TRC永久模板水泥基材料力學試驗研究

孫舒，陳鵬，王虹

（泰州職業(yè)技術(shù)學院建筑工程學院，江蘇 泰州225300）

0 引言

纖維編織網(wǎng)增強混凝土 （Textile Reinforeced Concrete，簡稱TRC）將多軸纖維紡織物與精細混凝土相結(jié)合，可充分發(fā)揮各組成材料的優(yōu)點，且纖維編織物不需要混凝土保護層，因此TRC板材可以做到厚度僅為1 cm。但是要求水泥基復合材料有足夠的強度和剛度、還要有良好的拌合性能。國內(nèi)學者對TRC纖維編織網(wǎng)增強混凝土的研究較晚，但也已經(jīng)有了許多進展。沈玲華、徐世烺對纖維束與精細混凝土的界面性能的研究表明，環(huán)氧樹脂和預應力都可以提高TRC纖維編織網(wǎng)增強混凝土的力學性能，并提出了臨界配網(wǎng)率的概念[1]。尹世平等人通過對TRC在惡劣環(huán)境下力學性能的研究表明，TRC模板能夠較好地抵抗氯鹽、凍融等惡劣環(huán)境的影響，但是即使經(jīng)過環(huán)氧樹脂處理，碳纖維束的抗拉強度也不能得到完全發(fā)揮[2-5]。荀勇、孫偉通過試驗研究，證實了耐堿玻璃短切纖維能夠獲得TRC板較好的力學性能[6-8]。

TRC永久模板的應用推廣要求其本身必須具有一定的強度及剛度，主要應通過控制水泥基復合材料配合比來提高TRC材料的力學性能，從而為下一步永久模板的試驗奠定基礎(chǔ)。

1 試驗材料

1.1 細骨料

水泥基復合材料選用的細骨料是河砂，實測砂的表觀密度為 2.738 g/cm3，堆積密度為 1.6 g/cm3，細度模數(shù)為 2.7，最大粒徑2 mm，為中砂，含泥量為 0.94%，含水率為 2.04%。

1.2 水泥基體

本試驗所采用的水泥為海螺生產(chǎn)的 “海螺”牌42.5級普通硅酸鹽水泥。

1.3 玻璃纖維

短切纖維能夠較好地約束水泥基材料的裂縫發(fā)展，因此試驗選取長度為15 mm的耐堿玻璃纖維，其物理性能見表1。

表1 短切玻璃纖維的基本力學性能

1.4 粉煤灰及減水劑

粉煤灰選用鹽城發(fā)電廠生產(chǎn)的Ⅱ級粉煤灰，減水劑選用南京蘇博特新材料有限公司生產(chǎn)的JM-PCA(I)聚羧酸高效減水劑(減水能力為18%～22%)。

2 試驗設計與制作

影響水泥基復合材料強度的因素很多，根據(jù)初步試驗研究成果，選取水膠比、玻璃纖維含量及灰砂比三個因素作為主要研究對象，并對每個因素選定了不同水平；其他因素相對不變。 玻璃纖維摻量（玻璃纖維質(zhì)量與膠凝材料的比值）分別為2%、4%、5%、6%；水膠比（混凝土的用水量與所有膠凝材料質(zhì)量的比值）分別為 0.30、0.33、0.36；膠砂比（混凝土的膠凝材料與砂質(zhì)量的比值）分別為0.15、0.30、0.45。根據(jù)上述材料配比情況，試件總計36組。依據(jù)《砌筑砂漿配合比設計規(guī)程》（JGJT 98-2010）和《鋼絲網(wǎng)水泥用砂漿力學性能試驗方法》（GBT7897-2008）分別檢測其抗折強度、抗壓強度和劈裂抗拉強度試驗。試件編碼采用纖維摻量-膠砂比-水膠比，如2-0.15-0.3表示纖維摻量為2%，膠砂比為0.15，水膠比為0.3。

2.1 抗折強度試驗

依據(jù) 《砌筑砂漿配合比設計規(guī)程》（JGJT 98-2010）和《鋼絲網(wǎng)水泥用砂漿力學性能試驗方法》（GBT7897-2008）制作試樣，試樣尺寸為40 mm×40 mm×160 mm棱柱形，每組試件3個。試件制作完成后采用標準養(yǎng)護 28 d（溫度（20±2）℃、相對濕度為95%以上）?？拐墼囼炓笤嚰坏糜忻黠@缺損，加載速度控制在（50±10）N/S。試驗結(jié)果按每組三個試件的算術(shù)平均值計算，當三個測值中有一個超過平均值的10%時，取中間值作為抗抗強度試驗結(jié)果，如果有兩個超過中間值10%，則本組試驗結(jié)果無效。試驗結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同纖維摻量的抗折強度

①纖維摻量對提高水泥基復合材料的抗折強度具有極好的效果，從摻量2%的13.75 MPa（編號2-0.3-0.33）提高到 22.41 MPa（編號 5-0.3-0.33），提高了約60%，但當纖維摻量增大到6%，較5%增強效果有所減弱。其主要原因是短切纖維的摻入增強了水泥復合材料之間的聯(lián)結(jié)力，但是當纖維摻量過高時，纖維之間的滑動效應反而會降低整體材料的抗折性能。②膠砂比在0.3，水膠比在0.33時水泥復合材料的抗折強度最高。③水膠比較小時，材料的拌和性能較差，因此需要適當摻入一定減水劑來提高拌和性能。

2.2 抗壓試驗

采用每組抗折強度試驗折斷后的試件，受壓面為40 mm×40 mm，試件應分屬于不同棱柱體。試驗機加載速度應能控制在（2.4±0.2）kN/S。試驗結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同纖維摻量的抗壓強度

從圖2中可知：①水膠比相同情況下，抗壓強度隨纖維摻量的增大而先增大，再減?。ǎ?%時）。原因同抗折強度試驗。②在纖維摻量及灰膠比相同情況下，試件的抗壓強度在水膠比0.33時最大，水膠比過大增加混合料的流動性，但會引起泌水現(xiàn)象和降低材料強度。

2.3 劈裂抗拉強度試驗

采用每組抗折強度試驗折斷后的試件，受壓面為40 mm×40 mm，試件應分屬于不同棱柱體。試驗結(jié)果如圖3所示。從圖3中可知：①水膠比相同情況下，抗壓強度隨纖維摻量的增大而先增大，再減?。ǎ?%時），其中 5-0.3-0.3 試件強度最高（12.02 MPa），較2-0.45-0.3試件強度（3.75 MPa）提升了220%；②試件的劈裂抗拉強度隨著水膠比的增大而逐漸降低。③膠砂比在0.3時強度最高。

圖3 不同纖維摻量的劈裂抗拉強度

3 結(jié)論

通過對不同纖維摻量、膠砂比、水膠比試件的抗折強度、抗壓強度和劈裂抗拉強度的試驗可以得出以下結(jié)論：

（1）纖維摻量5%，膠砂比0.3，水膠比0.3時材料的強度最高，適當添加減水劑有利于混凝土材料的和易性。

（2）短切纖維可以有效提高混凝土的韌性、抗裂和力學性能。

（3）控制水膠比可以提高水泥基復合材料的力學性能。