纤维增强水泥板的受力性能研究

龚胜利

摘 要：近些年，随着纤维制品的大量使用，国内外专家学者对纤维制品的增强混凝土的研究也日趋增多，将纤维掺入到混凝土中，可以有效增加混凝土的力学性能。为此，本文通过三项试验对纤维增强水泥板的受力性能进行了分析与探讨。

关键词：纤维增强水泥板;受力性能;剪切性能

1 纤维增强多层水泥板剪切性能

因为此结构板是水泥板和纤维网格布的复合材料，为验证两者结合的复合性能，进行剪切试验进行测试，即粘结试验。测试的原理为利用复合材料内部的剪切应力对试件的影响，因为复合材料之间的应力主要由粘结材料承担，因此通过测定复合板的轴向承载力，即可得到粘结应力。

粘结试验中纤维网格布采用5mm网眼玻璃纤维网格布、5mm网眼玄武岩网格布和10mm玄武岩网格布。截取两块300mm×600mm的水泥板，涂抹J---302粘 结剂，此时将水泥和结构胶 1：0.6 配比并搅拌均匀，涂抹在底部水泥板毛面上（约 3mm），铺贴网格布，此时再次在网格布上覆盖同样厚度的水泥胶，使网格布能 够全部浸在水泥胶中，并可以使上下层水泥胶凝固为一体，加盖上部水泥板，同时与水泥板毛面凝固在一起，将所作试件放在室内干燥的地方并施加均布荷载养护。其中底部水泥板在其上部200mm处截断，上部水泥板在其下部200mm处截断，待其养护好后在万能试验机上再次进行粘结强度试验，检测其中间部分的粘结强度。

粘结试验为验证两者结合的复合性能，进行粘结试验进行测试。测试的原理为利用复合材料内部的剪切应力对试件的影响，因为复合材料之间的应力主要由粘结材料承担，因此通过测定复合板的轴向承载力，即可得到粘结应力。试验过程中水泥板之间的粘结作用力随着受压而急剧增加，当达到粘结作用力的极限时，试件破坏，粘结作用力迅速下降，粘结作用力失效。

试验的数据整理及结果：粘结试验中，不同类型的纤维网格布的抗剪能力不同，通过计算公式：

T=V/A

式中：

T —剪切应力;

V —粘结面剪力;

A —粘结面面积。

试验结果如下：

试件1：承载力平均值为4.276，平均粘结强度为5.35MPa;

试件2：承载力平均值为4.189，平均粘结强度为5.24MPa;

试件3：承载力平均值为3.350，平均粘结强度为4.19MPa;

试件4：承载力平均值为3.700，平均粘结强度为4.63MPa。

经试验可知，粘结作用力的极限承载力为 5.35MPa。水泥板与纤维之间的粘结随着施加荷载而增加，当达到极限状态时，纤维网格布与水泥板发生剥离现象，粘结作用消失，试件破坏。试验过程中，水泥板端部受压，然后将荷载传递到测试部位。试件发生破坏时，由于水泥板之间发生相对滑移，滑移时体积变大，而夹具提供试件一定的膨胀约束力，这就加大了水泥板之间的摩擦力，因此水泥板之间的实际粘结力应小于试验值。

2 纤维增强多层水泥板的弯折性能

纤维增强水泥板是一种复合材料，属于板材，测试复合板材的弯曲性能是板材一项重要的力学指标，通过试验方案设计，采用三点抗弯试验测量纤维增强多层水泥板的受弯性能，试验采集记录跨中变形挠度、荷载等，绘制荷载—位移曲线和应变—挠度曲线。试件尺寸为360mm×60mm×20mm，根据三点抗弯试验要求，支座距离为 180mm;分配梁距离两端的支座距离均为90mm。

抗弯试验在加载时，荷载通过压头加载，加上支座，试件受到三点的集中荷载，参考三点抗弯试验，荷载以 2mm/min 位移的方式加载。试验通过万能试验机自身的传感器采集荷载及位移，利用 Strain Book616 数据采集仪采集应变。

试件在受到三点集中荷载的作用力时，试件类似简支梁受到跨中两个集中荷载，随着压头上的荷载增加，复合板下部处于受拉状态，上部处于受压状态，因为纤维不具备抗压能力，所以复合板中的纤维网格布均受到拉力作用，此拉力由水泥板提供，即水泥板之间的粘结作用。随着试验力的增加，下部水泥板首先出现裂缝，然后上部水泥板因受压而挤压破坏，水泥板破坏后，因水泥板提供粘结作用， 促使纤维还在继续承担外部荷载，此时复合板的破坏属塑性破坏。当荷载达到纤维的抗拉强度时，纤维断裂，整个系统破坏，实验结束。

3 纤维增强多层水泥板的冲击韧性性能

纤维增强水泥板的抗冲击性能也是墙体材料的重要力学指标。冲击韧性试验采用自由落体冲击试验方法。试件：试件尺寸为600mm× 600mm×厚度，每组4 个。抗冲击试验中，采用重1.5 kg的圆球，圆球从600mm高度处自由下落冲击水泥板。在复合板的跨中位置粘贴应变片，采集复合板在受到冲击过程中受到的变形。复合板放置在支座上，两支座之间的距离为600mm， 使复合板呈简支状态。圆球从静止状态自由下落冲击复合板，记录水泥板发生初裂时圆球的冲击次数，经多次冲击后，直至击穿复合板时记录击穿次数。当裂缝贯穿整个截面延伸到试件上表面时的冲击次数视为破坏冲击次数。

纤维增强水泥板受到圆球冲击时，因水泥板本身的抗冲击性能不良，因此圆球第一次冲击纤维增强水泥板时，下层水泥板就发生断裂破坏，水泥板发生破坏后，由于纤维本身的良好的抗拉性能发挥作用，继续使复合板呈整体性。这就说明纤维增强水泥板中纤维能够吸收足够的破坏能量，虽然纤维增强水泥板受到冲击作用的瞬间就发生破坏，但纤维的优异性能能够保证整个系统的安全性能。通过抗冲击试验，对纤维增强多层水泥受到冲击作用力时的性能进行分析，得到水泥板发生破坏的次数，根据试验测得复合水泥板的抗冲击能234千焦，延性指标为 25;延性指標数值的大小直接体现复合板的抗冲击性能大小，数值越大，说明复合板在受到冲击后直至完全破坏所能承受的能力越大，反之越小。

4 结束语

综上所述，通过纤维增强混凝土抗压、抗拉等力学性能研究发现，将纤维等增强材料掺加到水泥基材料，可有效提高水泥基材料抗拉、抗弯、防裂及防变形能力。为此，本文提出了通过三项不同的试验方法，更好地分析与掌握纤维增强水泥板的受力性能，提高纤维增强水泥板的应用效果。

参考文献：

[1]郭培培，黄俊，田国鑫，等.剑麻纤维水泥基复合材料弯曲力学性能[J].桂林理工大学学报，2019，39（01）：141-145.

[2]李培兵.天然纤维增强水泥基复合材料的力学性能与介质传输规律研究[D].青岛：青岛理工大学，2018.