新型PLC-GRC 復合墻板收縮性能改進試驗

李 季

（中煤科工重慶設計研究院（集團）有限公司，重慶 400042）

GRC 材料與混凝土是當前裝配式建筑最常用的兩種構(gòu)筑材料，因為其材性不同，因此，將GRC 材料和混凝土復合使用時，會因為各自收縮性能不同使得構(gòu)筑物出現(xiàn)一定程度的開裂，不僅影響構(gòu)筑物的美觀，甚至可能會對構(gòu)筑物使用者的生命安全帶來一些威脅。因此，如何提升GRC 與混凝土復合材料的收縮性能，是當前裝配領域研究的熱點。針對以上問題，吳志濤[1]從GRC 材料的膠凝組成成分出發(fā)，研究了膠凝材料組成成分對GRC 材料干燥收縮和自收縮性能的影響，結(jié)果表明，GRC 材料收縮性能與水泥成分有關(guān)，摻入礦物摻合料對降低GRC 收縮產(chǎn)生積極作用；程新[2]則研究了玄武巖纖維體積摻量與長徑比對泡沫混凝土收縮開裂的影響。以上專家的研究在一定程度上優(yōu)化了GRC 材料的收縮性能，但在GRC 復合墻板方面的研究還存在一定的不足。基于此，本文以新型PLC-GRC 復合墻板為主要研究對象，探討了對新型PLC-GRC 復合墻板收縮性能的影響因素，為復合墻板收縮性能的提升提供可行性方法。

1 實驗部分

1.1 材料與儀器

鈦白粉（純度≥99.0% 河南銘之鑫化工產(chǎn)品有限公司）；膨脹劑（AR 萍鄉(xiāng)市云游科技新材料有限公司）；膠粉（CP 廊坊富億保溫材料有限公司）；減水劑（AR 云南潤澤鋼材有限公司）；粉煤灰（CP 靈壽縣泰岳礦產(chǎn)品加工廠）；偏高嶺土（一級 靈壽縣梓燁礦產(chǎn)品有限公司）；玻璃纖維（標準品 濟寧紅君玻璃纖維有限公司）；石英砂（二級 石家莊匯德利礦產(chǎn)品有限公司）；白水泥（CP 云南卓一化工建材有限公司）。

JZC 型混凝土攪拌機（河南長興順達機械有限公司）；YAW 型壓力試驗機（濟南文騰試驗儀器有限公司）；YD32-40 型萬能液壓機（鄭州大眾機械制造有限公司）。

1.2 試驗方法

1.2.1 新型PLC-GRC 復合墻板的制備

（1）將白水泥、膨脹劑、膠粉、粉煤灰、玻璃纖維和偏高嶺土按一定比例置于JZC 型混凝土攪拌機里，干拌8min[3]。

（2）待干物料攪拌均勻后，將適量減水劑和水置于攪拌機內(nèi)。待物料完全混合后，加入石英砂，繼續(xù)攪拌，得到均勻的GRC 材料。

（3）將輕質(zhì)混凝土倒入提前涂刷脫模油的木模具中。利用振動棒在木模板內(nèi)振搗密實，然后用瓦刀抹平。靜置一段時間，待其有一定硬度后，在澆筑混凝土正中一半深度位置放置埋入式應變計。選擇一塊輕質(zhì)混凝土，對其表面進行拉毛處理，另一塊輕質(zhì)混凝土表面進行鋼絲網(wǎng)的鋪設[4]。

（4）將混合均勻的GRC 材料倒入澆筑好的輕質(zhì)混凝土中，利用GRC 材料的自流特性自己進行平整。然后用滾筒毛刷在木模板內(nèi)順著一個方向進行多次滾刷，趕出GRC 材料內(nèi)的氣泡，保證成品表面平滑潔凈。

（5）將裝有GRC 材料的模具靜置，待其具有一定硬度后，在澆筑混凝土正中位置將表面式應變計的兩只腳埋入GRC 材料中。然后在安裝好表面式應變計的模具中安裝靜態(tài)液壓測試儀，并進行調(diào)試。安裝完成后在所有復合墻板表面蓋上塑料薄膜，然后每日早中晚3 次霧樁灑水進行養(yǎng)護。墻板規(guī)格尺寸參數(shù)見表1。

表1 墻板規(guī)格尺寸參數(shù)（mm）Tab.1 Specification and dimension parameters of wallboard

（6）將澆筑好的墻板靜置于室內(nèi)環(huán)境，記錄早中晚應變計的數(shù)據(jù)變化，同時觀察墻板外表面是否有裂紋出現(xiàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 單一材料數(shù)據(jù)分析

圖1 為單一材料收縮應變值隨時間的變化曲線。

圖1 單一材料試件收縮應變變化Fig.1 Shrinkage strain change of single material specimen

由圖1 可知，T1試件在養(yǎng)護早期收縮應變明顯增加，28d 后慢慢趨于穩(wěn)定，然后呈現(xiàn)為穩(wěn)定波狀變化。這是因為養(yǎng)護早期的GRC 材料水化熱反應劇烈，使得收縮應變值表現(xiàn)出增長趨勢，28d 后水化熱趨于穩(wěn)定，因此，收縮系數(shù)逐漸趨于穩(wěn)定，但此時材料開始收縮，因此，就表現(xiàn)出穩(wěn)定的波狀變化。T2試件在養(yǎng)護早期，收縮應變較T1試件較小，這是因為受材料影響，T2試件水化熱反應劇烈程度低。隨養(yǎng)護時間增加，混凝土在膨脹作用下受拉，混凝土呈現(xiàn)收縮狀態(tài)，應變開始降低。綜合T1試件和T2試件收縮應變變化可知，兩者材料不同，線膨脹系數(shù)不同，收縮應變不同，因此，需要進行后續(xù)試驗，探討復合墻板收縮應變。

2.2 不同厚度GRC 材料對復合墻板的影響

圖2 為單一GRC 材料與復合墻板的收縮性能對比。

圖2 T2～T4 試件表面收縮應變隨時間變化Fig.2 Variation of surface shrinkage strain of T2～T4 specimens with time

由圖2 可知，在28d 后，純GRC 材料試件為波形曲線變動，而復合墻板基本趨于直線變動。這就證明，GRC 材料厚度對復合墻板表面收縮性能存在一定影響。同時，T4試件收縮應變比T2、T3試件小。T2～T4試件表面最大收縮應變分別是1594.3×10-6，703.9×10-6，675.9×10-6。對T2～T4試件的最大應變值進行比較可知，T3、T4試件的最大壓縮應變分別比T2試件的最大壓縮應變降低了56%和58%。這就證明了GRC 材料裝飾層厚度對新型復合墻板的收縮性能影響沒有太大差別。但T4試件收縮曲線與自由收縮狀態(tài)下曲線較為接近。

圖3 為單一輕質(zhì)混凝土材料與復合墻板收縮性能對比圖。

圖3 T1、T3、T4 試件表面收縮應變隨時間變化Fig.3 Variation of surface shrinkage strain of T1, T3 and T4 specimens with time

由圖3 可知，養(yǎng)護28d 后，所有試件內(nèi)部收縮應變都為曲線變動，后期表現(xiàn)為下降趨勢。后期T4試件的收縮應變始終比T1和T3試件小。T1、T3、T4內(nèi)部最大收縮應變分別為903.6×10-6，914.7×10-6和897.2×10-6。這再次證明了GRC 涂層厚度對復合墻板收縮性能影響沒有太大的差別[6,7]。但T4試件對GRC 層收縮約束相對較小，能夠一定程度降低裂縫產(chǎn)生的可能性。

綜上，不同厚度GRC 裝飾層曲線變化趨勢幾乎保持一致，但是15mm GRC（T4試件）裝飾層復合墻板收縮應變曲線變化與自由收縮GRC 層收縮應變曲線接近。也就是說，15mm GRC（T4試件）裝飾層復合墻板收縮性能較優(yōu)。

2.3 復合界面的連接方式對復合墻板的影響

圖4 為T2、T4～T6試件表面收縮應變隨時間變化圖。

圖4 T2、T4～T6 試件表面收縮應變隨時間變化Fig.4 Variation of surface shrinkage strain of T2, T4～T6 with time

由圖4 可知，養(yǎng)護28d 后，4 個試件表面收縮曲線變化趨勢幾乎趨于一致，T4～T6曲線幅度也基本相同，但T5試件的表面收縮應變值始終比T4試件和T6試件的表面收縮應變值小。這就證明新型PLCGRC 復合墻板表面收縮性能受界面連接方式的影響。4 條曲線達到應變最高峰值時間相差不大，其中T2、T4～T6試件表面收縮應變最高峰值分別是1594.7×10-6，675.9×10-6，612.0×10-6和780.2×10-6。T4～T6試件表面收縮應變均比T2試件表面收縮應變最高峰值下降50%以上，且T5試件表面收縮應變比T2試件表面收縮應變最高峰值下降62%左右，這說明當兩種材料連接方式為平接或鋼絲網(wǎng)連接時，復合墻板收縮性能得到明顯提高。

圖5 為T1、T4～T6試件內(nèi)部收縮應變隨時間變化圖。

圖5 T1、T4～T6 試件內(nèi)部收縮應變隨時間變化Fig.5 Variation of internal shrinkage strain of T1, T4～T6 with time

由圖5 可知，T1、T4～T6試件內(nèi)部收縮應變曲線變化趨勢基本一致。且T6試件內(nèi)部收縮應變始終小于T4、T5試件的內(nèi)部收縮應變，這就證明PLC-GRC復合墻板內(nèi)部收縮性能受界面連接方式的影響[8,9]。4 條曲線達到應變最高峰值時間相差不大，其中T1、T4～T6試件表面收縮應變最高峰值分別是903.7×10-6、897.2×10-6、791.8×10-6和773.6×10-6。T4～T6試件內(nèi)部收縮應變明顯低于T1試件內(nèi)部收縮應變，且T6試件內(nèi)部收縮應變比T1試件內(nèi)部收縮應變最高峰值下降14%左右，且T6試件曲線變化與T1試件曲線變化更為貼合。這再次證明平接方式明顯優(yōu)化看PLC-GRC 復合墻板的收縮性能[10]。

綜上，采用平接和鋼絲網(wǎng)連接方式對GRC 層收縮約束相對較小，能夠有效緩解裂縫產(chǎn)生。同時，平接（T6）試件與自由狀態(tài)（T1）試件更為貼合，證明平接方式對復合墻板收縮性起有效改善作用。

3 結(jié)論

通過對PLC-GRC 復合墻板的收縮研究試驗，得到以下結(jié)論：

（1）兩種線膨脹系數(shù)不同，收縮應變不同，因此，可能造成復合墻板開裂現(xiàn)象。

（2）GRC 裝飾層厚度不同，PLC-GRC 復合墻板的收縮曲線變化趨勢相差不大。當裝飾層厚度為15mm 的試件對GRC 材料約束較小，能夠有效降低裂縫的產(chǎn)生。

（3）平接和鋼絲網(wǎng)連接方式皆對GRC 層約束較小，但平接方式更能改善復合墻板的收縮性能。