織物增強水泥砂漿中的主筋編排

張 靜 丁美娟

摘要:模擬鋼筋混凝土配筋方式,用纖維增強砂漿筋代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼筋增強水泥砂漿。采用玻璃纖維編制纖維增強砂漿筋作為主筋,用芳綸纖維對其進行橫向連接并織成平面織物,然后用水泥漿進行固化。接著就主筋編排方式對織物增強水泥砂漿力學性能的影響進行研究。結果表明:辮子狀主筋織物增強水泥砂漿的抗折、抗壓強度比交織狀主筋織物增強水泥砂漿的大;在寬度和厚度方向上的主筋根數(shù)有一個最佳值,高于或低于此值,其增強效果都會下降;較細主筋的增強效果比較粗主筋的好。

關鍵詞:主筋編排方式;織物;纖維增強砂漿筋;復合材料;力學性能

用FRP(纖維增強樹脂) 筋代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼筋對混凝土材料進行配筋在國際上已成為研究熱點,現(xiàn)有的FRP 筋很有希望在橋面板、護墻、停車庫等方面得到越來越廣泛的應用, 但人們發(fā)現(xiàn),FRP 筋與混凝土的粘結性相對鋼筋稍差,且FRP 為脆性材料, FRP 混凝土結構安全性能較低,因此FRP 筋要取代鋼筋還必須解決FRP 筋與混凝土的粘結性和FRP 混凝土結構的延性、耐久性等問題。把纖維編成織物后使用,能使纖維與水泥發(fā)生相互鎖結,改善纖維與混凝土間的界面粘結,,但二維平面織物增強的混凝土材料仍普遍存在層間剪切強度差的問題。為了克服這一缺陷,本文參照鋼筋混凝土配筋方式,用玻璃纖維編制了纖維增強砂漿筋作為主筋代替鋼筋,,用芳綸纖維對其進行橫向連接并織成平面織物,然后用水泥漿代替常用的樹脂對主筋進行固化,以解決FRP 筋與水泥界面粘結較差的問題。同時,還就主筋編(織) 排(布) 方式對織物增強水泥砂漿力學性能的影響進行了初步的研究。

1 實驗

1.1實驗原材料

2400tex中等模量普通無堿玻璃纖維,24K芳綸纖維,水泥為復合硅酸鹽水泥,強度等級為32.5。砂為標準砂.

1.2試樣制備

1.2.1主筋和平面織物的編制

按要求,先用玻璃纖維編織主筋后,再用芳綸纖維對其進行橫向連接并織成平面織物。主筋編織工藝流程為:剪取定長纖維→編織→定型.主筋編織方式共有2種,一種為打辮子方式,一種為交織方式(16cm內交織6次)。平面織物的編織:編織物z 軸方向(試樣縱向)骨架統(tǒng)一由玻璃纖維編成的主筋支撐,橫向由芳綸纖維連接,織物編織方式模仿鋼筋混凝土柱和梁的配置形式。將4 根主筋用特制可拆卸錨具分別固定在長方體的4 條棱上,這相當于鋼筋混凝土梁、柱中的箍筋。用芳綸纖維編織x軸方向(試樣厚度方向)和y軸方向(試樣寬度方向)的平面織物,這相當于鋼筋混凝土梁、柱中的加強筋。

1.2.2水泥基體的制備

按m(水泥)∶m(標準砂)∶m (水)=1:3:0.5稱取原料。將稱好的水泥和水放入容器內攪拌60s,然后加入標準砂,再攪拌180s,制成水泥漿:抗折試樣尺寸為40mm×40mm×160mm,其制作步驟為:(1)織物框架編好后,用水泥漿在織物表面上薄薄地涂上一層,使其硬化。(2)在抗折強度試驗標準模具底層和四周平鋪少量水泥砂漿打底。(3)將硬化后的織物框架放入模具內,并用4根細棒分別將織物框架的4個角固定于模具的4個角上。(4)向模具空隙內填充水泥砂漿,并時時用玻璃棒手工調整織物框架變形部位,使之保持原狀基本不變。(5)振動壓實后,輕輕拔掉4根細棒,再進一步振動壓實。(6)在(20±3)℃、相對濕度70%下養(yǎng)護24h后拆模,再在(20±3)℃的水中養(yǎng)護28d。

1.3測試儀器與設備

用TYE-200B型抗折抗壓試驗機進行抗折強度實驗。三點彎抗折試驗加載速度為50N/s,跨距為100mm。折斷后的試樣再進行抗壓測試,承壓面積為40mm×40mm。

2 實驗結果與討論

2.1主筋編織方式對織物增強水泥砂漿力學性能的影響

在主筋纖維類型、纖維束數(shù)及寬度和厚度方向上主筋鋪設根數(shù)相同的情況下,主筋編織方式對織物增強水泥砂漿力學性能的影響,通過實驗,可以看出:辮子狀主筋織物增強水泥砂漿的抗折強度(ft)比純水泥砂漿增加了22.62%,高出交織狀主筋織物增強水泥砂漿3.10%;其抗壓強度(fc)則比純砂漿下降11.43%,但比交織狀主筋織物增強水泥砂漿少下降17.90%.辮子狀主筋結構復雜,纖維間某些部位比較松散,纖維形態(tài)凹凸有致,這有利于水泥的滲透,使之與水泥基體有很好的錨合作用,從而形成一個既能互相聯(lián)系,又能各自發(fā)揮獨到作用的復合材料整體,提高了水泥砂漿的抗折強度?？拐蹖嶒炦^程中試樣裂紋的擴展情況和抗壓測試后試樣的斷裂形貌進一步驗證了上述結果。

2.2主筋排布方式對織物增強水泥砂漿力學性能的影響

在主筋纖維類型、編織方式和纖維束數(shù)相同情況下,主筋排布方式對織物增強水泥砂漿力學性能的影響。通過實驗可以看出:相對純水泥砂漿而言,織物增強水泥砂漿抗折強度由2×2根時增加9.05%,上升到3×3根時增加44.29%,而4×4根時卻只增加15.24%, 反倒不如3×3根時的抗折強度?？箟簭姸纫渤霈F(xiàn)了從上升到下降的情況,盡管其絕對值均低于純水泥砂漿。即,在主筋纖維類型、編織方式和纖維束數(shù)相同的情況下,主筋在織物中寬度和厚度方向上的排列根數(shù)存在一最佳值,在該值以下,織物增強水泥砂漿抗折、抗壓強度隨寬度和厚度方向上主筋根數(shù)的增加而增大;在該值以上,則反之。另外,在本實驗試樣尺寸條件下,,無論是抗折強度,還是抗壓強度,都以寬、厚度方向各鋪設3根主筋為好。上述結果可能跟纖維和水泥基體作為一個整體的致密性有關。一方面,隨著主筋根數(shù)的增加,織物的體積分數(shù)增加,織物阻擋裂紋擴展的能力增強;另一方面,在主筋粗細(纖維束數(shù)) 一定的情況下,隨著主筋根數(shù)的增加,主筋與主筋之間空隙減少,水泥在復合材料中所占的比例降低,這使得復合材料致密性下降,織物增強水泥砂漿抗折、抗壓強度隨之降低。因此,主筋在織物中寬度和厚度方向上的排列根數(shù)存在一最佳值。

2.3主筋粗細對織物增強水泥砂漿力學性能的影響

主筋粗細對織物增強水泥砂漿力學性能的影響表明:在主筋編織方式、排布方式、纖維類型相同而構成主筋的纖維束數(shù)不同時,其增強效果也不同,主筋較細的增強效果比主筋較粗的要好。 這可能是由于一方面主筋越粗,主筋內的纖維與基體的直接接觸量減少,水泥在纖維內的滲透量較少,從而使得織物增強水泥砂漿的整體致密性下降。另一方面,纖維根數(shù)越多,主筋內存在的薄弱環(huán)節(jié)越多,反而有可能使主筋的強度下降,增強效果降低。

3結論

3.1辮子狀主筋織物增強水泥砂漿的抗折、抗壓強度比交織狀主筋織物增強水泥砂漿的大。

3.2在編織織物增強水泥砂漿的織物時,主筋在寬度和厚度方向上的根數(shù)有一最佳值,高于或低于此值,其對水泥砂漿的增強效果都會下降。

3.3在保證適當強度的情況下,織物增強水泥砂漿中織物的主筋以較細為好。

3.4為了提高試樣的力學性能,砂漿的配方及制作工藝有待進一步的改進。

參考文獻:

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