹性模量纤维，它们可以大大提高和提高材料的断裂韧性和抗冲击性。目前，纤维增强水泥基复合材料的主要增强材料是短纤维，常用的纤维是PP纤维，玻璃纤维，钢纤维和PVA纤维14。（1）PP纤维PP纤维是一种由C3H6单体得到的聚合物烃。生产工艺相对简单，成本低，化学稳定性高，原料来源广，因为它可以有效地提高材料的力学性能和应用成本。在水泥基材料中应用较少且应用广泛15。（2）钢纤维钢纤维是一种高强度，高弹性的材料，其强度可达水泥基的数倍。钢纤维水泥基材料具有良好的抗疲劳和抗冲击性能，广泛应用于铁路枕基，道路铺设和生产建筑等16。（3）玻璃纤维玻璃纤维价格低廉，具有优

21、良的普通纤维性能，如良好的绝缘性和耐高温性。它广泛用于高速公路路面和非承重轻质材料17。（4）PVA纤维PVA纤维具有良好的力学性能，具有高强度，高模量等特点；具有良好的分散性：纤维不粘连，水分散性好；纤维与水泥，塑料等有很好的亲和力，粘接强度高17。1.2.4国内研究现状20世纪90年代后期，从国外进口的PP纤维应用于许多建筑项目，促进了合成纤维在水泥基材料项目中的实际应用。从那时起，中国研究人员就开始研究和开发合成纤维，为合成纤维在工程中的广泛应用奠定了基础13。王浩18等人通过研究了粉煤灰对混杂纤维（钢/PP纤维）增强混凝土工作性和力学性能，由于粉煤灰自身所具有的特性，这里主要是微集料效

22、应，对所研究材料的和易性将产生有益的影响。然而，粉煤灰与聚丙烯纤维、钢纤维之间的相互作用并不如预期那样显著。由于纤维的增加会对和易性产生不良影响，粉煤灰的作用仅与自身的一些性质有莫大的关系。粉煤灰对强度的贡献主要来自二次反应，对28d强度来说，粉煤灰的影响并不显著，但粉煤灰和PP纤维的交互作用显著性较强，仅次于水胶比及钢纤维两个因素18。郝娟19等人通过研究混合纤维对高含量矿物掺合料混凝土干燥收缩的影响表明，在混凝土中加入大量矿物掺合料会导致基质干燥收缩率大。纤维的种类及其混杂方式能够显著改善其在干燥情况下的收缩。研究发现，有机纤维和无机纤维的混合效果优于单一有机纤维，有机纤维的混合效果明显优

23、于有机纤维和无机纤维19。韩世诚20等人为了降低高性能纤维混凝土的成本，同时又不影响其使用性能，设计了一种混杂纤维增强应变硬化水泥基复合材料(HyFRSHCC)。HyFRSHCC通过机械性能测试，结果显示该HyFRSHCC的抗压强度明显高于为掺加增强材料时的基体强度，并能在材料破坏阶段维持良好的整体性。扫描电子显微镜的观察结果显示，碳酸钙晶须主要能在材料破坏阶段抑制微裂纹的产生，同时PVA纤维和钢纤维能够对宏观裂缝的控制起到重要作用。刘鸿铭21等人通过研究PP/玻璃纤维水泥基复合材料，对于水泥基材料，通过添加纤维来增强基质材料已成为增强水泥基材料的主要方法。大量研究表明，在水泥基材料中加入纤维

24、，可使纤维增强材料的性能得到不同程度的改善，尤其是其力学性能的改善。将与水泥基材料混合的纤维与混凝土中的“钢筋”进行比较，因此纤维与水泥基界面之间的粘合越大，纤维增强水泥的效果越明显。PP/玻璃纤维混杂水泥基复合材料，采用无机胶凝材料（粉煤灰，矿粉），聚合物乳胶及各种添加剂，以及一定比例的粗细骨料，分为有机相和无机相。根据PP纤维和玻璃纤维的表面化学活性，PP纤维与有机相的结合较好，耐碱玻璃纤维与无机相的结合较好。因此，两种纤维在防腐蚀涂层中可以相互补充。PP纤维和玻璃纤维能够对彼此产生互相补充的效果，尤其是性能能够互相得到补充。例如，将聚丙烯纤维掺加进基体材料中，聚丙烯纤维可以主要提高水泥基

25、材的抗拉强度以及抗弯曲的能力，而耐碱玻璃纤维可以主要提高水泥基材的抗压强度。在水泥基复合材料中，材料的一些性能也将在不同程度上得到改善。为改善亲水性而制备的改性PP纤维在水泥基材料中具有不同程度的分散性，并且在基材上具有与界面的粘合性能。因此，改性PP纤维的研究以及后续的普及将会使该复合材料迎来新的春天。1.2.5国外研究现状在20世纪初，有学者通过将纤维掺加进水泥基复合材料中而使的其得到应用，随后发现，纤维的掺加对水泥基材料的各项性能有明显的改善，尤其是力学方面的性能。直到1963年，英国人将纤维掺加进水泥中，随后对掺加纤维的水泥复合材料开裂原理进行了深入透彻的分析，并在材料开发方面取得了重

26、大突破。美国学者EduardoB .Pereira等22人通过对纤维表面的微观结构以及化学活性的分析，研究了以合成纤维为增强材料的水泥基复合材料。结果表明，在水泥基材料中加入少量的PP，尼龙等纤维可以有效地减少水泥基复合材料的塑性收缩裂缝，从而提高材料的机械性能和耐久性。Banthia等23测试了两种以及三种混合纤维（碳纤维，聚乙烯纤维和玻璃纤维）混凝土的弯曲韧性。试验结果表明，PP/玻璃纤维混杂纤维混凝土的各项力学性能优于PP/碳纤维混合纤维混凝土。同时也发现，对混凝土的弯曲性能的影响优于三种纤维的混合。Sorellil等24进行PVA/钢纤维混凝土力学性能的试验，其中钢纤维的长度和直径不同

27、，聚乙烯醇纤维的长度和直径也各有不同。试验结果表明，纤维的几何尺寸对混凝土的弯曲韧性有很大影响。短纤维可以在小的挠曲范围内增加混凝土的抗弯强度和承载能力。当挠曲较大时，长纤维可以改善宏观裂纹的抗裂性。1.3研究内容和意义1.3.1研究内容本文将从纤维体积掺量和粉煤灰的掺量，这两点主要影响因素着手研究，测试试样的力学性能，分析试验数据得出粉煤灰对混杂纤维增强水泥基复合材料各性能关系及各性能与材料组份用量的关系。主要进行以下方面的研究：（1）粉煤灰及纤维掺量对水泥砂浆流动度的影响。（2）粉煤灰及纤维掺量对水泥砂浆强度（3d、28d抗折和抗压强度）的影响。1.3.2研究目的和意义针对水泥基材料，掺入

28、纤维增强基体已经成为增强水泥基材料较为普遍采用的一种方法，有大量的研究已经能够说明纤维的掺入能使水泥基复合材料的不同性能均得到不同程度的提高，尤其增强抗水泥基材料的弯性能。基于纤维混凝土的和易性差，弯曲强度和抗压强度也会受到影响。因此，本文重点研究了粉煤灰质量掺量和纤维体积对水泥基复合材料的影响。通过制备的试样的物理力学性能试验，得到了纤维增强水泥基复合材料的性能与材料用量之间的关系。2试验原材料和试验方案2.1试验原材料（1）水泥陕西声威水泥有限公司生产PO42.5R水泥，比表面积321m2/kg，水泥的物理性能见表2-1。表2-1 水泥的物理力学性能细度（%）凝结时间（min）抗折强度（M

29、Pa）抗压强度（MPa）安定性初凝时间终凝时间3d28d3d28d1.81001604.87.932.747.0合格（2）粉煤灰粉煤灰(FA)：级粉煤灰，细度（45m筛的筛余）8.6%，比表面积330m2/kg，来于蒲城电厂。水泥、和粉煤灰的化学组成见表2-2。表2-2 水泥、粉煤灰的化学组成（%）类型SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2OSO3烧失量水泥22.626.113.6957.962.160.980.173.002.98粉煤灰51.2029.207.102.801.20-0.902.10（3）细骨料河砂：来自陕西省周至县黑河中砂，砂的各项指标见表2-3。表2-3 砂的

30、各项指标种类含泥量（%）表观密度（kg/m3）细度模数坚固性颗粒级配吸水率（%）河沙0.526402.96合格区1.6（4）外加剂外加剂：TC-GX型粉末状萘系高效减水剂，来源于西安同成建筑科技有限责任公司，掺量为胶凝材料的1.0%，依据GB8076-2008混凝土外加剂测试出减水剂的各项指标见表2-4。表2-4 减水剂的各项指标减水率（%）常压泌水率比含气量（%）凝结时间（min）抗压强度比（%）收缩率比（%）初凝终凝3d7d28d25.3122.85020159145138112（5）水自来水（6）纤维本试验选用纤维为PP纤维以及PVA纤维，PP纤维各项性能指标如表2-5所示，PVA纤维各

31、项性能指标如表2-6所示。PP纤维如图2-1所示，PVA纤维如图2-2所示。表2-5 PP纤维性能类型长度（mm）密度（g/m3）抗拉强度（MPa）弹性模量（GPa）断裂延伸率（%）束状单丝191.189001710-20表2-6 PVA纤维性能分散级长度（mm）密度（g/m3）抗拉强度（MPa）弹性模量（GPa）断裂延伸率（%）1-3181.29290116-8 图2-1PP纤维 图2-2PVA纤维2.2试验主要仪器试验所用的仪器如表2-7所示。表2-7 试验主要仪器序号名称型号及规格1水泥砂浆搅拌机JJ-52水泥砂浆振实台ZT-963电动抗折试验仪DKZ-50004压力试验机WE-1005

32、胶砂试模40mm40mm160mm6截锥圆模上口内径（700.5）mm下口内径（1000.5）mm高度（600.5）mm7跳桌桌面直径3001mm2.3试验测试方法及样品的制备2.3.1试验样品的制备将搅拌好的砂浆分放入40mm40mm160mm三联铁铸试模中，在水泥砂浆振动台上振实2分钟，再用刮刀进行刮平，养护24小时后，然后脱模将试件放入标准养护室中分别养护至3d和28d，将试件取出后擦干表面，测试其力学性能。2.3.2砂浆流动度的测定按照GB/T2419-2005水泥砂浆流动度测定方法的标准进行。用直尺测量砂浆底面互相垂直的两个方向直径，计算平均值，取整数，单位为毫米。整个试验应在6mi

33、n内完成。2.3.3试块强度的测定按GB/T17671-2005水泥砂浆强度检验方法（ISO法）测试水泥砂浆的3d和28d的抗折强度与抗压强度。为表征砂浆延性，分别计算砂浆的3d和28d折压比。2.4试验方案设计2.4.1配合比设计在固定粉煤灰掺量的前提下，采用不同的纤维体积掺量和分散方式进行试验并制作试件，对试件进行物理及力学性能试验。具体参数如表2-8所示：表2-8砂浆基本配比名称水泥水减水剂砂用量（g）9603369.6600表2-9 水泥砂浆配合比名称参数水胶比0.35萘系减水剂1.0%纤维体积掺量0.5%、1.0%、1.5%粉煤灰掺量（wt%）10%、20%、30%在10%、20%、

34、30%的粉煤灰掺量下，在同种粉煤灰掺量下，进行两种纤维以体积掺量为0、0.5%、1.0%、1.5%的正交试验，纤维掺加方式为干拌法，并测定水泥砂浆流动度和3d、28d抗折、抗压强度；为表征纤维掺量和粉煤灰掺量对水泥砂浆延性的影响，分别计算3d和28d的折压比。2.4.2纤维掺加方式先将砂、纤维、水泥、减水剂、粉煤灰混合，低速搅拌，然后加入水继续搅拌，根据胶砂搅拌机操作规程完成搅拌过程。3试验结果与分析3.1粉煤灰对混杂纤维增强水泥基材料流动度的影响通过测定不同粉煤灰质量掺量（10%、20%、30%）及不同纤维体积掺量（0.5%、1.0%、1.5%）下砂浆的流动度，以及对拌合物保水性进行宏观评定

35、，从而研究不同纤维掺量以及不同粉煤灰掺量对纤维增强水泥砂浆工作性能的影响。表3-1不同粉煤灰掺量（10%、20%、30%）及不同纤维掺量下砂浆流动度PPPVA未掺粉煤灰流动度（mm）10%粉煤灰流动度（mm）20%粉煤灰流动度（mm）30%粉煤灰流动度（mm）0%0%2802802802800.5%2602702702701.0%2102402502551.5%1851902052300.5%0%2452652702750.5%2152402552601.0%2052202252251.5%1801851952001.00%2052202402550.5%1901952052251.0%170

36、1751901951.5%1601651701751.5%0%1952002052250.5%1851851901951.0%1651701701751.5%155160由表3-1可以看出：在单掺0.5%PVA纤维条件下，10%粉煤灰质量掺量下的所测值比未掺粉煤灰时增加了10mm，其余两种掺量下的粉煤灰的流动度所测值与粉煤灰质量掺量为10%时相差不大，也就是说，在第一次掺加粉煤灰时，其流动度已经提高到最明显了。在单掺1.5%PVA纤维体积下，随着粉煤灰质量掺量以10%分别增加的三个质量掺量的过程中，其所测数据比未掺粉煤灰时分别增加了5mm、20mm、45mm。在单掺0.5%PP纤维时，随着所用

37、胶凝材料中粉煤灰掺量以10%分别增加的三个质量掺量的过程中，其数据显示比未掺粉煤灰时分别增加了20mm、25mm、30mm。在单掺1.0%PP纤维时，随着所用胶凝材料中粉煤灰掺量以10%分别增加的三个质量掺量的过程中，其所测值比未掺粉煤灰时分别增加了15mm、35mm、50mm。在最大单掺PP纤维体积时，随着所用胶凝材料中粉煤灰掺量以10%分别增加的三个质量掺量的过程中，其所测数据比未掺粉煤灰时增加了5mm、10mm、30mm。在复掺纤维体积掺量为0.5%PP+1.5%PVA条件下，随着所用胶凝材料中粉煤灰掺量以10%分别增加的三个质量掺量的过程中，其所测数据比未掺粉煤灰时增加了5mm、15m

38、m、20mm；在复掺纤维体积掺量为1.0%PP+1.0%PVA条件下，随着粉煤灰质量掺量以10%分别增加的三个质量掺量的过程中，其所测数据比未掺粉煤灰时分别增加了5mm、20mm、25mm。在复掺纤维体积掺量为1.5%PP+0.5%PVA条件下，随着所用胶凝材料中粉煤灰掺量以10%分别增加的三个质量掺量的过程中，其流动度数值比未掺粉煤灰时分别增加了0mm、5mm、10mm。以上三种复掺纤维中，1.5%PP+0.5%PVA纤维掺量下的流动度改善不太明显，虽然粉煤灰的掺量在以10%的掺量增加，在所用胶凝材料中粉煤灰掺量为10%时的流动度就没有改变，可见，该粉煤灰掺量对该纤维掺量下的流动度提高不明显

39、，相比之下1.0%PP+1.0%PVA纤维掺量下的流动度随着粉煤灰掺量的增加改善较为明显。在复掺1.0%PP+1.5%PVA纤维条件下，随着所用胶凝材料中粉煤灰掺量以10%分别增加的三个质量掺量的过程中，其流动度比未掺粉煤灰时增加了5mm、10mm、15mm。在复掺1.5%PP+1.0%PVA纤维条件下，随着所用胶凝材料中粉煤灰掺量以10%分别增加的三个质量掺量的过程中，其所测数据比未掺粉煤灰时增加了5mm、5mm、10mm。可以看出，在纤维总体积掺量为2.5%时的流动度随着所用胶凝材料中粉煤灰掺量的增加，改善不明显。通过以上数据的分析，以1.0%PP+0PVA以及1.5%PP+1.0%PVA

40、纤维体积掺量为例，在1.0%PP纤维体积掺量下的砂浆出现了轻微泌水的现象，如图3-1（a）所示。随着纤维体积掺量以0.5%增加时，虽然砂浆流动性能变差，但是泌水现象得到改善，如图3-1（b）所示。（a） （b）图3-1砂浆流动度注：（a）为1.0%PP，（b）为1.5%PP+1.0%PVA纤维的增加可以改变砂浆的流动性，同时提高了混合料的粘聚性和保水性，可明显改善砂浆的泌水情况。这是因为适量的纤维加入到水泥砂浆中，这将构成均匀的三维混乱支撑体系，这可以减少混合物的离析现象，并且还降低混合物的流动性。通过加入粉煤灰，这种具有光滑表面，小粒径和小比表面积的球形玻璃体可以作为聚集体或纤维接触点的轴承

41、，以改善砂浆的流动性能。同时，粉煤灰颗粒比水泥更细，可以释放出更多的浆体来润滑骨料颗粒和纤维，能顾防止水泥颗粒粘结，提高砂浆内部的粘结性，减少离析现象的出现。但是，面对如本试验中纤维总体积掺量为2.5%时，粉煤灰质量掺量为30%对砂浆的流动性能改善仍不太明显。3.2粉煤灰掺量对混杂纤维增强水泥基材料抗折强度的影响3.2.1 粉煤灰掺量对3d抗折强度的影响测定不同粉煤灰掺量（10%、20%、30%）及不同纤维掺量（0.5%、1.0%、1.5%）下试样的3d抗折强度，如图3-5所示。 （a） （b） （c） （d）图3-5粉煤灰掺量及不同纤维体积掺量下试样的3d抗折强度由图3-5所示，在（a）图中

42、，在所用胶凝材料中粉煤灰掺量相同时，试样的抗折强度皆随着纤维体积掺量的增加而呈现出上升的趋势。在所用胶凝材料中粉煤灰掺量增加至30%的过程中，掺加纤维的试块所测得的强度数据呈现出先增加后下降的趋势，皆在所用胶凝材料中粉煤灰掺量为20%时达到最大。其中在纤维体积掺量为0%PP+1.5%PVA，通过数据可知最大强度值为7.1MPa，该强度值下的粉煤灰质量掺量为20%，单掺纤维1.5%PVA，相比该粉煤灰质量掺量下未掺纤维的强度提高了1.7MPa，而未掺粉煤灰的强度则呈现出缓慢上升的趋势。在（b）图中，在所用用胶凝材料中固定粉煤灰质量掺量（10%、20%、30%）的条件下，当纤维体积掺量以0.5%的

43、幅度增加时，所测得的强度值逐渐增加。在将粉煤灰质量掺量增加到30%的过程中，在相同纤维体积掺量的条件下，图中所显示的强度值先增大后减小，粉煤灰质量掺量为20%时达到最大的数值。该图中所显示的最大的强度值为7.4MPa，该强度值下的粉煤灰质量掺量为20%，纤维掺量为0.5%PP+1.5%PVA。在该粉煤灰质量掺量下，纤维体积掺量为0.5%PP+0%PVA的抗折强度为6.5MPa，相比未掺加粉煤灰的抗折强度值则提高了0.8MPa。但从图中可以看出，纤维体积掺量为0.5%PP+1.5%PVA的抗折强度值虽有先增加后降低的趋势，但其增加或降低的幅度比较平缓。在图（c）中，在所用用胶凝材料中粉煤灰质量掺

44、量由10%增加至30%的过程中，在PP纤维体积掺量保持1.0%时，PVA的纤维体积掺量以0.5%增加的四种复掺纤维体积掺量下的抗折强度值皆呈现出先增加后降低的趋势。纤维体积掺量为1.0%PP+0%PVA，1.0%PP+0.5%PVA以及1.0%PP+1.0%PVA下由图中的数据可以看出其趋势，皆在所用胶凝材料中粉煤灰掺量为较高时达到最大值。分别为6.8MPa，7.0MPa，7.9MPa。其中，在粉煤灰质量掺量较高时，纤维掺量为1.0%PP+1.0%PVA时，其强度值最高。该纤维体积掺量与粉煤灰质量掺量下的强度值比未掺粉煤灰时增加了0.5MPa。纤维体积掺量为1.0%PP+1.5%PVA，10%

45、所用胶凝材料中粉煤灰掺量达到最大，为7.8MPa。和未掺粉煤灰相比较，纤维体积掺量为1.0%PP+1.5%PVA的所测强度值提高了0.6MPa，在粉煤灰质量掺量为20%和最高掺量的条件下，其强度值分别降低了0.6MPa和1.1MPa。由数据可得，随着粉煤灰质量掺量增加，易使得纤维更容易从基体复合材料中拔出，降低了能量的消耗，从而抗折强度会减小。在（d）图中，在所用用胶凝材料中粉煤灰质量掺量由10%增加至30%的过程中，纤维体积掺量为1.5%PP+0%PVA，1.5%PP+1.0%PVA的强度值为先上升后下降。在单掺纤维体积为1.5%PP时，所测得的强度值最大。此时的粉煤灰质量掺量为20%。在复掺纤维体积掺量为1.5%PP+1.0%PVA的强度值则在粉煤灰质量掺量较低时达到最大，为7.3MPa。纤维掺量为1.5%PP+0.5%PVA的抗折强度则呈现出缓慢下降的趋势，在未掺粉煤灰时达到最大，为7.5MPa。在本试验中，为了更好的比较纤维体积掺量的增加对试样的内部缺陷以及对力学性能的影响，选取了在未掺粉煤灰的条件下，保持PVA纤维掺量为1.5%，改变PP纤维的体积掺量，以0.5%分别增加三种的试件断裂截面，如图3-6所示，进行对比分析。 （a） （b）