張 鵬，亢洛宜，郭進(jìn)軍，王 娟

（鄭州大學(xué)水利科學(xué)與工程學(xué)院，河南 鄭州 450001）

水泥基復(fù)合材料存在抗拉強(qiáng)度低、脆性大、韌性差等缺點(diǎn)，在各種荷載和變形作用下易產(chǎn)生裂縫.為改善這些缺點(diǎn)，國內(nèi)外諸多研究者對(duì)改性水泥基復(fù)合材料進(jìn)行了大量研究.結(jié)果表明，以聚乙烯醇（PVA）纖維作為增強(qiáng)體制備的水泥基復(fù)合材料具有優(yōu)異的力學(xué)性能和較好的變形能力，有十分廣闊的工程應(yīng)用前景［1］.同時(shí)，許多水工建筑物在服役期間處于荷載與多種劣化因素的耦合作用下，因而，用于水利工程結(jié)構(gòu)的水泥基復(fù)合材料不僅要具有優(yōu)異的力學(xué)性能，同時(shí)還要有較高的耐久性.已有研究表明［2?3］，適量納米SiO2的摻入可顯著改善水泥漿體的微觀結(jié)構(gòu)，從而顯著提高水泥基復(fù)合材料的耐久性.基于此，可通過在水泥基復(fù)合材料中混摻PVA纖維和納米SiO2，以提高其力學(xué)性能和耐久性，延長(zhǎng)結(jié)構(gòu)的使用壽命，減少結(jié)構(gòu)正常使用年限中的維修費(fèi)用.

斷裂性能對(duì)評(píng)價(jià)混凝土結(jié)構(gòu)的安全性和耐久性具有重要意義［4］.然 而，目前關(guān)于復(fù)摻納米SiO2和PVA纖維水泥基復(fù)合材料斷裂性能的相關(guān)研究成果較少，因此，本文通過三點(diǎn)彎曲切口梁斷裂試驗(yàn)，得到納米SiO2和PVA纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料（以下簡(jiǎn)稱水泥基復(fù)合材料）的起裂斷裂韌度和斷裂能，研究了納米SiO2摻量、PVA纖維體積分?jǐn)?shù)及石英砂粒徑對(duì)水泥基復(fù)合材料斷裂性能的影響規(guī)律，以期為水泥基復(fù)合材料的實(shí)際工程應(yīng)用提供理論依據(jù).

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

水泥采用P·O 42.5普通硅酸鹽水泥，河南省新鄉(xiāng)孟電集團(tuán)產(chǎn)；粉煤灰為Ⅰ級(jí)粉煤灰，洛陽電廠產(chǎn)；纖維為高強(qiáng)、高彈性模量PVA纖維，可樂麗株式會(huì)社產(chǎn)；納米材料為納米SiO2，SiO2含量（質(zhì)量分?jǐn)?shù)，文中涉及的含量、水膠比等除特別注明外均為質(zhì)量分?jǐn)?shù)或質(zhì)量比）為99.5%，平均粒徑為30 nm，杭州萬景新材料有限公司產(chǎn)；減水劑為減水率為22.0%的高效減水劑，江蘇星辰化工有限公司產(chǎn)；拌和水為自來水；骨料為石英砂，鞏義市元亨凈水材料廠產(chǎn).

1.2 配合比設(shè)計(jì)及試件制備

三點(diǎn)彎曲斷裂試驗(yàn)采用尺寸為100 mm×100 mm×400 mm、預(yù)切口深度為40 mm的缺口小梁試件，試件幾何形狀及尺寸見圖1.

圖1 切口小梁幾何形狀及尺寸Fig.1 Shape and size of notched beam（size：mm）

每個(gè)配合比下同時(shí)澆筑尺寸為70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm立方體試件，用于測(cè)試水泥基復(fù)合材料的28 d立方體抗壓強(qiáng)度（以下簡(jiǎn)稱抗壓強(qiáng)度）.水泥基復(fù)合材料的水膠比為0.38，灰砂比為2.PVA纖維體積分?jǐn)?shù)為0%、0.3%、0.6%、0.9%、1.2%和1.5%；納米SiO2摻量為0%、1.0%、1.5%、2.0%和2.5%（以水泥質(zhì)量計(jì)）；骨料采用4種粒徑范圍的石英砂，粒徑范圍分別為380~830、212~380、120~212、75~120μm.共18組配合比，每組5個(gè)試件，試驗(yàn)結(jié)果取其平均值.水泥基復(fù)合材料配合比及抗壓強(qiáng)度如表1所示.先將新拌水泥基復(fù)合材料裝入試模，振搗、抹面后水平置于常溫處，24 h后脫模；再放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室（（20±2）℃、相對(duì)濕度95%以上）養(yǎng)護(hù)28 d.試驗(yàn)前對(duì)試件進(jìn)行鋸縫形式的預(yù)切口處理.

由表1可知：（1）當(dāng)納米SiO2摻量為0%或2.0%時(shí)，隨著PVA纖維體積分?jǐn)?shù)的增加，試件抗壓強(qiáng)度呈先增后減趨勢(shì)，但增減幅度均較??；當(dāng)PVA纖維體積分?jǐn)?shù)為0.6%時(shí)，試件抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值，與各自對(duì) 照 組（M1和M7）相 比，分 別 增 加 了8.03%和8.07%.（2）當(dāng)PVA纖維體積分?jǐn)?shù)為0.9%時(shí)，試件抗壓強(qiáng)度隨納米SiO2摻量增加也呈先增后減趨勢(shì)；當(dāng)納米SiO2摻量從0%增至1.0%時(shí)，試件抗壓強(qiáng)度逐漸增大；當(dāng)納米SiO2摻量為1.0%時(shí)，試件抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大值，較單摻PVA纖維試件（M4）提高了16.02%；當(dāng)納米SiO2摻量從1.0%增至2.5%時(shí)，試件的抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)逐漸減小的趨勢(shì)，特別地，當(dāng)納米SiO2摻量從2.0%增大到2.5%時(shí)，可能由于較大摻量的納米SiO2易團(tuán)聚，在試件受力過程中團(tuán)聚處成為薄弱環(huán)節(jié)［5］，最終導(dǎo)致水泥基復(fù)合材料抗壓強(qiáng)度大幅下降.（3）隨著石英砂粒徑的減小，試件的抗壓強(qiáng)度基本呈現(xiàn)降低趨勢(shì).

表1 水泥基復(fù)合材料配合比及抗壓強(qiáng)度Table 1 Mix proportion and compressive strength of cementitious composite

1.3 試驗(yàn)方法

雙K斷裂準(zhǔn)則是徐世烺等［6］在研究素混凝土裂縫擴(kuò)展問題時(shí)提出的簡(jiǎn)單實(shí)用的斷裂準(zhǔn)則.雖然因混凝土等水泥基材料中摻入纖維材料后，纖維進(jìn)一步限制了材料的裂縫擴(kuò)展，改變了材料的斷裂特性，采用雙K斷裂準(zhǔn)則有一定的局限性；但由于雙K斷裂準(zhǔn)則判據(jù)的簡(jiǎn)單實(shí)用性，諸多學(xué)者在分析纖維混凝土斷裂性能時(shí)仍采用雙K斷裂準(zhǔn)則［7?8］.因此本文基于雙K斷裂模型，通過三點(diǎn)彎曲切口梁斷裂試驗(yàn)，測(cè)得水泥基復(fù)合材料的起裂斷裂韌度和斷裂能.

三點(diǎn)彎曲斷裂試驗(yàn)在600 kN微機(jī)控制電液伺服萬能試驗(yàn)機(jī)上進(jìn)行，采用荷載傳感器測(cè)量荷載，其量程范圍為0~50 kN，精度不低于1%.在斷裂試驗(yàn)過程中采用電測(cè)位移傳感器（LVDT）同步測(cè)量小梁試件的跨中撓度.試驗(yàn)采用DH3821靜態(tài)應(yīng)變測(cè)試分析系統(tǒng)，采集頻率為2 Hz.將荷載傳感器、LVDT與測(cè)試分析系統(tǒng)相連后可同步采集、存儲(chǔ)豎向荷載及試件撓度值，得到試件的荷載-跨中撓度曲線.

1.4 斷裂韌度與斷裂能計(jì)算

雙K斷裂模型［6，9］采用起裂斷裂韌度和失穩(wěn)斷裂韌度作為斷裂性能的評(píng)價(jià)指標(biāo)，其計(jì)算參考DL/T 5332—2005《水工混凝土斷裂試驗(yàn)規(guī)程》.本文只采用作為水泥基復(fù)合材料斷裂韌度的評(píng)價(jià)指標(biāo).判讀“荷載-跨中撓度”曲線上升段中從直線段轉(zhuǎn)變?yōu)榍€段的轉(zhuǎn)折點(diǎn)，該點(diǎn)所對(duì)應(yīng)的荷載即為起裂荷載，結(jié)合試驗(yàn)測(cè)得的峰值荷載和“荷載-跨中撓度”曲線計(jì)算出試件的有效裂縫長(zhǎng)度和.

斷裂能GF是表征裂縫擴(kuò)展所消耗能量的斷裂參數(shù)［10］.在斷裂能和斷裂韌度測(cè)試過程中同步采集試驗(yàn)數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)處理后可獲得試件的荷載-跨中撓度（P?δ）曲線，進(jìn)而根據(jù)式（1）計(jì)算出試件的斷裂能［9，11?12］：

式中：A為試件斷裂韌帶面積，m2，A=b(h-a0)；b、h、a0分別為試件的高度、寬度及預(yù)制裂縫深度，本文b=0.1 m、h=0.1 m、a0=0.04 m；W0為P?δ曲線與X軸所圍面積，N/m；m為支座跨度S上的總質(zhì)量，其值等于試件質(zhì)量m1和試件上方輔助加載裝置質(zhì)量m2之和，kg；g為重力加速度，取9.8 m/s2；δ0為試件最終破壞時(shí)的跨中撓度，m.

需要說明的是，對(duì)于纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料試件，其斷裂時(shí)的斷裂面積并不確定，斷裂面等效受拉應(yīng)力也并不為零，且計(jì)算時(shí)僅考慮作用在試件上外荷載做的功，因此由該方法計(jì)算得出的斷裂能并不準(zhǔn)確，所得參數(shù)僅用于本文各組之間的比較.

2 結(jié)果及分析

2.1 PVA纖維體積分?jǐn)?shù)對(duì)斷裂性能的影響

圖2給出了未摻納米SiO2和納米SiO2摻量為2.0%時(shí)，PVA纖維體積分?jǐn)?shù)對(duì)試件起裂斷裂韌度的影響規(guī)律.由圖2可知：（1）與未摻PVA纖維的試件相比，摻入PVA纖維試件的起裂斷裂韌度明顯提高.（2）單摻PVA纖維與復(fù)摻PVA纖維、納米SiO2試件的起裂斷裂韌度隨PVA纖維體積分?jǐn)?shù)增加的變化趨勢(shì)相同，均為先增大后減小，且最大值均出現(xiàn)在PVA纖維體積分?jǐn)?shù)為1.2%時(shí)；當(dāng)PVA纖維體積分?jǐn)?shù)從0.3%增加到0.6%時(shí)，起裂斷裂韌度提升幅度最大；當(dāng)PVA纖維體積分?jǐn)?shù)為1.2%時(shí)，與未摻PVA纖維試件相比，單摻PVA纖維試件和復(fù)摻PVA纖維、納米SiO2試件的起裂斷裂韌度分別提高了59.10%和50.81%.

圖2 PVA纖維體積分?jǐn)?shù)對(duì)試件起裂斷裂韌度的影響Fig.2 Effect of PVA fiber volume fraction on initial fracture toughness of specimens

圖3給出了未摻納米SiO2和納米SiO2摻量為2.0%時(shí)，PVA纖維體積分?jǐn)?shù)對(duì)試件斷裂能的影響規(guī)律.由圖3可以看出：PVA纖維體積分?jǐn)?shù)對(duì)試件的斷裂能影響較大，隨著PVA纖維體積分?jǐn)?shù)的增加，試件的斷裂能均先增大后減小，當(dāng)PVA纖維體積分?jǐn)?shù)達(dá)到1.2%時(shí)，試件的斷裂能達(dá)到最大；當(dāng)PVA纖維體積分?jǐn)?shù)為1.2%時(shí)，與未摻PVA纖維試件相比，單摻PVA纖維試件和復(fù)摻PVA纖維、納米SiO2試件的斷裂能增長(zhǎng)了1 559.43%和1 119.16%；當(dāng)PVA纖維體積分?jǐn)?shù)從1.2%增加到1.5%時(shí)，試件的斷裂能呈現(xiàn)下降趨勢(shì).

圖3 PVA纖維體積分?jǐn)?shù)對(duì)試件斷裂能的影響Fig.3 Effect of PVA fiber volume fraction on fracture energy of specimens

未摻納米SiO2和納米SiO2摻量為2.0%時(shí)，不同PVA纖維體積分?jǐn)?shù)的水泥基復(fù)合材料試件的P?δ曲線如圖4所示.由圖4可知：（1）當(dāng)PVA纖維體積分?jǐn)?shù)從0%增加到1.2%時(shí)，試件的極限荷載逐漸增大；當(dāng)PVA纖維體積分?jǐn)?shù)超過1.2%時(shí)，試件的極限荷載開始逐漸降低，表明PVA纖維體積分?jǐn)?shù)適當(dāng)?shù)乃嗷鶑?fù)合材料試件具有較高的承載能力.（2）當(dāng)PVA纖維體積分?jǐn)?shù)從0%變化到1.5%時(shí)，試件的最大跨中撓度和P?δ曲線的飽滿度也基本呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)，當(dāng)PVA纖維體積分?jǐn)?shù)達(dá)到1.2%時(shí)，試件的最大跨中撓度和P?δ曲線的飽滿度最大，試件的P?δ曲線的變化規(guī)律也表明，隨著PVA纖維體積分?jǐn)?shù)的增加，PVA纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料和復(fù)摻PVA纖維、納米SiO2增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料抵抗裂縫擴(kuò)展的能力呈現(xiàn)先增強(qiáng)后降低的趨勢(shì).

圖4 PVA纖維體積分?jǐn)?shù)對(duì)小梁試件荷載-跨中撓度曲線的影響Fig.4 Effect of PVA fiber volume fraction on load?deflection curves of specimens

PVA纖維對(duì)水泥基復(fù)合材料斷裂性能的增強(qiáng)作用主要體現(xiàn)在以下2個(gè)方面：一方面PVA纖維與膠凝材料有較好的相容性，在水泥基復(fù)合材料中摻入PVA纖維后，PVA纖維均勻分布在基體內(nèi)，打亂了水泥基復(fù)合材料基體內(nèi)部原有的應(yīng)力分布，限制了水泥基復(fù)合材料中裂縫的形成和擴(kuò)展，使水泥基復(fù)合材料開裂時(shí)存在裂縫受阻或者裂縫偏轉(zhuǎn)，從而產(chǎn)生多裂縫開裂現(xiàn)象，并且可以較好地抑制基體內(nèi)微小裂縫向宏觀裂縫擴(kuò)展［13］；另一方面當(dāng)裂縫出現(xiàn)后，PVA纖維會(huì)發(fā)揮阻裂效果，通過橋聯(lián)作用將應(yīng)力傳遞到周圍的基體，減少應(yīng)力集中，跨越裂縫的纖維也可以承受一部分應(yīng)力，并且裂縫在擴(kuò)展過程時(shí)還需要克服PVA纖維與基體界面之間存在的摩擦剪應(yīng)力，有效地阻止了裂縫的發(fā)展［1，14］.但當(dāng)PVA纖維體積分?jǐn)?shù)過大時(shí)，試件的起裂斷裂韌度、失穩(wěn)斷裂韌度和斷裂能有降低趨勢(shì)，這可能是因?yàn)檫^多的PVA纖維摻入到基體中，導(dǎo)致試件內(nèi)部孔隙增多，并且一部分纖維聚集成團(tuán)，致使實(shí)際可以利用的纖維量有所減少，并在基體中形成薄弱面，使得材料性能降低［15］.

2.2 納米SiO2摻量對(duì)斷裂性能的影響

圖5給出了PVA纖維體積分?jǐn)?shù)為0.9%時(shí)，納米SiO2摻量對(duì)水泥基復(fù)合材料起裂斷裂韌度的影響規(guī)律.由圖5可知：隨著納米SiO2摻量的增大，試件的起裂斷裂韌度先增后減；當(dāng)納米SiO2摻量為1.5%時(shí)，試件的起裂斷裂韌度出現(xiàn)最大值，較未摻納米SiO2的對(duì)照組提高了6.30%；當(dāng)納米SiO2摻量為2.0%或2.5%時(shí)，試件的起裂斷裂韌度低于對(duì)照組.由此說明，少量納米SiO2的摻入可小幅提高水泥基復(fù)合材料的起裂斷裂韌度，但過量摻入會(huì)降低其起裂斷裂韌度.

圖5 納米SiO2摻量對(duì)試件起裂斷裂韌度的影響Fig.5 Effect of nano?SiO2 content on initial fracture toughness of specimens

PVA纖維體積分?jǐn)?shù)為0.9%時(shí)，納米SiO2摻量對(duì)水泥基復(fù)合材料斷裂能和P?δ曲線的影響規(guī)律如圖6所示.由圖6（a）可知：隨著納米SiO2摻量的增大，試件的斷裂能先增后減；當(dāng)納米SiO2摻量為1.5%時(shí)，試件的斷裂能達(dá)到最大值；當(dāng)納米SiO2摻量大于1.5%時(shí)，納米SiO2摻量對(duì)試件斷裂能有不利影響，尤其是其摻量為2.5%時(shí)，試件的斷裂能低于對(duì)照組.由圖6（b）可見：隨著納米SiO2摻量的增大，試件的極限荷載和P?δ曲線與橫坐標(biāo)軸之間的包絡(luò)面積呈現(xiàn)先增加后減少的規(guī)律；在納米SiO2摻量低于1.5%時(shí)，試件的極限荷載和曲線與坐標(biāo)軸之間的包絡(luò)面積逐漸增大，納米SiO2摻量達(dá)到1.5%時(shí)，試件的極限荷載和曲線與坐標(biāo)軸之間的包絡(luò)面積最大，納米SiO2摻量高于1.5%時(shí)，試件的極限荷載和曲線與坐標(biāo)軸之間的包絡(luò)面積開始減小.因此，在適量的摻量范圍內(nèi)，納米SiO2的摻入對(duì)PVA纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的承載能力和韌性有一定的提升作用，但過量摻入對(duì)PVA纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的承載能力和韌性有不利影響.

圖6 納米SiO2摻量對(duì)試件斷裂能和荷載-跨中撓度曲線的影響Fig.6 Effect of nano?SiO2 content on fracture energy and load?deflection curves of specimens

適量納米SiO2的摻入對(duì)PVA纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的斷裂性能有小幅度的提升，這可能是由于適量納米SiO2的摻入有效地發(fā)揮了納米粒子的充填效應(yīng)，顯著增加了水泥基復(fù)合材料的密實(shí)度，減小了原生裂縫的數(shù)量及尺寸，微細(xì)裂縫產(chǎn)生應(yīng)力集中而發(fā)展的可能性降低.同時(shí)PVA纖維與基體之間的摩擦力也取決于基體的密實(shí)程度，基體越密實(shí)，摩擦力越大，因此少量納米SiO2的摻入也更有效地發(fā)揮了PVA纖維的阻裂作用［16］.但過量納米SiO2摻入后，可能由于納米SiO2產(chǎn)生團(tuán)聚現(xiàn)象，無法充分發(fā)揮納米粒子的晶核效應(yīng)和充填效應(yīng)，并且拌和會(huì)吸附大量的表層水，參與水化的水量減少，導(dǎo)致水泥基復(fù)合材料的水化程度降低，水化不完全，在水泥基復(fù)合材料中形成薄弱地帶區(qū)，宏觀表現(xiàn)為對(duì)PVA纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料斷裂性能產(chǎn)生了不利影響［5］.

2.3 石英砂粒徑對(duì)斷裂性能的影響

圖7給出了PVA纖維體積分?jǐn)?shù)和納米SiO2摻量分別為0.9%和2.0%時(shí)，石英砂粒徑對(duì)水泥基復(fù)合材料起裂斷裂韌度的影響規(guī)律.由圖7可知：隨著石英砂粒徑的減小，試件的起裂斷裂韌度呈現(xiàn)減小的趨勢(shì)；對(duì)于以粒徑為380~830μm石英砂制備的試件，其起裂斷裂韌度為723 kN·m-3/2，其余3組試件的起裂斷裂韌度分別為其起裂斷裂韌度的96.1%、93.1%、78.90%.

圖7 石英砂粒徑對(duì)試件起裂斷裂韌度的影響Fig.7 Effect of quartz sand particle size on initial fracture toughness of specimens

PVA纖維體積分?jǐn)?shù)為0.9%、納米SiO2摻量為2.0%時(shí)，石英砂粒徑對(duì)水泥基復(fù)合材料斷裂能和P?δ曲線的影響如圖8所示.由圖8可知：隨著石英砂粒徑的減小，試件的斷裂能呈現(xiàn)降低趨勢(shì)，試件的最大跨中撓度和荷載-撓度曲線的飽滿度也隨石英砂粒徑的減小而減?。粚?duì)于以粒徑為380~830μm的石英砂制備的試件，其斷裂能為527.479 N/m，其余3組試件的斷裂能分別是其斷裂能的93.3%、90.0%、88.8%.由上述分析可知，隨著石英砂粒徑的減小，水泥基復(fù)合材料的斷裂性能呈現(xiàn)降低趨勢(shì).這可能是因?yàn)榱芽p需繞過骨料進(jìn)行擴(kuò)展，大粒徑的石英砂對(duì)裂紋路徑的阻礙作用較大，裂紋的擴(kuò)展路徑更加曲折，從而導(dǎo)致裂縫擴(kuò)展時(shí)需要消耗更多的能量，而小粒徑的石英砂對(duì)裂縫擴(kuò)展的阻礙作用較小.

圖8 石英砂粒徑對(duì)試件斷裂能和荷載-跨中撓度曲線的影響Fig.8 Effect of quartz sand particle size on fracture energyand load?deflection curves of specimens

2.4 PVA纖維和納米SiO2對(duì)水泥基復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)的影響

圖9為不同PVA纖維體積分?jǐn)?shù)下未摻納米SiO2水泥基復(fù)合材料的微觀形貌.由圖9可以看出：當(dāng)PVA纖維體積分?jǐn)?shù)為0.9%時(shí)，PVA纖維較均勻地分布在水泥基復(fù)合材料基體組織中，且PVA纖維可以橋聯(lián)基體內(nèi)的微裂縫，限制基體內(nèi)微裂縫的擴(kuò)展；當(dāng)PVA纖維體積分?jǐn)?shù)為1.5%時(shí)，水泥基復(fù)合材料基體中的部分PVA纖維聚集成團(tuán)，其內(nèi)部孔隙尺寸較PVA纖維體積分?jǐn)?shù)為0.9%的水泥基復(fù)合材料大.這說明，適量的PVA纖維摻入到水泥基復(fù)合材料時(shí)，PVA纖維可以均勻分布，發(fā)揮其各種增強(qiáng)作用，從而提高水泥基復(fù)合材料的斷裂性能；過量的PVA纖維摻入到水泥基復(fù)合材料時(shí)，部分PVA纖維會(huì)聚集成團(tuán)，不能有效發(fā)揮PVA纖維的優(yōu)良特性，從而導(dǎo)致水泥基復(fù)合材料斷裂性能降低.

圖9 不同PVA纖維體積分?jǐn)?shù)下水泥基復(fù)合材料的微觀形貌Fig.9 Morphology of PVA fiber volume fraction on microstructure of cementitious composites

在PVA纖維體積分?jǐn)?shù)為0.9%條件下，研究了納米SiO2摻量為1.0%和2.5%時(shí)水泥基復(fù)合材料的微觀形貌如圖10所示.對(duì)比圖10（a）與圖9（a）可知，摻入1.0%的納米SiO2后，試件基體中的孔洞數(shù)量較少，有明顯的簇狀結(jié)構(gòu)出現(xiàn)，其致密性較高.由圖10（b）可見，試件基體中出現(xiàn)了納米SiO2團(tuán)聚現(xiàn)象，且出現(xiàn)未完全水化的顆粒.相關(guān)研究結(jié)果表明，納米SiO2具有較高的活性和較大的比表面積，可以提供大量的成核位點(diǎn)，既可以使C?S?H凝膠在其表面鍵合，形成以納米SiO2顆粒為核心的簇狀結(jié)構(gòu)，又能促進(jìn)水泥水化，可改善并強(qiáng)化水泥基復(fù)合材料基體的微觀結(jié)構(gòu)［17］.適量納米SiO2的摻入可有效發(fā)揮其小尺寸效應(yīng)和表面效應(yīng)，增強(qiáng)基體的密實(shí)性，從而改善PVA纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的斷裂性能；過量納米SiO2的摻入易引起納米粒子的團(tuán)聚，拌和時(shí)吸附大量自由水，導(dǎo)致水泥基復(fù)合材料基體中出現(xiàn)未完全水化部分，從而降低了水泥基復(fù)合材料的斷裂性能.

圖10 納米SiO2摻量對(duì)水泥基復(fù)合材料微觀結(jié)構(gòu)的影響Fig.10 Effect of nano?SiO2 content on microstructure of cementitious composites

3 結(jié)論

（1）當(dāng)PVA纖維體積分?jǐn)?shù)由0%增大到1.5%時(shí)，無論水泥基復(fù)合材料中是否摻入納米SiO2，試件的起裂斷裂韌度和斷裂能均呈現(xiàn)出先增后減的趨勢(shì)，且在PVA纖維體積分?jǐn)?shù)為1.2%時(shí)達(dá)到最大值.適量PVA纖維的摻入可顯著增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的斷裂性能.

（2）適量的納米SiO2對(duì)水泥基復(fù)合材料的斷裂性能有一定的增強(qiáng)效果，但過量摻入后，可能由于團(tuán)聚效應(yīng)會(huì)對(duì)其斷裂性能帶來不利影響.

（3）水泥基復(fù)合材料的起裂斷裂韌度和斷裂能隨著石英砂粒徑的減小表現(xiàn)出一致的變化規(guī)律，均呈現(xiàn)降低的趨勢(shì).