新型PLC-GRC 复合墙板收缩性能改进试验

李 季

（中煤科工重庆设计研究院（集团）有限公司，重庆 400042）

GRC 材料与混凝土是当前装配式建筑最常用的两种构筑材料，因为其材性不同，因此，将GRC 材料和混凝土复合使用时，会因为各自收缩性能不同使得构筑物出现一定程度的开裂，不仅影响构筑物的美观，甚至可能会对构筑物使用者的生命安全带来一些威胁。因此，如何提升GRC 与混凝土复合材料的收缩性能，是当前装配领域研究的热点。针对以上问题，吴志涛[1]从GRC 材料的胶凝组成成分出发，研究了胶凝材料组成成分对GRC 材料干燥收缩和自收缩性能的影响，结果表明，GRC 材料收缩性能与水泥成分有关，掺入矿物掺合料对降低GRC 收缩产生积极作用；程新[2]则研究了玄武岩纤维体积掺量与长径比对泡沫混凝土收缩开裂的影响。以上专家的研究在一定程度上优化了GRC 材料的收缩性能，但在GRC 复合墙板方面的研究还存在一定的不足。基于此，本文以新型PLC-GRC 复合墙板为主要研究对象，探讨了对新型PLC-GRC 复合墙板收缩性能的影响因素，为复合墙板收缩性能的提升提供可行性方法。

1 实验部分

1.1 材料与仪器

钛白粉（纯度≥99.0% 河南铭之鑫化工产品有限公司）；膨胀剂（AR 萍乡市云游科技新材料有限公司）；胶粉（CP 廊坊富亿保温材料有限公司）；减水剂（AR 云南润泽钢材有限公司）；粉煤灰（CP 灵寿县泰岳矿产品加工厂）；偏高岭土（一级 灵寿县梓烨矿产品有限公司）；玻璃纤维（标准品 济宁红君玻璃纤维有限公司）；石英砂（二级 石家庄汇德利矿产品有限公司）；白水泥（CP 云南卓一化工建材有限公司）。

JZC 型混凝土搅拌机（河南长兴顺达机械有限公司）；YAW 型压力试验机（济南文腾试验仪器有限公司）；YD32-40 型万能液压机（郑州大众机械制造有限公司）。

1.2 试验方法

1.2.1 新型PLC-GRC 复合墙板的制备

（1）将白水泥、膨胀剂、胶粉、粉煤灰、玻璃纤维和偏高岭土按一定比例置于JZC 型混凝土搅拌机里，干拌8min[3]。

（2）待干物料搅拌均匀后，将适量减水剂和水置于搅拌机内。待物料完全混合后，加入石英砂，继续搅拌，得到均匀的GRC 材料。

（3）将轻质混凝土倒入提前涂刷脱模油的木模具中。利用振动棒在木模板内振捣密实，然后用瓦刀抹平。静置一段时间，待其有一定硬度后，在浇筑混凝土正中一半深度位置放置埋入式应变计。选择一块轻质混凝土，对其表面进行拉毛处理，另一块轻质混凝土表面进行钢丝网的铺设[4]。

（4）将混合均匀的GRC 材料倒入浇筑好的轻质混凝土中，利用GRC 材料的自流特性自己进行平整。然后用滚筒毛刷在木模板内顺着一个方向进行多次滚刷，赶出GRC 材料内的气泡，保证成品表面平滑洁净。

（5）将装有GRC 材料的模具静置，待其具有一定硬度后，在浇筑混凝土正中位置将表面式应变计的两只脚埋入GRC 材料中。然后在安装好表面式应变计的模具中安装静态液压测试仪，并进行调试。安装完成后在所有复合墙板表面盖上塑料薄膜，然后每日早中晚3 次雾桩洒水进行养护。墙板规格尺寸参数见表1。

表1 墙板规格尺寸参数（mm）Tab.1 Specification and dimension parameters of wallboard

（6）将浇筑好的墙板静置于室内环境，记录早中晚应变计的数据变化，同时观察墙板外表面是否有裂纹出现。

2 结果与讨论

2.1 单一材料数据分析

图1 为单一材料收缩应变值随时间的变化曲线。

图1 单一材料试件收缩应变变化Fig.1 Shrinkage strain change of single material specimen

由图1 可知，T1试件在养护早期收缩应变明显增加，28d 后慢慢趋于稳定，然后呈现为稳定波状变化。这是因为养护早期的GRC 材料水化热反应剧烈，使得收缩应变值表现出增长趋势，28d 后水化热趋于稳定，因此，收缩系数逐渐趋于稳定，但此时材料开始收缩，因此，就表现出稳定的波状变化。T2试件在养护早期，收缩应变较T1试件较小，这是因为受材料影响，T2试件水化热反应剧烈程度低。随养护时间增加，混凝土在膨胀作用下受拉，混凝土呈现收缩状态，应变开始降低。综合T1试件和T2试件收缩应变变化可知，两者材料不同，线膨胀系数不同，收缩应变不同，因此，需要进行后续试验，探讨复合墙板收缩应变。

2.2 不同厚度GRC 材料对复合墙板的影响

图2 为单一GRC 材料与复合墙板的收缩性能对比。

图2 T2～T4 试件表面收缩应变随时间变化Fig.2 Variation of surface shrinkage strain of T2～T4 specimens with time

由图2 可知，在28d 后，纯GRC 材料试件为波形曲线变动，而复合墙板基本趋于直线变动。这就证明，GRC 材料厚度对复合墙板表面收缩性能存在一定影响。同时，T4试件收缩应变比T2、T3试件小。T2～T4试件表面最大收缩应变分别是1594.3×10-6，703.9×10-6，675.9×10-6。对T2～T4试件的最大应变值进行比较可知，T3、T4试件的最大压缩应变分别比T2试件的最大压缩应变降低了56%和58%。这就证明了GRC 材料装饰层厚度对新型复合墙板的收缩性能影响没有太大差别。但T4试件收缩曲线与自由收缩状态下曲线较为接近。

图3 为单一轻质混凝土材料与复合墙板收缩性能对比图。

图3 T1、T3、T4 试件表面收缩应变随时间变化Fig.3 Variation of surface shrinkage strain of T1, T3 and T4 specimens with time

由图3 可知，养护28d 后，所有试件内部收缩应变都为曲线变动，后期表现为下降趋势。后期T4试件的收缩应变始终比T1和T3试件小。T1、T3、T4内部最大收缩应变分别为903.6×10-6，914.7×10-6和897.2×10-6。这再次证明了GRC 涂层厚度对复合墙板收缩性能影响没有太大的差别[6,7]。但T4试件对GRC 层收缩约束相对较小，能够一定程度降低裂缝产生的可能性。

综上，不同厚度GRC 装饰层曲线变化趋势几乎保持一致，但是15mm GRC（T4试件）装饰层复合墙板收缩应变曲线变化与自由收缩GRC 层收缩应变曲线接近。也就是说，15mm GRC（T4试件）装饰层复合墙板收缩性能较优。

2.3 复合界面的连接方式对复合墙板的影响

图4 为T2、T4～T6试件表面收缩应变随时间变化图。

图4 T2、T4～T6 试件表面收缩应变随时间变化Fig.4 Variation of surface shrinkage strain of T2, T4～T6 with time

由图4 可知，养护28d 后，4 个试件表面收缩曲线变化趋势几乎趋于一致，T4～T6曲线幅度也基本相同，但T5试件的表面收缩应变值始终比T4试件和T6试件的表面收缩应变值小。这就证明新型PLCGRC 复合墙板表面收缩性能受界面连接方式的影响。4 条曲线达到应变最高峰值时间相差不大，其中T2、T4～T6试件表面收缩应变最高峰值分别是1594.7×10-6，675.9×10-6，612.0×10-6和780.2×10-6。T4～T6试件表面收缩应变均比T2试件表面收缩应变最高峰值下降50%以上，且T5试件表面收缩应变比T2试件表面收缩应变最高峰值下降62%左右，这说明当两种材料连接方式为平接或钢丝网连接时，复合墙板收缩性能得到明显提高。

图5 为T1、T4～T6试件内部收缩应变随时间变化图。

图5 T1、T4～T6 试件内部收缩应变随时间变化Fig.5 Variation of internal shrinkage strain of T1, T4～T6 with time

由图5 可知，T1、T4～T6试件内部收缩应变曲线变化趋势基本一致。且T6试件内部收缩应变始终小于T4、T5试件的内部收缩应变，这就证明PLC-GRC复合墙板内部收缩性能受界面连接方式的影响[8,9]。4 条曲线达到应变最高峰值时间相差不大，其中T1、T4～T6试件表面收缩应变最高峰值分别是903.7×10-6、897.2×10-6、791.8×10-6和773.6×10-6。T4～T6试件内部收缩应变明显低于T1试件内部收缩应变，且T6试件内部收缩应变比T1试件内部收缩应变最高峰值下降14%左右，且T6试件曲线变化与T1试件曲线变化更为贴合。这再次证明平接方式明显优化看PLC-GRC 复合墙板的收缩性能[10]。

综上，采用平接和钢丝网连接方式对GRC 层收缩约束相对较小，能够有效缓解裂缝产生。同时，平接（T6）试件与自由状态（T1）试件更为贴合，证明平接方式对复合墙板收缩性起有效改善作用。

3 结论

通过对PLC-GRC 复合墙板的收缩研究试验，得到以下结论：

（1）两种线膨胀系数不同，收缩应变不同，因此，可能造成复合墙板开裂现象。

（2）GRC 装饰层厚度不同，PLC-GRC 复合墙板的收缩曲线变化趋势相差不大。当装饰层厚度为15mm 的试件对GRC 材料约束较小，能够有效降低裂缝的产生。

（3）平接和钢丝网连接方式皆对GRC 层约束较小，但平接方式更能改善复合墙板的收缩性能。