朱清華 ，郝敏 ，郝志強 ，王愛軍 ，謝松

（1.中冶建筑研究總院有限公司，北京 100088；2.北京思達建茂科技發(fā)展有限公司，北京 102206）

0 引言

水泥基復合材料固有的高脆性是導致其抗拉強度低、抗裂能力差、韌性低的主要原因。通過引進高抗拉強度、高彈性模量的纖維對其進行增強增韌，是提高水泥基復合材料極限延伸率和裂縫控制能力的有效方法[1]。水泥基套筒灌漿料以高強為特點，28 d抗壓強度高達85 MPa以上，甚至有些會達到110 MPa以上，脆性極大。因此，研究纖維增強套筒灌漿料非常必要。

聚乙烯醇纖維簡稱PVA纖維，是以高聚合度的優(yōu)質聚乙烯醇為原料，采用特定的技術加工而成的一種合成纖維，其主要特點是高強、高彈模、低拉伸度、耐磨、抗酸堿度好、耐候性好，與水泥等基材具有良好的親和力和結合性[2]。

本文針對不同聚乙烯醇纖維摻量下灌漿料的流動度、抗壓強度、抗折強度、壓折比以及錨固不銹鋼鋼筋等性能進行研究，所得結果可為不銹鋼鋼筋灌漿短套筒的應用提供參考。

1 試驗

1.1 材料

水泥：江南小野田水泥廠生產的P·Ⅱ52.5水泥，標準稠度用水量27.8%，安定性（沸煮法）合格，主要性能指標見表1；石英砂：最大粒徑0.6 mm，細度模數1.9；PVA纖維：長度12 mm，記作PVA-12，主要性能指標見表2；減水劑：上海三瑞生產的聚羧酸減水劑600P-F，減水率25%；快硬組分：通過硫酸鋁、硫鋁酸鈣、鋁酸鈣于1000～1300℃溫度下混合而成的自制復合快硬劑；現澆16短套筒：北京思達建茂提供，如圖1所示。

表1 水泥的主要性能

表2 PVA纖維的主要性能

圖1 16短套筒示意與實物

1.2 試驗配比

固定灌漿材料配合比為：水泥1000 g、快硬組分330 g、水340 g、減水劑2.5 g，研究PVA纖維摻量（按占水泥質量計）對灌漿料流動度和力學性能指標的影響。

1.3 試驗方法

（1）擴展度：參照JG/T 408—2013《鋼筋連接用套筒灌漿料》進行測試。

（2）力學性能：灌漿料抗壓、抗折強度參照GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》進行測試。

（3）錨固性能：將PVA纖維摻量為0.3%的灌漿料拌合物灌入鋼制短套筒和鋼筋之間的間隙內，待漿料硬化達到設計強度后進行單向拉伸試驗，根據實測拉力值評定灌漿料的錨固性能。鋼筋短套筒灌漿連接如圖2所示。

圖2 鋼筋短套筒灌漿連接

2 試驗結果與分析

2.1 PVA纖維摻量對灌漿料擴展度的影響

PVA纖維摻量對灌漿料擴展度的影響見圖3，不同PVA纖維摻量下灌漿料的流動狀態(tài)見圖4。

圖3 不同PVA纖維摻量下灌漿料的擴展度

圖4 不同PVA纖維摻量下灌漿料的流動狀態(tài)

從圖3和圖4可以看出，摻加PVA纖維后灌漿料的擴展度均小于未摻加纖維的，且隨著PVA纖維摻量的增加，擴展度呈下降趨勢，即纖維對灌漿料流動起到了阻礙作用。這是由于PVA纖維表面具有較多的羥基親水官能團，水分容易在PVA纖維表面富集，從而使在顆粒間起潤滑作用的自由水量減少，導致拌和物產生初始流動度困難；同時，隨著PVA纖維摻量的增加，PVA纖維的纏繞結團現象更加明顯，導致拌和物流動阻力增大[3]。

2.2 PVA纖維摻量對灌漿料力學性能的影響

PVA纖維摻量對灌漿料抗壓強度、抗折強度和壓折比的影響分別見圖5～圖7。

圖5 PVA纖維摻量對灌漿料抗壓強度的影響

圖6 PVA纖維摻量對灌漿料抗折強度的影響

圖7 PVA纖維摻量對灌漿料壓折比的影響

從圖5可以看出，PVA纖維摻量對灌漿料的抗壓強度影響不大，呈現先略微提高后降低的趨勢。從圖6可以看出，隨著PVA纖維摻量的增加，灌漿料的抗折強度逐漸提高。從圖7可以看出，隨著PVA纖維摻量的增加，灌漿料的壓折比逐漸減小。這是因為，PVA纖維在灌漿料中的分布呈三維亂向，起到了拉結筋的作用，而PVA纖維的彈性模量和灌漿料相當，所以纖維的加入能提高材料的抗折強度，降低材料的壓折比，增加其韌性。但纖維摻量也不是越多越好，過多的PVA纖維在漿體中難以分散均勻，容易結團造成局部缺陷，降低其抗壓強度。因此，PVA纖維最佳摻量取0.3%，進行套筒灌漿錨固性能試驗。

2.3 PVA纖維增強水泥基套筒灌漿料的錨固性能

本文采用一種縮短的全灌漿套筒（見圖2），鋼筋采用2205型不銹鋼鋼筋。套筒的錨固長度依據以往灌漿接頭錨固長度的試驗經驗，以及基于套筒結構的優(yōu)化，將最小錨固長度設計為74 mm，約4.5倍鋼筋直徑，分別配制PVA纖維摻量為0.3%的灌漿料和配比相同、未摻PVA纖維的普通套筒灌漿料進行灌漿，待灌漿料抗壓強度達到80 MPa以上時進行套筒的拉伸試驗，其中PVA纖維增強套筒灌漿料單向拉伸強度達到733 MPa，而普通灌漿料只有580 MPa，提高幅度達26.4%。不難看出，在灌漿料抗壓強度只有80 MPa，錨固長度只有4.5倍鋼筋直徑情況下，接頭的拉伸強度即可達到700 MPa以上，且拉伸破壞的試件沒有明顯的碎塊或崩落。

顯然，PVA纖維的摻加大大提高了灌漿料對不銹鋼鋼筋的錨固作用。這是因為，PVA纖維的摻加，形成了復雜交錯的支撐網絡，起到了明顯的抑制裂縫的作用，提高了灌漿接頭的拉伸粘結性能。

3 結論

（1）PVA纖維的摻入降低了水泥基套筒灌漿料的擴展度，且隨著PVA纖維摻量的增加，擴展度呈下降趨勢。因此，為了保持灌漿料的施工性能，纖維摻入應適量。

（2）PVA纖維的摻入改善了水泥基套筒灌漿料的力學性能，提高了其抗折強度，降低了壓折比，提高了材料的韌性。

（3）綜合考慮灌漿料的工作性能和力學性能，PVA纖維的適宜摻量為0.3%。PVA纖維摻量為0.3%的灌漿料對不銹鋼鋼筋的單向拉伸強度較不摻PVA纖維的普通套筒灌漿料提高26.4%。