PVC 塑料背楞性能增強(qiáng)研究

陳尚偉， 鐘志文， 盧云祥， 姚 磊（.貴州中建建筑科研設(shè)計(jì)院有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550006；.中建四局深圳實(shí)業(yè)有限公司，廣東 深圳 5807；.貴州中建科技建材有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550006）

PVC 塑料背楞性能增強(qiáng)研究

Study on Strengthen of PVC Plastic Back Edge Performance

陳尚偉1， 鐘志文2， 盧云祥1， 姚 磊3（1.貴州中建建筑科研設(shè)計(jì)院有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550006；2.中建四局深圳實(shí)業(yè)有限公司，廣東 深圳 518017；3.貴州中建科技建材有限公司，貴州 貴陽(yáng) 550006）

PVC塑料背楞作為一種新型建筑材料，為增強(qiáng)PVC塑料背楞的剛性將其作為基材?；囊原h(huán)氧膠作為粘接介質(zhì)，上下表面分別采用“聚丙烯（PP）/玻纖復(fù)合材料”和“碳纖維布”兩種不同材料進(jìn)行雙面粘貼增強(qiáng)。通過荷載實(shí)驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)粘貼增強(qiáng)材料層的背楞，與未增強(qiáng)背楞的空白樣相比較，剛度有了大幅的提升，有利于塑料背楞在建筑工程中的應(yīng)用與推廣。

PVC塑料背楞； 增強(qiáng)； 碳纖維布； 聚丙烯/玻纖復(fù)合材料

1 概 述

模板工程是施工工程中的一個(gè)重要組成步驟，在現(xiàn)有的散支散拼模板支撐體系中，絕大多數(shù)仍然采用木制背楞(木枋)，使用后作為建筑垃圾處理。而 PVC 材料的塑料背楞，可與木枋相媲美，使用后可以完全回收，不產(chǎn)生建筑垃圾，但 PVC 背楞的缺點(diǎn)在于同等規(guī)格的情況下，其剛度較低，相同鋪設(shè)間距下抗彎強(qiáng)度不如木枋，需要進(jìn)行增強(qiáng)處理。

2 實(shí)驗(yàn)方法

2.1 樣品處理

裁切尺寸為 1 100 mm×80 mm×40 mm 的 PVC 背楞樣品共六條，其中兩條作為空白樣，兩條采用 PP/玻纖復(fù)合材料增強(qiáng)(復(fù)合材料一邊帶有 PET 無紡布層，用于增加與PVC 的界面粘接力)，兩條采用碳纖維布增強(qiáng)。PP/玻纖復(fù)合材料和碳纖維布分別裁切成尺寸為 1 090 mm×75 mm的片材各 4 片。

在平整的 PVC 模板上放置兩條 PVC 背楞，以 40 mm寬的一邊朝上，上表面刷一層調(diào)制好的環(huán)氧膠，同時(shí)將 PP/玻纖復(fù)合材料帶有 PET 無紡布層的一側(cè)也刷一層環(huán)氧膠，待膠水完全浸潤(rùn)。刷涂完畢后將 PP/玻纖復(fù)合材料(刷膠的一邊)覆蓋于背楞表面，蓋上合適大小的 PVC 模板并壓上3 塊方形標(biāo)磚，使壓力通過模板均勻傳遞至涂層。常溫放置2～3 h，使環(huán)氧膠完全固化，將背楞翻面重復(fù)進(jìn)行以上操作，使兩條背楞 40 mm 寬度的兩個(gè)表面都進(jìn)行了 PP/玻纖復(fù)合材料粘貼增強(qiáng)。同樣操作，將碳纖維布粘貼于另外兩條背楞上下表面。

2.2 荷載實(shí)驗(yàn)

將相同材料增強(qiáng)的兩條 PVC 背楞，釘于同一塊尺寸900 mm×400 mm 的 PVC 模板中央，其中兩條背楞中軸線間距為 200 mm，模擬標(biāo)準(zhǔn)支模方式。共準(zhǔn)備空白樣、PP/玻纖增強(qiáng)樣、碳纖維布增強(qiáng)樣 3 組樣品。將一組樣品放置于搭好的腳手架支撐鋼管上，支撐鋼管跨距為 900 mm。

由于塑料背楞目前缺乏受彎擾度最大值的限定，本研究參照木背楞的相關(guān)研究方法。加荷的擾度最大值按照 GB 50005—2003《木結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》中 4.2.7 中關(guān)于受彎構(gòu)件擾度限值選取，選取為 L/250，即 3.60 mm。

加荷重量計(jì)算參照中國(guó)建筑工業(yè)出版社 2012 年編撰的《建筑施工手冊(cè)》進(jìn)行計(jì)算，得出跨中集中荷載設(shè)計(jì)值P=1.260 kN，考慮到工地的實(shí)際堆載情況及實(shí)驗(yàn)方便，取值P= 2.083 kN，即加荷到 375 kg。

共設(shè) 1～6 號(hào)六個(gè)撓度變化取樣點(diǎn)，用百分表測(cè)量該點(diǎn)撓度值變化。其中 3 號(hào)和 4 號(hào)點(diǎn)分別位于兩條背楞正中央，用于測(cè)量背楞中點(diǎn)的撓度變化量；剩余 4 個(gè)點(diǎn)分別位于背楞與支撐鋼管的交點(diǎn)，用于測(cè)量鋼管的撓度變形量，如圖1 和圖2 所示。

圖1 荷載實(shí)驗(yàn)俯視設(shè)計(jì)圖

圖2 荷載實(shí)驗(yàn)百分表安裝圖

加荷過程分為 6 級(jí)加載，初始讀數(shù)后預(yù)加荷 25 kg，第2 級(jí)加荷至 75 kg，以后每級(jí)加荷 75 kg 至第 6 級(jí)共 375 kg 荷載，每次加荷完成間隔 15 min 記下 1～6 號(hào)點(diǎn)撓度值。加載完畢的持荷過程中間斷記錄不同時(shí)間各點(diǎn)的撓度變化。持荷 24 h 后開始卸荷，每級(jí)卸荷 75 kg，間隔 15 min記錄撓度變化至卸荷完畢。加荷完成圖如圖3 所示。

圖3 荷載實(shí)驗(yàn)加荷完成圖

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

3.1 空白樣

空白樣的荷載實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示加荷過程達(dá)到第 5 級(jí)為300 kg(荷重百分比 80%)時(shí)，兩條背楞的跨中撓度值均超過了允許值 3.60 mm，加荷完成后平均撓度達(dá)到 5.04 mm。持荷 24 h，背楞跨中撓度平均值達(dá)到 5.65 mm，其中跨中 4 號(hào)表?yè)隙冗_(dá)到最大值 5.96 mm。卸荷完畢后，兩根背楞的撓度變形量基本都維持在 1.00 mm。

3.2 PP/玻纖復(fù)合材料增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)

PP/玻纖復(fù)合材料增強(qiáng)荷載實(shí)驗(yàn)結(jié)果，兩條背楞跨中撓度變化值相差很小。當(dāng)加荷達(dá)到最后一級(jí) 375 kg(荷重百分比 100%)時(shí)，兩條背楞的跨中撓度均超過了允許值 3.60 mm，分別達(dá)到了 3.69 mm(3號(hào))和 3.86 mm(4 號(hào))。持荷過程中跨中撓度持續(xù)增加，24 h 后跨中撓度平均值達(dá) 4.20 mm。卸荷完畢后，跨中平均撓度為 0.80 mm。隨著時(shí)間增加，背楞的跨中撓度逐漸降低，卸荷完畢后 17 h，跨中平均撓度值降低至 0.47 mm。

3.3 碳纖維布增強(qiáng)實(shí)驗(yàn)

碳纖維布增強(qiáng)樣品荷載實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)中的兩條背楞在相同加載情況下的跨中撓度差異較大，可能是由于 PVC 背楞樣品自身差異所導(dǎo)致的。加荷過程中，兩條背楞的跨中撓度值均在允許值以下，最小為 2.86 mm，最大為 3.40 mm，平均值為 3.13 mm。隨著持荷時(shí)間變長(zhǎng)，兩條背楞的跨中撓度也在相應(yīng)增加，其中4號(hào)表對(duì)應(yīng)的背楞跨中撓度最高僅為 3.20 mm，而 3 號(hào)表對(duì)應(yīng)的背楞跨中撓度在持荷后期超過了允許值，達(dá)到了 3.77 mm。卸荷完畢后，兩條背楞的跨中撓度基本都回復(fù)至 0.50 mm。卸荷后 17 h，跨中平均撓度降低至 0.32 mm。

3.4 綜合討論

三組荷載實(shí)驗(yàn)的跨中平均撓度值對(duì)比結(jié)果顯示PP/玻纖復(fù)合材料和碳纖維布都能有效提高 PVC 塑料背楞的剛度。加荷完成后，PP/玻纖增強(qiáng)的背楞相比未增強(qiáng)的背楞剛度提高了約 25%，而碳纖維布增強(qiáng)的背楞剛度提高了約 38%。持荷 24 h，未增強(qiáng)的背楞徐變?cè)隽窟_(dá)到 0.61 mm，PP/玻纖增強(qiáng)的背楞徐變?cè)隽繛?0.74 mm，碳纖維布增強(qiáng)的背楞徐變?cè)隽繛?0.36 mm，可以看出，只有碳纖維布能明顯降低空白樣的持荷徐變量。卸荷完成后，未增強(qiáng)的背楞跨中撓度均值為 1.03 mm，PP/玻纖增強(qiáng)的為 0.80 mm，碳纖維布增強(qiáng)的為 0.52 mm，增強(qiáng)背楞的跨中撓度在卸荷后向初始狀態(tài)回復(fù)情況更佳，尤其是碳纖維布增強(qiáng)的背楞，卸荷后其跨中撓度的回復(fù)能力比空白樣提高了一倍。

4 結(jié) 語(yǔ)

(1) 截面積為 40 mm× 80 mm 未增強(qiáng)的 PVC 塑料背楞在加荷比重 80% 時(shí)跨中撓度就達(dá)到了最大允許值 3.60 mm。

(2) PP/玻纖復(fù)合材料和碳纖維布都能有效提高該種背楞的剛度。其中 PP/玻纖可提高 25%，加荷至最大值時(shí)(375 kg)跨中撓度均值才剛超過允許值達(dá)到 3.78 mm。碳纖維布可提高 38%，加荷至最大值時(shí)跨中撓度均值僅有3.13 mm。

(3) 碳纖維布能明顯降低背楞的持荷徐變量，PP/玻纖復(fù)合材料則沒有明顯效果。

(4) 卸荷后，PP/玻纖復(fù)合材料和碳纖維布都能提高背楞向初始狀態(tài)的回復(fù)程度，碳纖維布增強(qiáng)背楞的回復(fù)能力比空白樣高出一倍。

(5) 卸荷后長(zhǎng)時(shí)間內(nèi)，增強(qiáng)的樣品還能繼續(xù)向初始狀態(tài)回復(fù)。放置 17 h 以上，樣品跨中撓度相比剛卸荷完成的時(shí)候，還能繼續(xù)向初始狀態(tài)回復(fù)約 40%。

TU50

A

1674-814X(2017)01-0073-03

中國(guó)建筑股份有限公司《塑料模板及支撐體系的優(yōu)化與集成應(yīng)用研究》項(xiàng)目編號(hào)：CSCEC-2014-Z-12

2016-09-26

陳尚偉，工程師?，F(xiàn)供職于貴州中建建筑科研設(shè)計(jì)院有限公司。主要研究方向?yàn)樾滦徒ú难邪l(fā)、混凝土配合比優(yōu)化設(shè)計(jì)和塑料制品配方優(yōu)化等。作者通信地址：貴州省貴陽(yáng)市甘蔭塘干平路2號(hào)，郵編：550006。