TRC永久模板水泥基材料力学试验研究

2018-11-05孙舒陈鹏王虹

江苏建材 2018年5期

孙舒，陈鹏，王虹

（泰州职业技术学院建筑工程学院，江苏泰州225300）

0 引言

纤维编织网增强混凝土（Textile Reinforeced Concrete，简称TRC）将多轴纤维纺织物与精细混凝土相结合，可充分发挥各组成材料的优点，且纤维编织物不需要混凝土保护层，因此TRC板材可以做到厚度仅为1 cm。但是要求水泥基复合材料有足够的强度和刚度、还要有良好的拌合性能。国内学者对TRC纤维编织网增强混凝土的研究较晚，但也已经有了许多进展。沈玲华、徐世烺对纤维束与精细混凝土的界面性能的研究表明，环氧树脂和预应力都可以提高TRC纤维编织网增强混凝土的力学性能，并提出了临界配网率的概念[1]。尹世平等人通过对TRC在恶劣环境下力学性能的研究表明，TRC模板能够较好地抵抗氯盐、冻融等恶劣环境的影响，但是即使经过环氧树脂处理，碳纤维束的抗拉强度也不能得到完全发挥[2-5]。荀勇、孙伟通过试验研究，证实了耐碱玻璃短切纤维能够获得TRC板较好的力学性能[6-8]。

TRC永久模板的应用推广要求其本身必须具有一定的强度及刚度，主要应通过控制水泥基复合材料配合比来提高TRC材料的力学性能，从而为下一步永久模板的试验奠定基础。

1 试验材料

1.1 细骨料

水泥基复合材料选用的细骨料是河砂，实测砂的表观密度为 2.738 g/cm3，堆积密度为 1.6 g/cm3，细度模数为 2.7，最大粒径2 mm，为中砂，含泥量为 0.94%，含水率为 2.04%。

1.2 水泥基体

本试验所采用的水泥为海螺生产的 “海螺”牌42.5级普通硅酸盐水泥。

1.3 玻璃纤维

短切纤维能够较好地约束水泥基材料的裂缝发展，因此试验选取长度为15 mm的耐碱玻璃纤维，其物理性能见表1。

表1 短切玻璃纤维的基本力学性能

1.4 粉煤灰及减水剂

粉煤灰选用盐城发电厂生产的Ⅱ级粉煤灰，减水剂选用南京苏博特新材料有限公司生产的JM-PCA(I)聚羧酸高效减水剂(减水能力为18%～22%)。

2 试验设计与制作

影响水泥基复合材料强度的因素很多，根据初步试验研究成果，选取水胶比、玻璃纤维含量及灰砂比三个因素作为主要研究对象，并对每个因素选定了不同水平；其他因素相对不变。玻璃纤维掺量（玻璃纤维质量与胶凝材料的比值）分别为2%、4%、5%、6%；水胶比（混凝土的用水量与所有胶凝材料质量的比值）分别为 0.30、0.33、0.36；胶砂比（混凝土的胶凝材料与砂质量的比值）分别为0.15、0.30、0.45。根据上述材料配比情况，试件总计36组。依据《砌筑砂浆配合比设计规程》（JGJT 98-2010）和《钢丝网水泥用砂浆力学性能试验方法》（GBT7897-2008）分别检测其抗折强度、抗压强度和劈裂抗拉强度试验。试件编码采用纤维掺量-胶砂比-水胶比，如2-0.15-0.3表示纤维掺量为2%，胶砂比为0.15，水胶比为0.3。

2.1 抗折强度试验

依据《砌筑砂浆配合比设计规程》（JGJT 98-2010）和《钢丝网水泥用砂浆力学性能试验方法》（GBT7897-2008）制作试样，试样尺寸为40 mm×40 mm×160 mm棱柱形，每组试件3个。试件制作完成后采用标准养护 28 d（温度（20±2）℃、相对湿度为95%以上）。抗折试验要求试件不得有明显缺损，加载速度控制在（50±10）N/S。试验结果按每组三个试件的算术平均值计算，当三个测值中有一个超过平均值的10%时，取中间值作为抗抗强度试验结果，如果有两个超过中间值10%，则本组试验结果无效。试验结果如图1所示。

图1 不同纤维掺量的抗折强度

①纤维掺量对提高水泥基复合材料的抗折强度具有极好的效果，从掺量2%的13.75 MPa（编号2-0.3-0.33）提高到 22.41 MPa（编号 5-0.3-0.33），提高了约60%，但当纤维掺量增大到6%，较5%增强效果有所减弱。其主要原因是短切纤维的掺入增强了水泥复合材料之间的联结力，但是当纤维掺量过高时，纤维之间的滑动效应反而会降低整体材料的抗折性能。②胶砂比在0.3，水胶比在0.33时水泥复合材料的抗折强度最高。③水胶比较小时，材料的拌和性能较差，因此需要适当掺入一定减水剂来提高拌和性能。

2.2 抗压试验

采用每组抗折强度试验折断后的试件，受压面为40 mm×40 mm，试件应分属于不同棱柱体。试验机加载速度应能控制在（2.4±0.2）kN/S。试验结果如图2所示。

图2 不同纤维掺量的抗压强度

从图2中可知：①水胶比相同情况下，抗压强度随纤维掺量的增大而先增大，再减小（＞5%时）。原因同抗折强度试验。②在纤维掺量及灰胶比相同情况下，试件的抗压强度在水胶比0.33时最大，水胶比过大增加混合料的流动性，但会引起泌水现象和降低材料强度。

2.3 劈裂抗拉强度试验

采用每组抗折强度试验折断后的试件，受压面为40 mm×40 mm，试件应分属于不同棱柱体。试验结果如图3所示。从图3中可知：①水胶比相同情况下，抗压强度随纤维掺量的增大而先增大，再减小（＞5%时），其中 5-0.3-0.3 试件强度最高（12.02 MPa），较2-0.45-0.3试件强度（3.75 MPa）提升了220%；②试件的劈裂抗拉强度随着水胶比的增大而逐渐降低。③胶砂比在0.3时强度最高。