GFRP 筋用于模板工程的試驗(yàn)研究

李 元，張俊澤，劉占占

（武漢輕工大學(xué)，湖北 武漢 430023）

1 引言

模板工程作為鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)工程重要組成部分，旨在使混凝土按照預(yù)先設(shè)計(jì)好的形狀和尺寸硬化，在建筑工程中占有重要過程。傳統(tǒng)水工建筑模板工程中采用Φ14 螺紋鋼作為模板拉結(jié)筋，在混凝土澆筑完成拆模時(shí)存在外露螺桿切除困難、施工工序繁瑣、混凝土表面不美觀等缺點(diǎn)，且經(jīng)長時(shí)間腐蝕后水泥砂漿封堵的鋼筋螺桿端頭易銹蝕并逐漸向內(nèi)部螺桿延伸，造成混凝土滲水。GFRP 筋材自身抗剪性能較差不利于施工且膨脹系數(shù)與鋼筋相比較大，與混凝土結(jié)合不夠緊密導(dǎo)致抗?jié)B性能較差。對抗?jié)B性能較高的水工建筑中通常不采用GFRP 筋用作模板拉結(jié)筋，近年來隨著GFRP 對拉螺栓抗?jié)B問題的解決，將GFRP 筋應(yīng)用于水工建筑模板工程不僅經(jīng)濟(jì)效益巨大，也有利于推動(dòng)我國對拉螺栓模板工程與防水事業(yè)的發(fā)展。

2 試驗(yàn)材料與方法

2.1 試樣材料

試驗(yàn)所用的GFRP 筋材由南京鋒暉復(fù)合材料有限公司，纖維體積含量約為75%。筋材性能及測試方法嚴(yán)格按照《纖維增強(qiáng)復(fù)合材料建設(shè)工程應(yīng)用技術(shù)規(guī)范》（GB 50608—2010）、《土木工程用玻璃纖維增強(qiáng)筋》（JGT406—2013）等標(biāo)準(zhǔn)或規(guī)范進(jìn)行，基本性能參數(shù)見表1 玻璃纖維筋力學(xué)性能參數(shù)表。

表1 玻璃纖維筋力學(xué)性能參數(shù)表

2.2 試驗(yàn)方法

新澆筑混凝土的側(cè)壓力依次通過面板、方木料（縱肋）和鋼管傳遞給模板拉結(jié)筋，而模板拉結(jié)筋承受混凝土澆筑過程中的絕大部分側(cè)壓力。傳統(tǒng)水工建筑模板工程拉結(jié)筋采用Φ14 螺紋鋼，本次試驗(yàn)采用Φ16GFRP 螺紋筋作為模板拉結(jié)筋。參照《水利水電建設(shè)工程驗(yàn)收規(guī)程》（SL223-2008）、《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》（JGJ 162-2008），木方料間隔設(shè)置為100 mm，拉結(jié)筋間隔為400 mm。由于玻璃纖維筋與混凝土結(jié)合不密致會(huì)導(dǎo)致其抗?jié)B性較差，為提高GFRP 對拉筋的抗?jié)B性，在GFRP 拉結(jié)筋中間設(shè)置具有微膨脹效果的止水橡膠圈并對橡膠圈和GFRP 筋的接觸面采用緩釋止水膠進(jìn)行處理，經(jīng)試驗(yàn)驗(yàn)證止水效果良好。

2.3 GFRP 拉結(jié)筋模板工程應(yīng)用試驗(yàn)

傳統(tǒng)模板工程中Φ14 螺紋鋼拉結(jié)筋橫縱間隔設(shè)置為450 mm450 mm，為充分利用GFRP 筋高抗拉性及良好錨固性，增大拉結(jié)筋橫縱間隔。試驗(yàn)設(shè)計(jì)如圖1 所示：模板尺寸為1800 mm900 mm 將四根GFRP 拉結(jié)筋置于模型四角位置L1、L2、L3、L4 處，拉結(jié)筋橫縱間隔為1600 mm700 mm。對GFRP 拉結(jié)筋中段處打磨并粘貼應(yīng)變片測量荷載施加過程中拉結(jié)筋的應(yīng)變情況，同時(shí)對模板側(cè)面A0、A1、A2、A3 安裝YHD-100 位移傳感器測量荷載施加過程中模板側(cè)面位移變化情況，模板另外一側(cè)觀測點(diǎn)記為B0、B1、B2、B3。

圖1 試驗(yàn)應(yīng)變片及觀測點(diǎn)

模板側(cè)壓力由混凝土自重產(chǎn)生的荷載、混凝土傾倒產(chǎn)生的荷載及振搗產(chǎn)生的荷載組成，根據(jù)《建筑施工模板安全技術(shù)規(guī)范》現(xiàn)澆混凝土自重產(chǎn)生荷載約為40 kN/m2，振搗及傾倒荷載約為2 kN/m2。為了確保荷載施加過程簡單方便，忽略混凝土對模板產(chǎn)生的傾倒荷載及振動(dòng)棒產(chǎn)生的振搗荷載，采用細(xì)度模數(shù)2.2～16、顆粒直徑0.25 mm～0.125 mm 細(xì)砂代替混凝土進(jìn)行澆筑試驗(yàn)，荷載施加每次15 kg 總計(jì)32 次澆筑結(jié)束。試驗(yàn)現(xiàn)場見圖2 所示。

圖2 試驗(yàn)現(xiàn)場

3 試驗(yàn)結(jié)果與分析

3.1 GFRP 拉結(jié)筋應(yīng)變

模板底部GFRP 拉結(jié)筋L1、L2 隨著荷載施加不斷增大，模板頂部拉結(jié)筋L3、L4 變化較小，模板側(cè)壓力主要由底部拉結(jié)筋承擔(dān)。荷載施加結(jié)束時(shí)底部拉結(jié)筋L1、L2 應(yīng)變最大為263.5με、289.4με，模板頂部拉結(jié)筋L3、L4 分別為33με、36.3με，遠(yuǎn)未達(dá)到GFRP 筋屈服應(yīng)變，如圖3、圖4。

圖3 拉結(jié)筋應(yīng)變折線圖

圖4 拉結(jié)筋應(yīng)變柱狀圖

3.2 模板觀測點(diǎn)最大位移

通過32 次澆筑，模板內(nèi)部被細(xì)砂填滿。隨著荷載的施加，模板兩側(cè)位移不斷增大，拉結(jié)筋的應(yīng)變也相應(yīng)增大。荷載施加結(jié)束時(shí)模板最大位移分別位于模板兩側(cè)中心點(diǎn)A0、B0 處大小為4.8 mm 和4.1 mm，其他各觀測點(diǎn)位移較小可忽略不計(jì)，如圖5、圖6所示。

圖5 觀測點(diǎn)位移折線圖

圖6 觀測點(diǎn)位移柱狀圖

4 結(jié)論

為了研究水工建筑模板工程中璃纖維增強(qiáng)復(fù)合材料GFRP 的可行性，通過GFRP 拉結(jié)筋模板工程應(yīng)用試驗(yàn)、GFRP 筋模板有限元模擬試驗(yàn)探究了GFRP 筋應(yīng)力應(yīng)變分布情況及模板側(cè)面產(chǎn)生的最大位移?；谝陨显囼?yàn)結(jié)果，得出以下結(jié)論：

（1）在GFRP 拉結(jié)筋模板工程應(yīng)用試驗(yàn)中，荷載施加結(jié)束時(shí)底部拉結(jié)筋L1、L2 應(yīng)變最大為263.5με、289.4με，模板頂部拉結(jié)筋L3、L4 分別為33με、36.3με，遠(yuǎn)未達(dá)到GFRP 筋屈服應(yīng)變。

（2）模板兩側(cè)最大位移分別為4.8 mm、4.1 mm，根據(jù)《水利水電建設(shè)工程驗(yàn)收規(guī)程》混凝土平整度滿足規(guī)范要求。

（3）GFRP 筋可以有效地替代傳統(tǒng)拉結(jié)筋應(yīng)用于水工建筑模板工程中，經(jīng)濟(jì)性良好。