PVA-ECC抗渗性能统计分析★

毕广泽 金丽娜 牛珺石 张靖海 申春兰

(吉林大学建设工程学院，吉林 长春 130026)

1 概述

聚乙烯醇纤维增强水泥基复合材料(Polyvinyl Alcohol Fiber Reinforced Engineered Cementitious Composites，简称为PVA-ECC)经Victor C.Li研制成功距今已有近30年，各国学者针对PVA-ECC开展的力学性能研究较为成熟，近年研究热点已逐渐由力学性能研究转向耐久性研究。PVA-ECC由于具有良好的抗裂性和韧性，工程应用前景十分广泛，Victor C.Li等学者针对PVA-ECC的力学性能开展了大量的试验研究工作[1-3]，但在一些临海工程、除冰盐侵蚀环境桥面工程、隧道和护坡工程中应用PVA-ECC也面临着耐久(抗渗)问题，因此PVA-ECC的抗渗性能研究至关重要，目前针对PVA-ECC抗渗性方面已开展的研究工作仍相对较少[4-6]。本文拟针对现阶段既有抗渗性能试验研究成果进行初步整理统计，分析PVA掺量、粉煤灰掺量对PVA-ECC抗渗性能的总体影响规律，为今后进一步开展相关研究工作提供参考。

2 PVA-ECC抗渗性能测试方法

PVA-ECC抗渗透性能测试方法主要有快速氯离子迁移系数法(Rapid Chloride Migration Coefficient，简称RCM)和渗水高度法两种，依据的现行标准是GB/T 50082—2009普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准。

RCM法是通过测定硬化材料中氯离子渗透深度，计算出氯离子迁移系数来反映被测定硬化材料抗氯离子渗透性能的试验方法。实验中的样品选择直径为φ100 mm±1 mm，高为50 mm±2 mm的圆柱体。测试选用NaOH溶液作为阳极溶液，选用NaCl溶液作为阴极溶液，实验细节过程如图1所示。试件测试完成后利用压力机进行劈裂，在劈裂断面喷涂显色指示剂，根据颜色变化绘制渗透轮廓线并测量显色分界线离圆柱体底面的距离，利用GB/T 50082—2009提供的公式计算出被测试件的氯离子迁移系数。

渗水高度法是测量并确定在恒压(1.2±0.05)MPa下的平均渗水高度来反映被测硬化材料的抗渗透性能，测试圆台试件尺寸为175 mm×185 mm×150 mm，试验以6个试件为一组，具体测试装置如图2所示，渗透试验完成后利用压力机对试件进行劈裂，根据劈裂断面渗水轮廓线测得渗水高度的平均值作为该试件的渗水高度，一组试件的平均渗水高度取6个被测试件渗水高度的平均值。

3 PVA-ECC抗渗性能影响因素统计分析

影响PVA-ECC抗渗性能的因素众多，PVA-ECC内部的孔隙率、孔分布和孔特征等也会对抗渗性能产生诸多影响，本文拟重点从材料宏观掺量角度对影响PVA-ECC抗渗性能的因素进行分析。部分现有文献的统计整理表明：纤维掺量、粉煤灰掺量、水胶比等因素会对PVA-ECC抗渗性能产生重要影响。

3.1 纤维掺量

基于文献[5]～[7]分析了不同纤维掺量对于PVA-ECC氯离子扩散系数的影响规律，所选试验数据试件为φ100 mm×50 mm的圆柱试件，实验试件的水胶比处于0.26～0.35之间。在此基础上，依据文献[5]～[9]分析了氯离子渗透法下不同纤维掺量对PVA-ECC渗透性变化率的影响规律，具体如图3，图4所示。统计结果表明：氯离子扩散系数和渗透性变化率均呈现出先减小后增加的趋势，在PVA纤维掺量为1.7%附近会出现一个拐点，当PVA纤维掺量位于1.7%之前，PVA-ECC氯离子扩散系数便开始逐步下降，渗透性变化率也开始逐步降低，在纤维掺量超过1.7%以后，氯离子扩散系数开始逐步增大，渗透性变化率也会逐渐增大。综上可见，随着PVA纤维掺量增加，当PVA掺量在1.7%之前时，PVA-ECC抗渗性能总体呈上升趋势；PVA掺量为1.7%～2%时，PVA-ECC的抗渗性能便会开始逐步降低。PVA-ECC抗渗性出现上述变化趋势的主要原因在于：当适量添加PVA时，纤维与水泥复合材料之间会产生良好的契合效应，进而提升抗渗性；若纤维掺量过大，纤维总体表面积增加会过多消耗部分水泥浆导致PVA-ECC内部的流动性降低，导致孔隙增加，进而使其抗渗性略有降低。

3.2 粉煤灰掺量

除了纤维掺量会对PVA-ECC的渗透性产生影响，粉煤灰掺量也是主要影响因素之一。对已有的研究成果[5,6,10,11]进行整理统计分析：随粉煤灰掺量的增加，氯离子扩散系数和渗透性变化率均呈现出先略有减小后增加的趋势，在掺量区间45%～60%范围内出现拐点，具体如图5，图6所示。分析结果表明：PVA-ECC抗渗性能整体呈现先略有上升后下降的变化趋势。PVA-ECC抗渗性出现上述变化趋势的主要原因在于：当粉煤灰掺量少于50%时，随粉煤灰掺量的不断增加，会使PVA-ECC结构更加密实，孔隙率下降，提升了PVA-ECC的抗渗性；当粉煤灰掺量过多时，会减少材料内部水化反应，PVA-ECC内部孔隙增多，降低材料的饱满度，氯离子扩散系数和渗透性变化率出现增加，表明过量的粉煤灰降低了PVA-ECC的抗渗透性能。

3.3 水胶比等其他因素

PVA-ECC除了受到纤维掺量和粉煤灰掺量的影响外，水胶比也是一个主要的影响因素，由文献[12]～[14]可知，随着水胶比的增大，其他因素不变时，PVA-ECC的渗透性增大，抗渗透能力降低。与此同时，PVA-ECC的抗渗透性能还受到许多其他因素的影响，例如硅灰掺量、外加剂种类、纤维种类和纤维形状等等。由于上述因素已开展的试验数据有限，本文没有进行相关统计工作。

4 结论

1)统计分析结果表明：纤维掺量和粉煤灰掺量均会对PVA-ECC的抗渗性能产生影响。

2)伴随PVA纤维掺量的增加，当所加PVA掺量位于1.7%之前，PVA-ECC抗渗性能总体上逐步增大；PVA掺量处于1.7%～2%区间内，PVA-ECC的抗渗性能呈下降趋势。

3)伴随粉煤灰掺量的增加，PVA-ECC抗渗性能整体呈现先略有上升后下降的变化趋势，在掺量区间45%～60%范围内出现拐点。由于统计试验数据有限，相关掺量对PVA-ECC抗渗性能的影响规律还有待于更多试验书籍的进一步证实。