论文总字数：15768字

摘 要

以往村镇民居建筑的性能较差，往往出现脆性破坏的现象，如地板的开裂和剥落，这都是由于材料的拉伸性能不足导致的。为响应国家新农村建设的号召，需要研究高韧性的村镇绿色民居建筑材料，在高荷载下拥有良好的变形能力，确保材料结构的安全。

本课题以水泥、砂、粉煤灰等掺合料、助剂、PVA纤维等为原材料研究在保持水泥基基体配比不变的情况下，控制单一变量PVA纤维的掺入体积分数从0.5%-2%，研究其对材料韧性的影响。

实验结果预期为随着PVA纤维掺入体积分数的增大，材料的韧性也逐渐上升，在掺入体积分数为2%时达到最大，推测到其为最优掺量。

关键词：混凝土;聚乙烯醇纤维;弯曲韧性

Study on Mixing Ratio of Polymer and Fiber Toughened Cement-based Residential Floor Materials

Abstract

In the past, the poor performance of residential buildings in villages and towns often appeared brittle failure, such as the cracking and peeling of the floor, which is caused by the lack of tensile properties of materials. In order to respond to the call of national new rural construction, it is necessary to study the high toughness green residential building materials in villages and towns, have good deformation ability under high load, and ensure the safety of material structure.
In this paper, cement, sand, fly ash and other admixtures, auxiliaries and PVA fibers were used as raw materials to study the effect of single variable PVA fiber from 0.5% to 2% under the condition of keeping the ratio of cement matrix unchanged.
The experimental results are expected to be that with the increase of the volume fraction of PVA fiber, the toughness of the material increases gradually, and reaches the maximum when the volume fraction is 2%. It is inferred that it is the optimal content.

Key words：concrete; polyvinyl alcohol fiber; tensile properties

目 录

摘要 I

Abstract II

第一章 文献综述 1

1.1 引言 1

1.2纤维增韧机理 1

1.3影响混凝土性能的因素 2

1.3.1粉煤灰掺量的影响 2

1.3.2水胶比对性能的影响 4

1.3.3 砂胶比对性能的影响 5

1.3.4掺入纤维种类的影响 5

1.4 本文的研究目的及内容 10

第二章 实验原材料及实验内容 11

2.1实验用原材料 11

2.2 实验原材料用量 13

2.3 实验方法 13

2.3.1 试件的成型 13

2.3.2 试件的养护制度 14

2.3.3 薄板四点弯曲实验方法 15

2.3.4 实验内容 16

第三章 预测实验结果与分析讨论 17

3.1 预测实验结果 17

3.1.1 抗弯性能指标 17

3.2.2 实验数据预测 17

3.2 抗弯韧性分析 18

第四章 结论与展望 19

4.1实验结论 20

4.2 实验展望 20

参考文献 21

第一章 文献综述

1.1 引言

随着社会的发展，人们对地板性能的需求越来越高。过往村镇民居建筑地面系统的性能较差，如出现潮湿、磨损等现象。为响应国家新农村建设的号召，进行村镇绿色民居建筑的研究，旨在提高村镇民居建筑的工作性能和可居住性。本课题源自“十三五”国家重点研发计划的子课题—“村镇绿色民居用特色地面系统构造及关键材料研究与应用”。

纤维增强混凝土如今已广泛用于建筑行业，对于民居建筑来说，地面系统中的面层材料既要具有绿色环保的特点，又要具有良好的力学性能和耐久性，尤其是具有一定的韧性。市面上很多地板材料往往强度上去，脆性却愈发突出^[1]。本课题将采用掺入低弹性模量聚合物和纤维作为改性材料，通过复合加入不同种类的聚合物纤维及改变掺入量的方式，寻找能达到提高韧性的纤维掺入类型及其配合比，达到最大程度的经济效益以及高性能材料。

1.2纤维增韧机理

近年来应用最为广泛的增强水泥基材料韧性的方法是往基体内掺加定量的纤维，使其均匀分布其中，形成新型的复合材料^[2]。这是最先由Li^[3]提出的超高韧性水泥基复合材料ECC（engineered cementitious composite)。对于纤维增强混凝土韧性的机理研究主要有两个主流的理论框架^[4-6]。第一个复合力学理论，认为其作为复合材料，由具有分散相的各基相组成，各相和结合面都会对其力学性能起到影响和反馈。混凝土所受外在荷载一旦超过极值，基体出现极细小的微裂缝，而纤维的存在因分散应力，起到了增强作用。掺入纤维的混凝土破坏之前，纤维都起着稳固的作用^[7-9]，而外应力逐渐增大的时候，纤维本体从基体中拔出或者破坏，才会使混凝土结构裂缝稳定性失去进而破坏^[10]。 其二是纤维间距理论，考虑的时纤维阻裂机理，认为混凝土结构的破坏主要构成因素是内部微裂缝和孔隙的缺陷。在线弹性断裂力学的分析下，外在应力作用于混凝土时，应力集中于这些缺陷，从而导致瞬间突破最大承载力导致破坏^[11]。纤维间距能大量影响它的增强效果。如果纤维能均匀分布在混凝土基体中，这些微裂缝和孔隙产生的缺陷置于纤维与纤维之间，因外在应力作用集中在微裂缝两端而产生的破坏会被纤维界面的力场中和，有效阻止了微裂缝和孔隙的生长，继而提高材料的韧性^[12]。

1.3影响混凝土性能的因素

在ECC常用的配合比中，原材料由水，水泥，粉煤灰，石英砂与掺加的纤维组成^[13]。简分为水泥基基体和纤维两大部分，我们可以从这两处考虑影响韧性的因素。

1.3.1粉煤灰掺量的影响

粉煤灰是煤燃烧排出的副产物，由二氧化硅，三氧化二铝等活性物质组成，掺入水泥基中能生成水化硅酸钙与水化铝酸钙，一定范围内提高混凝土的强度。纤维粉煤灰的颗粒在拌合物中还能降低空隙率，使得纤维和基体结合更为紧密，起到均匀和致密的作用^[14]。然而在裂缝出现之前，纤维并不产生作用，所以粉煤灰的掺入应对材料的抗压强度与抗折强度有负面影响。随着粉煤灰掺量的增加，材料的初始开裂载荷下降明显，抗压强度和抗折强度也是如此^[15]。图1-1是关于不同掺量和养护时间对于初始开裂载荷的图表。

图1-1 不同掺量和养护时间对初始开裂载荷的影响

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