玄武岩纤维和PVA纤维增强工程水泥基复合材料高温后的力学性能和微观特性研究
Mechanical performances and micro-level properties of basalt and PVA fiber reinforced engineered cementitious composite after high temperatures exposure
摘要整理
高温暴露后，熔点较低的合成纤维会对工程水泥基复合材料（ECC）及其构件的力学性能产生负面影响。玄武岩纤维/PVA纤维混杂增强ECC（玄武岩/PVA HF-ECC）因玄武岩纤维具有低成本、可持续性和高温稳定性等优势，是解决此问题的有效途径。然而现有研究多聚焦于纤维替代，仍处于初级阶段，且性能改善空间较大。本研究提出了叠加玄武岩纤维含量的玄武岩/PVA HF-ECC，通过力学测试和微观表征研究了叠加玄武岩纤维含量对高温后性能的影响。压缩试验结果表明玄武岩纤维可提高高温下的抗压强度，最优玄武岩纤维体积分数为0.8%，在400°C、600°C和800°C时的抗压强度分别比对照PVA-ECC提高62.05%、55.45%和37.24%。拉伸试验结果显示当PVA纤维在高温下熔融时，玄武岩/PVA HF-ECC的应力-应变曲线呈脆性破坏，且初裂强度随玄武岩纤维含量增加而持续提高，最优玄武岩纤维体积分数为1.2%，在23°C、400°C、600°C和800°C时的初裂强度分别比对照PVA-ECC提高48.43%、42.38%、36.30%和50.41%。压汞孔隙率测定（MIP）试验表明玄武岩纤维可降低高温下的平均孔径，对孔隙率影响不大。在600°C和800°C时，0.8%和1.2%的玄武岩纤维含量使对照PVA-ECC的平均孔径减小13%~37%，并降低孔径分布曲线的峰值。扫描电镜（SEM）观察验证了玄武岩纤维对高温后强度提升的贡献机制。采用断裂间距分析方法讨论了高温下拉伸应变能力的衰减规律。本研究系统阐明了叠加玄武岩纤维含量对玄武岩/PVA HF-ECC高温力学性能和微观特性的影响，为开发性能可靠的耐热ECC提供了技术支撑。