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摘要：目前的混凝土用纤维大多数应用于混凝土的抗裂作用，通过纤维的抗拉约束作用改善硬化混凝土的收缩，但是随着纤维的直径不断减小，接近水泥颗粒的尺寸，长径比超过1000，纤维的吸附效应对于混凝土拌合物的性能影响逐渐凸显出来。本文对于PVA纤维的对于混凝土拌合物流变性能作用进行的试验对比。使得PVA纤维对于改善单粒级混凝土拌合物的流变性能的影响得出一些应用启示。
关键词：相对屈服力；粘度；流变
Improves the Rheological Performance of Single Grade Concrete Mixture by PVA Fiber
KANG Weihua
（The Second Engineering Company of CCCC Fourth Harbor Engineering Co.，Ltd.，Guangzhou，510230，China）
Abstract：Generally the fiber in concrete is for crack resistance，by the constraints of fiber to the shrinkages of concrete，but when the aspect ratio of the fiber is rising up more than 1000，with the diameter of fiber is nearly to the dimensions of cement particle，the fiber effects of absorbent to the concrete mixture will be remarkable，we use PVA fiber to improve the rheological performance of single grade concrete mixture，so we could get some suggestive information for the super-thin fiber application.
Key word：yield tress，viscosity，theological performance
一.引言
对于混凝土中使用纤维的作用，常规使用都是用作混凝土硬化后的抗裂和增韧。常用的纤维以钢纤维和聚丙烯纤维居多，长径比一般在100以下，但是在使用聚乙烯醇纤维（PVA）的时候，纤维的尺寸达到10微米级与水泥尺寸接近，长径比在1000以上，所带来的表面效应开始显著起来。在单粒级混凝土性能上单纯使用减水剂和提高砂浆用量，存在性能上的局限，因为在单粒级混凝土中流变性能对水胶比敏感，难以同时得到适合的屈服力和粘度，所以使用掺加PVA等细纤维改善混凝土的流变性能。使用C40单粒级混凝土C40连续级配混凝土进行验证。
二.纤维的对混凝土作用的状态
混凝土可用Bingham模型来表征，从普通混凝土的流变学参数τ0（屈服剪切应力Pa）和粘度η（混凝土的塑性粘度Pa?S），，表示为：
（1）
τ0和η是决定混凝土拌合物流变性能的基本参数。τ0是阻碍塑性变形的最大应力，有材料之间的附着力和摩擦力引起，它支配拌合物的变形能力。当τ>τ0时，拌合物结构破坏混凝土产生流动，而新拌混凝土拌合物由粗骨料搭接产生的内部结构强度较大τ0较大。η是反映流体各流层之间产生的与流动方向反向的阻止其流动的粘滞阻力，它支配拌合物的流动能力，η越小在相同外力作用下流动越快。
Laelitia Martinie[1]的研究表明混凝土中纤维的体积掺量与纤维的长径比有下面的数学关系：
使用改进后沉筒仪[2]测定τ0和η，得到的混凝土参数，混凝土的τ0和η是随着水胶比的减小持续增大，使用PVA纤维进行调整，目前就混凝土在不同的状态下进行了流变性能的测定和对比，使得混凝土在不同状态下的流变性能差异，反映出PVA纤维对于混凝土拌合物的流变性能的作用。PVA纤维的直径尺寸足以对混凝土拌合物的工作性和流变学参数产生显著的影响，从而改变混凝土拌合物的工作状态。
试验：
配合比如表-1和表-2所示聚羧酸减水剂掺量1%、F类Ⅱ级粉煤灰、砂率40%，水胶比0.38；纤维：PVA纤维，直径为14.05μm；长20±2mm；弹性模量47.7Gpa。密度为1.29g/cm3。
表-1连续粒级混凝土（kg/m3）
但是PVA纤维的而且直径与水泥颗粒相近，在混凝土拌合物中能以近乎水泥的体积比例影响混凝土的流变性能。长径比在2000左右，已纤维的状态在浆体的中的方式显示出了独特的性能。
从纤维的不同掺量对连续级配的流变参数的数据说明，PVA对于混凝土的流变状态的影响显示τ0和η不是同步变化。这种特性为混凝土的流变性能调整提供了条件。
图1 （连续级配混凝土流变参数）
当纤维掺量提高，浆体粘度η提高速度快于屈服力τ0的提高，成为主导因素，当掺量到一定的状态，粘度提高不大，但是屈服力τ0加快上升，成为主导因素使得混凝土流动性降低。直至失去流动能力。本次试验对于混凝土拌合物，混凝土的流动状态在掺量0.15kg/m3时，粘聚性和流动性进入改变状态。到0.5 kg/m3时达到比较良好的状态，掺量超过0.6 kg/m3时拌合物流动性开始变差。这个现象与Laelitia Martinie[1]等人认为棍状刚性纤维在长径比小于100时结果类似；但是使用的PVA是柔性纤维，而且长径比超过了2000，超过了的Philipse[4]回归方程参数。需要进一步的试验来确定其相关性。但是随着纤维掺量的增加，混凝土并没有出现棍状刚性纤维那样由于搭接效应失去流动性，而是具备相当的流动能力。同时保持了良好的粘聚性。
三.在单粒级混凝土试配中使用PVA纤维进行流变性能的调整
在砂浆的粘附混凝土粗骨料状态中，τ0在混凝土的工作中起到约束作用，骨料直径越大，与浆体的接触相对面积小，浆体对骨料的包裹约束能力差，砂浆粘度η对骨料包裹的状态直接影响了，混凝土的粘聚性。使用沉筒仪测定τ0和η，得到的混凝土参数，在测定混凝土的砂浆τ0和η大概维持在12~20Pa和1.8~2.4Pa?S，单粒级中这种约束能力无法保证粗骨料包裹状态，当粒径接近或超过25mm时更加明显。这个所以在保障流动性的同时提高粘度η是需要在控制τ0前提下提高粘度。即使将混凝土砂率提高到46%，水灰比降低到0.33，也无法解决骨料离析。
在对于单粒级混凝土，当粘度下降时（提高减水剂）导致粘度和τ0同时下降，但τ0下降更快，骨料在运动中阻力下降，导致骨料容易析出。在混凝土的工作性调整中，降低水胶比，粘度提高，但同时也会使屈服力τ0提高更快，导致混凝土的流动性损失过大，混凝土不易流动。在加入PVA纤维后，提高减水剂降低τ0，在超细纤维的吸附作用下，τ0变化增加有限，但是混凝土的粘度提高很快，混凝土在保证流动性的条件下，粘聚性得到提高，使得混凝土的混凝土骨料的析出倾向受到约束。
当在单粒级混凝土中，混凝土粗骨料的空隙没有足够的细颗粒填充时，增加到一定的掺量，PVA在提高粘度的同时也会加速提高相对屈服力，起到固定空隙内浆体作用，形成一定区域上的“砂浆团”，客观上起到填充效果，弥补了缺乏小粒径骨料不足的导致的骨料间隙过大的效应。但这种团状砂浆是不稳定的，但是流动区域有限，表现的相对曲服力τ0变化“迟钝”，纤维的粘附效应处于主导地位。但是在掺量超过一定掺量的情况下（ ），混凝土拌合物的相对屈服力τ0快速上升，但是这个作用取决于纤维的亲水性和细度等性状，大部分在细纤维粘附效应会使得超过纤维搭接效应发生之时粘度η和相对屈服力τ0超过临界值，使得混凝土失去流动性。使得超过粘度变化的影响。
图2 （单粒级混凝土流变参数）
纤维的细度和比表面积相对来说比较固定，纤维细度变化带来表面作用对粘度影响更加敏感，但对于提高纤维长度的方式比较容易实现，但加长的方式受制于搅拌分散效果制约，大多数产品长度在20mm左右，最优的长度尺寸需要进一步的试验来确定。
在本次试验的单粒级混凝土试配中使用PVA纤维进行流变性能的调整，在掺量达到0.65kg/方左右时候，混凝土的流动能力可接受的条件下，混凝土的离析现象得到很好的抑制，得到粘聚性可以接受的单粒级混凝土。
单粒级混凝土的其他性能测试比较少，电通量测试得到的数据离散比较大，电通量测试数据1700C~2100C。需要增大批量进行测试来进行评估确定其性能。
四.结论
1.由于单粒级混凝土中的粗骨料级配不连续，内部粘附的浆体无法有效包裹。使用低掺量PVA纤维在分布在浆体中时，会提高浆体的粘度，同时对于浆体的相对屈服力τ0增长有限。使得混凝土保证流动性能力的情况降低骨料析出概率。
2.使用较细的PVA纤维在高径比超过1000的条件下，仍然符合具备两个队粘度影响的临界值。但参数已经超出刚性棒状纤维的参数约束。需要进一步的验证。而且当纤维掺量超过临界值时，相对屈服力τ0提高较快。
在混凝土粗骨料级配不良的条件下，掺入搞细度柔性纤维，状态对于混凝土流变学参数粘度η和相对屈服力τ0不同步的特点，来改善混凝土的性能，减少粗骨料析出的概率，同时填入纤维等物料改善浆体的保水性能。随着化纤工艺技术和市场的发展，纤维价格下降，在低掺量条件下，对于混凝土成本影响不大，为纤维的应用在经济性上减少了约束。未来可能对纤维进行改性，为增强纤维的附加功能实现混凝土工作性的改善的提供思路。
参考文献
[1]LAETITIA M，PIERRE R，NICOLAS R.Rheology of fiber reinforced cementitious materials classification and prediction[J）.Cement and Concrete Research 2010（40）226 -234
[2]陈长熊，林振，李云秀 工业建筑，1983，13（6）：56-60
[3]田正宏、李旭航、朱飞鹏、彭志海《建筑材料学报》2016年2月第19卷第1期
[4]AP Philipse The random contact equation and its implications for（ColloidaI）rods in packings，suspensions，and anisotropic powders[J]Langmuir 1996（12）1127- 1133
论文作者:康卫华
论文发表刊物:《建筑学研究前沿》2018年第4期
论文发表时间:2018/6/11
标签：混凝土论文; 纤维论文; 骨料论文; 粘度论文; 性能论文; 长径论文; 状态论文; 《建筑学研究前沿》2018年第4期论文;