不同砂胶比时玻璃纤维掺量对GRC 抗弯性能影响研究

2020-07-06李宏兴杨国明

广东建材 2020年6期

李宏兴张健杨国明

（1 广州立墙墙体材料有限公司；2 广州大学土木工程学院）（3 广州番禺乔兴建设安装工程有限公司）

GRC 具有轻质、高强、隔热保温、防水、防火、可加工性良好及价格适中等诸多优点。崔琪认为在水灰比为0.38 和0.4 的两种情况下，GRC 抗弯强度随胶砂比的增加而有所降低[1]。但砂胶比的增加对工艺成型影响较大，一般选择胶砂比为1.00 比较适宜。GRC 的破坏过程不同于普通混凝土的脆性破坏，呈现弹塑性特征，有一个塑性延展过程[2,3]。冯竟竟通过试验表明，纤维体积掺量在1.5%～2.0%时，随纤维掺量增加，GRC 的抗折强度显著增大[4]。

影响GRC 抗弯强度的因素较为复杂，除GRC 配合比外，成型条件也对GRC 抗弯强度产生显著影响。常见的玻璃纤维加入的方法有喷射法、预混法、铺网法等。喷射法成型GRC 可以获得更优异的产品[5]，而预混成型可应用于有一定坡度甚至立面成型，易于制作细腻复杂表面的GRC 制品。本文探讨不同砂胶比时玻璃纤维掺量对预混成型GRC 抗弯强度的影响，并通过弯曲应力-位移曲线分析GRC 韧性变化规律。

1 材料与方法

1.1 实验材料

⑴耐碱玻璃纤维，纤维单丝直径15μm，玻璃纤维长度为12mm，单股线密度98tex，氧化锆含量为16.7%，湖北汇尔杰新材料科技股份有限公司产品。

⑵低碱度硫铝酸盐水泥（L.SAC），强度等级42.5，广西云燕特种水泥建材有限公司产品。

⑶河砂，经2.36mm 方孔筛过筛，市售。

⑷减水剂，聚羧酸系高性能减水剂，中交第四航务工程局有限公司下属材料公司产品。

1.2 实验方法

实验参照国家标准《玻璃纤维增强水泥性能试验方法》GB/T15231－2008 测定GRC 薄板的抗弯荷载-挠度曲线。采用预混浇注法制作10mm 厚GRC 大板，将大板切割成规格为250mm×50mm 的试件用于抗弯试验（图1）。实验在上海华龙测试仪器有限公司的WHY-50 微机控制全自动测试系统上进行，利用实验机自带传感器和软件系统记录加载过程的荷载-挠度曲线。

图1 GRC 抗弯强度试件

2 配合比设计

为考察不同砂胶比时玻璃纤维含量对预混浇注GRC 力学性能的影响，本实验采用0.75、1.00 和1.25等3 种不同砂胶比，每种砂胶比分别配制玻璃纤维含量为0%、1%、1.5%、2.5%、3%和3.5%的试样进行实验。拌合物水胶比为0.4，流动度较低时，加入适当的减水剂来改善浆体的流动度。为减少玻璃纤维的加入对拌合物流动性的影响，实验采用内掺法，即加入玻璃纤维的同时相应减少等质量的砂子。拌合物的配合比如表1 所示。

表1 拌合物配合比

3 实验结果分析

3.1 不同砂胶比时玻璃纤维掺量对GRC 抗弯强度的影响

图2 所示砂胶比为0.75、1.00、1.25 时不同玻璃纤维掺量对GRC 抗弯强度的影响。砂胶比为0.75 时，少量的玻璃纤维加入并没有提高GRC 的抗弯强度（SL1-2，SL1-3），这是由于少量的玻璃纤维并不对脆性水泥基体起增强作用。当玻璃纤维掺量从1.5%提高到3.5%时，GRC 的抗弯强度随着玻璃纤维掺量增加而提高（SL1-3，SL1-4，SL1-5）。这是由于当砂胶比为0.75 时，较多的水泥浆体形成致密基体，相应地GRC 强度随着玻璃纤维增加而稳定提高。

图2 玻璃纤维掺量与抗弯强度的关系

砂胶比为1.00 时，同样玻璃纤维掺量过少时，对GRC 的强度贡献并不明显。当玻璃纤维掺量从2.5%增加到3%，可以看到GRC 抗弯强度有着显著的提高，这表明在0.4 水胶比下，较低的玻璃纤维掺量对GRC 的抗弯强度贡献不明显。而玻璃纤维增量增加至3.0%时（SL2-5），GRC 抗弯强度显著提高。但玻璃纤维掺量继续增高至3.5%时（SL2-6），GRC 的抗弯强度增幅减缓，这是因为过多的玻璃纤维掺量不利于GRC 密实，因而强度无法继续提高。从图2 还可以看出，砂胶比为1.00 时，玻璃纤维掺量为3.0%试样（SL2-5）抗弯强度在所有试样中是最高的。

当砂胶比为1.25 时，所有不同玻璃纤维掺量的试样抗弯强度与基准样数据相差很较小。这是因为高砂胶比时，少量的玻璃纤维既对强度没有贡献，也不影响GRC 的结构，因而强度变化不大；当玻璃纤维含量较高时，对GRC 密实度有较明显影响，降低强度，但同时纤维自身对GRC 强度又有贡献，两者共同作用的结果是玻璃纤维掺量的变化对GRC 强度影响不明显。

3.2 不同砂胶比时玻璃纤维掺量对GRC 弯曲韧性的影响

图3 为砂胶比为0.75 时不同玻璃纤维掺量GRC 的典型弯曲应力-位移曲线。当玻璃纤维掺量为1.0%时，GRC 的弯曲应力-位移曲线和基准样（SL1-1）相似，曲线顶部都是尖角状。随着玻璃纤维掺量的增加，曲线顶部越来越饱满。当荷载超过基体能够承受的最大应力时，玻璃纤维基体共同承担作用，玻璃纤维的存在导致水泥基质的开裂由单一裂缝快速扩展变成大量裂缝同时出现，从而使水泥基体的韧性得到明显改善。水泥基体出现裂缝后，玻璃纤维可通过与水泥基体脱粘而由基体中拔出，从而使GRC 具有一定延性[6]。

图4 和图5 分别为砂胶比1.00 和1.25 时不同玻璃纤维掺量GRC 的典型弯曲应力-位移曲线。砂胶比为1.25 时，曲线顶部饱满程度明显不如砂胶比为0.75 和1.00 的曲线。砂胶比为0.75 和1.00 的曲线饱满程度近似相同，这说明较高的砂胶比，对GRC 的增韧效果是不利的。且实验显示，砂胶比较高时，拌合物流动性差，成型困难，实验数据波动大。因此，在工程实验中为保证质量的稳定性，不宜采用较高的砂胶比。