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user: 3. 试验结果及分析 3.1. 破坏过程及破坏形态 3.1.1. 抗压试验破坏形态 图1和图2为PVA-ECC立方体试块和棱柱体试块单轴受压破坏形态图。由图可见，未加纤维的立方体试块和棱柱体试块在受压加载过程中首先在试块中部出现多条竖向裂缝，裂缝逐渐向角部延伸，形成相接的八字形裂缝，继续加载，中部基材逐渐膨胀并脱落。最终破坏时，立方体试块最终形成对顶的四角锥体，棱柱体试块中部基材大部分剥落崩出，所剩无几，破坏时均表现出明显的脆性。而掺入纤维的试块自加载至破坏过程中，未出现基材大量剥落的现象，在试件破坏时，试件表面无特别清晰的、深度较大的贯通裂缝，只是表层出现少量酥皮，酥皮上有肉眼可见的较浅的裂缝，并伴随少量掉渣，试块整体性好，体现出“坏而不散”的特性。这是因为试块发生竖向压缩时，会产生横向膨胀，掺入PVA纤维之后，由于纤维的桥联作用，有效减缓了试块内部因微裂缝尖端应力集中而产生的扩展趋势，限制与阻碍了微裂缝的充分扩展，且有效地约束了试件的横向变形。 图1. 立方体试块受压破坏形态 图2. 棱柱体试块受压破坏形态 3.1.2. 劈裂抗拉试验破坏形态 未加纤维的试块在进行劈裂抗拉试验时，开裂荷载较低，且裂缝一出现，荷载随即降低，试件发生破坏，破坏前无明显预兆，脆性较大，且裂缝较宽。而掺入纤维后的试块变形能力较未加纤维的试块有显著提高，脆性得到明显改善，且峰值荷载、峰值应变也均有较大提高，当荷载超过峰值后，能清晰地听到纤维被拔出时内部裂缝开展的声音，试件破坏时裂缝宽度较小；试块破坏后观察破坏界面，发现纤维从基材中发生了拔出和滑移。如图3所示。 3.2. 材料强度 该试验研究了PVA纤维体积掺量、砂胶比、7 d和28 d龄期、水胶比对抗压强度和劈裂抗拉强度的影响，试验结果如表3所示。 图3. 受拉破坏形态图 Table 3 Compressive/tensile strength of test piece/MP 试件编号 纤维体积率 /vol% 水胶比 砂胶比 7 d龄期 28 d龄期 f cu f c f t f cu f c f t F-0 0 0.55 0.8 17.3 15.5 0.35 32.0 28.5 0.41 F-0.5 0.5 0.55 0.8 16.8 14.3 2.06 30.5 27.3 2.61 F-1.0 1.0 0.55 0.8 14.7 13.8 2.38 27.6 25.7 3.32 F-1.5 1.5 0.55 0.8 14.5 13.3 2.72 27.5 25.5 3.46 F-2.0 2.0 0.55 0.8 13.3 12.4 2.82 27.0 24.1 4.77 W-0.50/S-0.8 1.5 0.50 0.8 16.3 13.9 2.84 31.3 28.9 3.85 W-0.45/S-0.8 1.5 0.45 0.8 21.7 19.2 3.12 36.1 31.6 4.14 W-0.55/S-1.1 1.5 0.55 1.1 16.1 13.3 2.51 30.6 28.6 4.23 W-0.50/S-1.1 1.5 0. 50 1.1 17.6 17.2 2.66 38.6 34.3 4.40 W-0.45/S-1.1 1.5 0.45 1.1 22.5 19.8 2.95 46.7 43.7 4.83 表3. 试件抗压/抗拉强度/MPa 由表3可知，在7 d和28 d龄期下，随PVA纤维体积掺量增加，PVA-ECC立方体和棱柱体试块抗压强度均有所降低，而劈裂抗拉强度显著提高。抗压强度降低的主要原因是加入纤维后，纤维与基材的接触面数量增加，同时复合材料的孔隙率也增大，受压时首先在孔隙及接触面处形成微裂缝，随着荷载的增加，微裂缝逐渐发展，纤维的桥连作用虽可限制后期裂缝的充分、快速发展，提高试块的极限变形能力，但由于孔隙与薄弱面的增加，使得试块承受竖向荷载的能力下降，故抗压强度有所降低。劈裂抗拉强度增加的主要原因是在接近峰值荷载时，纤维与基体之间不断地发生滑移，这种滑移需要吸收大量的能量，且随着纤维掺量的增加，发生滑移所需的外部能量输入也随之增加，故劈裂抗拉强度提高。随养护龄期的增长，PVA-ECC的劈裂抗拉强度及抗压强度均提高，且前7 d增长较快。随水胶比的增大，PVA-ECC抗压强度和劈裂抗拉强度均降低。随砂胶比的增大，PVA-ECC在7 d与28 d龄期的抗压强度均提高，但其劈裂抗拉强度在7 d时减小，在28 d时增大。 3.3. 强度换算关系 3.3.1. 不同龄期的强度换算 表4是PVA-ECC在28 d龄期与7 d龄期下f cu 的比值以及f c 的比值。 Table 4 Ratio of compressive strength at different age 龄期28 d/7 d f cu F-0 F-0.5 F-1.0 F-1.5 F-2.0 1.85 1.82 1.88 1.90 2.03 W-1 W-2 W-3 W-4 W-5 1.92 1.66 1.90 2.19 2.08 龄期28 d/7 d f c F-0 F-0.5 F-1.0 F-1.5 F-2.0 1.84 1.91 1.86 1.92 1.94 W-1 W-2 W-3 W-4 W-5 2.08 1.65 2.15 1.99 2.21 表4. 不同龄期下的抗压强度比值 根据以上试验结果，进行线性回归，得到PVA-ECC试块7 d龄期与28 d龄期抗压强度间的关系，如公式(2-1)所示： f 28 = 1.95f 7 (2-1) 图4表示出20组试验值与拟合曲线的关系，由图可见，拟合度较好。 图4. 7 d和28 d龄期下抗压强度间的关系 表5是PVA-ECC在28 d龄期与7 d龄期下劈裂抗拉强度的比值。 Table 5 Tensile strength relationship under different ag 龄期28 d/7 d f t F-0 F-0.5 F-1.0 F-1.5 F-2.0 1.17 1.27 1.39 1.27 1.69 W-1 W-2 W-3 W-4 W-5 1.36 1.33 1.69 1.65 1.64 表5. 不同龄期下的抗拉强度关系 对试验数据进行回归，得到7 d和28 d龄期下PVA-ECC试块劈裂抗拉强度间的关系式，见公式(2-2)： f 28 = 1.54f 7 (2-2) 试验值和公式(2-2)表示的拟合曲线绘于图5，两者吻合度较高。 图5. 不同龄期下抗拉强度间的关系 3.3.2. 立方体抗压强度与轴心抗压及劈裂抗拉强度间的换算 由于受“环箍”效应影响程度不同，在其其它条件完全相同的情况下，相同材料的立方体抗压强度高于其棱柱体抗压强度。在本试验中，根据表3试验结果计算出7 d和28 d龄期下的f c 与f cu 的比值，如表6所示。 Table 6 Ratio relationship between fc and fc 7 d龄期 f c f c u F-0 F-0.5 F-1.0 F-1.5 F-2.0 0.90 0.85 0.94 0.92 0.93 W-1 W-2 W-3 W-4 W-5 0.85 0.88 0.83 0.98 0.88 28 d龄期 f c f c u F-0 F-0.5 F-1.0 F-1.5 F-2.0 0.89 0.90 0.93 0.93 0.89 W-1 W-2 W-3 W-4 W-5 0.92 0.88 0.93 0.89 0.94 表6. f c 与f cu 比值关系 根据表6数据，利用线性回归得到立方体与棱柱体抗压强度间的关系如下： f c = 0.92f cu (2-3) 如图6所示，拟合曲线与试验结果吻合较好，且28 d龄期下棱柱体抗压强度与立方体抗压强度比值比7 d龄期时的上述比值吻合度更高。 图6. 棱柱体与立方体抗压强度间的关系 表7所示为PVA-ECC立方体抗压强度与劈裂抗拉强度间的比值。 Table 7 Ratio of f t to f c u 3 / 7 d龄期 f t f c u 3 / 4 F-0 F-0.5 F-1.0 F-1.5 F-2.0 0.04 0.25 0.32 0.37 0.40 W-1 W-2 W-3 W-4 W-5 0.35 0.31 0.31 0.31 0.29 28 d龄期 f t f c u 3 / 4 F-0 F-0.5 F-1.0 F-1.5 F-2.0 0.03 0.20 0.28 0.29 0.40 W-1 W-2 W-3 W-4 W-5 0.29 0.28 0.33 0.28 0.27 表7. f t 与 f c u 3 / 4 的比值 根据该试验结果进行线性拟合分析得到PVA-ECC劈裂抗拉强度与立方体抗压强度间的关系，如下式所示： f t = β α f c u 3 / 4 (2-4a) 7 d龄期时： α = 1.395 − 0.302 V f (2-4b) β = 0.404 − 0.005 f c u (2-4c) 28 d龄期时： α = 1.627 − 0.45 V f (2-4d) β = 0.354 − 0.002 f c u (2-4e) 式中α为PVA纤维影响系数；β为强度影响系数；V f 为纤维体积掺量，0.5 ≤ V f ≤ 2。根据公式(2-4)计算的结果与试验值的比较见表8。 Table 8 Ratio of calculated value to test valu 7 d龄期 计 算 值 试 验 值 F-0 F-0.5 F-1.0 F-1.5 F-2.0 — 1.04 0.95 0.96 1.05 W-1 W-2 W-3 W-4 W-5 0.98 1.01 1.10 1.08 1.08 28 d龄期 计 算 值 试 验 值 F-0 F-0.5 F-1.0 F-1.5 F-2.0 — 1.04 0.92 1.09 1.02 W-1 W-2 W-3 W-4 W-5 1.05 1.05 0.95 1.02 1.01 表8. 计算值与试验值比值 通过对比发现，养护龄期7 d和28 d下计算值与试验值的比值均值分别为1.02和1.01，方差均为0.002，说明公式(2-4)计算精度较高，能够满足实际工程需要。