可彎曲混凝土高強(qiáng)高模聚乙烯醇纖維 一、總概 工程水泥基復(fù)合材料（ECC），也稱為應(yīng)變硬化水泥基復(fù)合材料（SHCC）或更常見的叫法是可彎曲混凝土，是一種易于成型的砂漿基復(fù)合材料，由特殊選擇的聚乙烯醇纖維加固。與普通混凝土不同，ECC的拉伸應(yīng)變能力在3–7%之間，而普通硅酸鹽水泥（OPC）漿體、砂漿或混凝土的拉伸應(yīng)變能力為0.01%。因此，ECC更像是一種韌性金屬材料，而不是脆性玻璃材料（OPC混凝土也是如此），因此有著廣泛的應(yīng)用。 ECC具有各種獨(dú)特的性能，包括優(yōu)于其他纖維增強(qiáng)復(fù)合材料的拉伸性能、與傳統(tǒng)水泥相當(dāng)?shù)氖┕と菀仔浴H使用小體積纖維（約占體積比2%）、緊密裂縫寬度和缺乏各向異性弱平面。這些性能主要是由于纖維和膠結(jié)基質(zhì)之間的相互作用，可以通過微觀力學(xué)設(shè)計(jì)定制。本質(zhì)上，纖維會(huì)產(chǎn)生許多特定寬度的微裂縫，而不是一些非常大的裂縫（如傳統(tǒng)混凝土）這使得ECC變形而不會(huì)發(fā)生災(zāi)難性潰壞。 這種微裂紋行為導(dǎo)致了優(yōu)異的耐腐蝕性（裂紋非常小且數(shù)量眾多，因此侵蝕性介質(zhì)很難穿透和侵蝕鋼筋）以及自愈合性。在有水的情況下（例如在暴雨期間），開裂而暴露未反應(yīng)的水泥遇水形成大量產(chǎn)物（水化硅酸鈣、方解石等），這些產(chǎn)物會(huì)膨脹并填充裂縫。這些產(chǎn)品看起來像是填補(bǔ)裂縫的白色“疤痕”材料。這種自愈合行為不僅可以密封裂縫，防止流體輸送，還可以恢復(fù)機(jī)械性能。這種自愈合現(xiàn)象已在各種傳統(tǒng)水泥和混凝土中觀察到；然而，超過一定的裂縫寬度，自愈效果會(huì)降低。ECC中嚴(yán)格控制的裂縫寬度確保所有裂縫在暴露于自然環(huán)境中時(shí)可以徹底愈合。 二、ECC有許多不同的種類，包括： 輕質(zhì)（即低密度）ECC，通過添加空隙、玻璃氣泡、聚合物球體和/或輕質(zhì)骨料開發(fā)的。與其他輕質(zhì)混凝土相比，輕質(zhì)ECC具有優(yōu)越的延性。應(yīng)用包括漂浮房屋、駁船和獨(dú)木舟。 自密實(shí)ECC，是指能夠在自身重量下流動(dòng)的混凝土。例如，自密實(shí)材料將能夠填充包含精密預(yù)定位鋼筋的模具，而無需振動(dòng)或搖動(dòng)，以確保均勻分布。通過使用化學(xué)外加劑降低粘度，并通過配合比控制顆粒相互作用，開發(fā)了自密實(shí)ECC。 噴射ECC，通過使用各種超塑化劑和減粘外加劑，可以從軟管上氣動(dòng)噴射。與其他可噴涂纖維增強(qiáng)復(fù)合材料相比，可噴涂ECC除了具有獨(dú)特的機(jī)械性能外，還增強(qiáng)了可泵性�？蓢姙CC已用于翻新/維修工作和隧道/下水道襯砌。 可擠壓ECC。與任何其他擠壓纖維增強(qiáng)復(fù)合管相比，擠壓ECC管具有更高的承載能力和變形能力。 三、應(yīng)用 ECC已在日本、韓國(guó)、瑞士、澳大利亞和美國(guó)的許多大規(guī)模應(yīng)用中得到使用。這些應(yīng)用包括： 2003年，廣島附近的米塔卡大壩使用ECC進(jìn)行了修復(fù)。當(dāng)時(shí)有60年歷史的大壩表面嚴(yán)重受損，顯示出裂縫、剝落和一些漏水的跡象。通過在600 m2的表面上噴涂20 mm厚的ECC層。 同樣在2003年，日本岐阜的一座擋土墻也用ECC進(jìn)行了修復(fù)。普通硅酸鹽水泥無法使用，因?yàn)樵冀Y(jié)構(gòu)中的裂縫嚴(yán)重，可能會(huì)導(dǎo)致反射裂縫。ECC旨在將這種危險(xiǎn)降至最低；一年后，僅觀察到寬度可接受的微裂紋。 東京95米（312英尺）的Glorio Ropongi高層公寓樓共有54根ECC連梁（每層兩根），旨在減輕地震破壞。[12] 與普通硅酸鹽水泥相比，ECC的特性（高損傷容限、高能量吸收和剪切變形能力）使其在抗震應(yīng)用中具有優(yōu)越的性能。類似的結(jié)構(gòu)包括41層的Nabeaure橫濱大廈（每層四根連梁） 日本北海道1公里（0.62英里）長(zhǎng)的三原橋于2005年通車。鋼筋路基包含近800 m3 ECC材料。ECC的拉伸延展性和緊密的裂縫控制性能導(dǎo)致施工期間使用的材料減少了40%。 同樣，密歇根州94號(hào)州際公路上225毫米厚的ECC橋面于2005年完工。使用30 m3的材料，用標(biāo)準(zhǔn)攪拌車運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)。由于ECC獨(dú)特的機(jī)械性能，該橋面使用的材料也比普通硅酸鹽水泥制成的橋面少。密歇根大學(xué)和密歇根交通部都在監(jiān)測(cè)橋梁，試圖驗(yàn)證ECC理論上優(yōu)越的耐久性；經(jīng)過四年的監(jiān)測(cè)，性能仍然沒有下降。 2006年11月，在US-23上的埃爾斯沃斯路橋上進(jìn)行了第一次自加固和高早期強(qiáng)度ECC修補(bǔ)。高早期強(qiáng)度ECC可在四小時(shí)內(nèi)達(dá)到23.59±1.40 MPa的抗壓強(qiáng)度，在28天內(nèi)達(dá)到55.59±2.17 MPa，允許快速修復(fù)和重新開放會(huì)話。與典型的混凝土修補(bǔ)材料相比，高早期強(qiáng)度ECC修補(bǔ)材料在現(xiàn)場(chǎng)條件下具有優(yōu)越的長(zhǎng)期耐久性。 四、對(duì)比 性能 | FRC | HPFRCC | ECC | 設(shè)計(jì)方法 | N/A | 高纖維體積比Vf | 盡可能低纖維體積比Vf | 纖維 | 任何種類，體積占比小于2%，鋼纖維直徑≤500μm | 大部分用鋼纖維，體積占比＞5%，直徑≤150μm | 聚乙烯醇纖維，體積占比≤2%，直徑≤50μm | 骨料 | 粗骨料 | 細(xì)骨料 | 細(xì)砂 | 界面 | 不可控 | 不可控 | 控制化學(xué)鍵和摩擦力，實(shí)現(xiàn)橋接特性 | 機(jī)械性能 | 應(yīng)變軟化 | 應(yīng)變硬化 | 應(yīng)變硬化 | 拉伸硬化 | 0.1% | <1.5% | 3%-8% | 裂縫寬度 | 無限制 | 通常幾百微米，不超過1.5%應(yīng)變 | 應(yīng)變硬化期間通常小于100微米 |
本文重點(diǎn)介紹PVA在ECC中的應(yīng)用 PVA增強(qiáng)ECC是一種工程水泥基復(fù)合材料，其中添加的聚乙烯醇纖維具有高強(qiáng)度，高彈性模量，無毒等特點(diǎn)。PVA增強(qiáng)ECC在開裂時(shí)呈現(xiàn)多微縫開裂的特性，并具有很大的延展性和良好的抵抗溫濕交替作用的能力，這些特性使其在工程維修中有著很大的優(yōu)越性。PVA增強(qiáng)ECC可以用于混凝土板面層的維修、橋梁的連接板，框架結(jié)構(gòu)的節(jié)點(diǎn)以及抗震剪力墻和機(jī)場(chǎng)跑道、停機(jī)坪的加固、維修與更換等。 PVA纖維諸多應(yīng)用場(chǎng)景 1、 在水利工程建設(shè)中，代替鋼筋作為拉筋帶 2、 在水泥板、水泥瓦片（波紋瓦及平板瓦）、屋頂瓷磚及水泥管道中增韌抗裂 3、 在高速公路、機(jī)場(chǎng)跑道、隧道橋梁等工程中與水泥砂漿復(fù)合，可有效減少微裂紋，防止微裂紋擴(kuò)展 4、 在子午輪胎或其他橡膠中，替代強(qiáng)力人造絲 5、 在各類工程塑料中作為增強(qiáng)材料，如安全和防爆頭盔等 PVA纖維的特點(diǎn) 1、具有很好的機(jī)械性能，其強(qiáng)度高、模量高、伸度低。 2、耐酸堿性、抗化學(xué)藥品性強(qiáng)。 3、耐光性：在長(zhǎng)時(shí)間的日照下，纖維強(qiáng)度損失率低。 4、耐腐蝕性：纖維埋入地下長(zhǎng)時(shí)間不發(fā)霉、不腐爛、不蟲蛀。 5、纖維具有良好的分散性：纖維不粘連、水中分散性好。 6、纖維與水泥、塑料等的親和性好，粘合強(qiáng)度高。 7、對(duì)人體和環(huán)境無毒無害。 技術(shù)參數(shù)： 項(xiàng)目/單位 Item, units | 性能指標(biāo) Value | 項(xiàng)目/單位 Item, units | 性能指標(biāo) Value | 纖維類型Type | 單絲monofilament | 斷裂強(qiáng)度(Tensile strength)，MPa， | ≥1400MPa | 直徑(Diameter)，μm | 20/40 | 彈性模量(Elastic modulus)，GPa | ≥32GPa | 長(zhǎng)度(Length)，mm | 4\6\8\12 | 斷裂伸長(zhǎng)率(Elongation at break)，% | ≤7.5 | 90℃，1h熱水減量 | ≤1% | 耐堿性(Resistance to alkali) | 高 | 分散性（6個(gè)等級(jí)） | 1-2 | 安 全 性Safety | 無毒材料Non-toxic |
使用方法及注意事項(xiàng)： 1.摻量：常用摻量0.9～1.5kg/m3。 2.長(zhǎng)度：水泥混凝土中宜選用長(zhǎng)度為6～12mm，砂漿宜選用長(zhǎng)度為4～6mm。 3.攪拌：粉料與水等攪拌均勻出漿后，加入纖維，再?gòu)?qiáng)力攪拌2～4min，以纖維均勻分散為準(zhǔn)。 4.養(yǎng)護(hù)：加入纖維后水泥、混凝土、砂漿的施工及養(yǎng)護(hù)工藝與未加纖維的體系完全相同。 包裝與貯存： 標(biāo)準(zhǔn)小包裝有1.0kg/袋，包裝材料為塑料薄膜袋或水溶性紙袋，大包裝為塑料編織袋或紙箱，包裝可根據(jù)客戶要求定制。 密封儲(chǔ)藏在干燥、陰涼的地方，保質(zhì)期2年。
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