在现代土木工程应用中，包括桥梁甲板、抗震系统和弹性结构部件等关键基础设施，迫切需要兼具高强度和高韧性的混凝土材料，以抵抗地震、冲击载荷和长期降解[1]。传统混凝土虽然抗压强度较高，但抗拉强度和延展性较低，因此在受力时容易发生脆性断裂，导致结构性能迅速恶化。因此，提高抗裂性和断裂韧性对于延长使用寿命和确保结构安全至关重要。在各种增强方法中，纤维增强是一种非常有效的手段，可以显著提高混凝土的延展性和抗裂性。
PVA纤维作为一种增强材料受到了广泛关注，因其成本低廉、耐酸碱环境、优异的耐腐蚀性以及相对较高的弹性模量[2]、[3]、[4]。在水泥基复合材料中，PVA纤维能够形成内部网络，有效抑制外部载荷下的早期裂纹[5]。张[6]的研究表明，添加1.5体积%的PVA纤维可使水泥基复合材料的断裂韧性的初始值和不稳定断裂韧性分别提高145.57%和333.01%，断裂能量提高至2656.38%。刁[3]进一步证明，PVA纤维在海洋环境中仍具有优异的增强效果，体现了其耐久性。此外，PVA纤维的添加还能通过界面剪切机制减少混凝土收缩[7]。然而，PVA纤维与水泥基体之间的界面粘附力较弱，限制了其增强效果[8]、[9]。因此，增强纤维与水泥基体之间的粘结是保持PVA纤维增强复合材料持续性能的关键。
为了提高纤维-基体粘结性能，人们探索了多种策略。物理活化方法（如等离子体[10]和臭氧处理[11]可以在纤维表面引入极性基团，提高亲水性和界面粘附力。这些方法虽然环保且快速，但改性层通常较薄、化学稳定性较差[12]，且改善效果有限。相比之下，湿化学改性（通过水解、氧化、卤化、螯合或涂层）具有更大的潜力[13]。其中，多巴胺（DA）改性因环境友好、工艺简单和效率高而受到越来越多的关注[14]。受贻贝粘附蛋白的启发，DA在弱碱性条件下可以自发聚合形成多巴胺（PDA）涂层[15]。PDA涂层富含儿茶酚和胺基团，能与基底发生强烈相互作用，显著提高界面粘附力[16]。先前的研究表明，在优化条件下，DA改性可使碳纤维和玻璃纤维的界面性能提高50%以上[17]、[18]、[19]。
尽管取得了这些进展，大多数关于PVA改性水泥基复合材料的研究仅关注单一力学性能，如抗压强度或抗弯强度。对于纤维增强复合材料而言，断裂韧性和裂纹控制能力的重要性尚未得到充分重视。传统的断裂评价方法（通常基于三点弯曲试验（TBT）主要关注断裂韧性[20]和裂纹开口位移[21]，但无法全面反映从裂纹起始到不稳定扩展的整个断裂过程。双K断裂模型（DKFM）能够区分断裂韧性的初始值和不稳定断裂韧性，已被广泛应用于评估纤维增强混凝土的断裂行为[22]、[23]。为了进一步研究不同阶段材料的裂纹扩展行为，需要精确测量裂纹扩展长度。常用的裂纹扩展长度测量方法包括声发射[24]、电子散斑干涉测量[25]和扫描电子显微镜[26]。这些方法通常需要高标准的测试环境。而数字图像相关（DIC）技术具有全场非接触测量和高精度的优点[27]、[28]，被广泛用于观察裂纹扩展行为。
本研究系统评估了多巴胺表面改性对PVA纤维增强水泥基复合材料（PFCM）断裂性能的影响。首先对改性纤维的微观结构和润湿性进行了表征，随后对复合材料进行了力学测试。结合DIC技术的DKFM模型用于定量分析整个断裂过程，从而全面评估多巴胺改性纤维对断裂韧性和裂纹扩展行为的影响。此外，还应用微观结构表征技术将宏观断裂性能与界面结构、孔隙特性和水化产物联系起来。本研究为PVA纤维提供了一种可量化和可扩展的绿色改性策略，为高韧性水泥基复合材料的界面优化提供了坚实的理论和实验基础。
