纖維網(wǎng)格布表層強(qiáng)化混凝土早期開(kāi)裂特性

李?lèi)傛?，許 巍，張 俊，，江 帆，高培偉，胡 成

(1.空軍工程大學(xué)航空工程學(xué)院，陜西 西安 710038； 2.南京航空航天大學(xué)民航學(xué)院，江蘇 南京 210016； 3.中國(guó)人民解放軍海軍研究院，北京 100070； 4.93023部隊(duì)，內(nèi)蒙古 呼倫貝爾 021000)

通常機(jī)場(chǎng)道面水泥混凝土所用的水泥強(qiáng)度等級(jí)較高，且施工期多為夏季，導(dǎo)致水泥混凝土道面在施工過(guò)程及施工完成后終凝前這段時(shí)間極易產(chǎn)生早期微裂縫，在后期環(huán)境及飛機(jī)荷載的作用下，早期微裂縫會(huì)不斷擴(kuò)展，導(dǎo)致道面面板產(chǎn)生滲漏，腐蝕其組分，加速道面表層破壞，并直接或間接地影響道面強(qiáng)度和道面整體的穩(wěn)定性，進(jìn)而影響跑道的使用性能和安全性能，因此尋找一種有效提高道面混凝土早期抗開(kāi)裂性能的方法具有重大意義[1-5]。

混凝土開(kāi)裂的原因有多種，但多是由收縮變形引起的。因此解決高性能混凝土開(kāi)裂的問(wèn)題，主要從解決收縮變形引起的裂縫入手，其中主要的途徑有兩種：①降低混凝土內(nèi)部的收縮應(yīng)力，使其不超過(guò)混凝土的自身強(qiáng)度；②提高混凝土早期抵抗收縮應(yīng)力的能力，目前主要有摻加纖維、外加劑、礦物摻合料及改進(jìn)養(yǎng)護(hù)方式和優(yōu)化混凝土組分5種方式。施鳳蓮等[6]研究發(fā)現(xiàn)在混凝土中摻入纖維是克服混凝土早期塑性收縮裂縫的有效途徑之一；Borg等[7]研究發(fā)現(xiàn)聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯纖維可以有效抑制混凝土干縮和塑性開(kāi)裂，且抑制效果與纖維摻量和長(zhǎng)度有關(guān)；Shen等[8]研究發(fā)現(xiàn)摻入3D鋼纖維可以有效地減少高強(qiáng)混凝土自收縮，提高其抗開(kāi)裂性能；Akkaya等[9]提出通過(guò)摻入膨脹劑來(lái)抵消水泥基材料的干縮，從而起到增強(qiáng)抗開(kāi)裂性能的效果；Yoo等[10]提出同時(shí)摻入減收縮劑和膨脹劑可以提高混凝土早期抗開(kāi)裂性能。

養(yǎng)護(hù)方式主要從內(nèi)養(yǎng)護(hù)和外養(yǎng)護(hù)兩方面考慮。內(nèi)養(yǎng)護(hù)方面，目前對(duì)高吸水聚合物的研究較多[11]；外養(yǎng)護(hù)包括預(yù)濕輕骨料[12]、涂層養(yǎng)護(hù)法[13-14]和加熱養(yǎng)護(hù)法[15]等。這兩類(lèi)養(yǎng)護(hù)方式均能在一定程度上提高混凝土早期抗開(kāi)裂的性能。優(yōu)化混凝土組分主要從水泥細(xì)度、粗細(xì)集料含量和級(jí)配等方面進(jìn)行改善，在一定程度上能夠提高混凝土早期抗開(kāi)裂的性能，但仍存在如纖維拌和的不均勻性可能導(dǎo)致道面水泥混凝土其他性能下降、摻加減收縮劑和膨脹劑等外加劑不能很好地兼顧其他性能的強(qiáng)化、摻入礦物摻合料可能導(dǎo)致混凝土強(qiáng)度等性能的下降、養(yǎng)護(hù)和組分優(yōu)化效果有限等一些不足。

纖維網(wǎng)格布是一種以纖維為原材料，經(jīng)過(guò)特定工序制成的強(qiáng)化材料，其在經(jīng)向和緯向均具有較高的強(qiáng)度。目前，纖維網(wǎng)格布在墻體保溫、防水、混凝土修復(fù)等行業(yè)已取得成功的應(yīng)用。張勇超[16]研究發(fā)現(xiàn)，無(wú)論老化前后，相比素試件，纖維網(wǎng)格布增強(qiáng)聚合物砂漿試件的抗彎比例極限強(qiáng)度和抗彎破壞強(qiáng)度均有大幅度的提高，而且最終破壞時(shí)的位移也有很大的提升。封雷等[17]研究得出玻璃纖維網(wǎng)格布增強(qiáng)復(fù)合保溫墻板的抗壓強(qiáng)度為4.29 MPa的結(jié)論。許景欣[18]認(rèn)為，復(fù)合在抹面砂漿中的耐堿網(wǎng)格布能夠改善面層的機(jī)械強(qiáng)度，保證飾面層的抗力連續(xù)性，增強(qiáng)防護(hù)層的拉伸強(qiáng)度。陳培鑫等[19]認(rèn)為，耐堿玻纖網(wǎng)格布可以明顯增強(qiáng)抹灰砂漿與墻面的黏結(jié)，提高墻面抹灰層的黏結(jié)強(qiáng)度；在其他條件相同的情況下，隨著耐堿玻纖網(wǎng)格布單位面積質(zhì)量的增加，墻面抹灰層的拉伸黏結(jié)強(qiáng)度有明顯增強(qiáng)。劉玲玲[20]通過(guò)TRC薄板的單軸拉伸試驗(yàn)、四點(diǎn)抗彎試驗(yàn)、三點(diǎn)抗折試驗(yàn)，探討了織物層數(shù)、摻入短切鋼纖維及預(yù)應(yīng)力對(duì)TRC薄板力學(xué)行為的影響。王海濤等[21]通過(guò)有限元方法探討了纖維增強(qiáng)復(fù)合材料板影響疲勞裂紋修復(fù)效果的因素。

纖維網(wǎng)格布在建筑行業(yè)的應(yīng)用表明，其可有效增強(qiáng)水泥砂漿等基礎(chǔ)材料的力學(xué)性能，特別是胡成等[3]的初步研究結(jié)果更加表明纖維網(wǎng)格布可有效增強(qiáng)機(jī)場(chǎng)混凝土道面的抗凍性能。因此，通過(guò)纖維網(wǎng)格布對(duì)混凝土表層進(jìn)行增強(qiáng)的方法有望解決機(jī)場(chǎng)水泥混凝土道面表層抗裂性不足的問(wèn)題。

為此，本文提出在混凝土表面水泥砂漿層中布設(shè)纖維網(wǎng)格布對(duì)混凝土進(jìn)行強(qiáng)化，對(duì)不同水灰比、砂率、細(xì)度模數(shù)的素水泥砂漿以及不同種類(lèi)、尺寸纖維網(wǎng)格布強(qiáng)化水泥砂漿的早期抗開(kāi)裂性能進(jìn)行研究。

1 試 驗(yàn) 概 況

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)用水泥為PO-42.5R硅酸鹽水泥且摻量固定為320 kg/m3。砂是產(chǎn)自西安灞河的天然河砂，按照原中國(guó)人民解放軍總后勤部《軍用機(jī)場(chǎng)場(chǎng)道工程施工及驗(yàn)收規(guī)范》將砂分級(jí)，配制相應(yīng)的細(xì)度模數(shù)，所配制出不同細(xì)度模數(shù)砂的級(jí)配曲線(xiàn)如圖1所示。吳勝興等[22]認(rèn)為骨料分布均勻性是新拌混凝土均勻性的最重要因素。因此，考慮到混凝土的均勻性，本試驗(yàn)粗集料選用陜西茂縣的石灰石碎石，分為5～10 mm、>10～20 mm和>20～40 mm 3種級(jí)配，為2∶3∶6。該比例通過(guò)優(yōu)選法獲得，為振實(shí)密度最大時(shí)的比例，且該比例需滿(mǎn)足表1中規(guī)定的級(jí)配范圍。以此配置的混凝土抗折強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

圖1 砂的級(jí)配曲線(xiàn)Fig.1 Grading curve of sand

表1 粗集料顆粒級(jí)配

表2 抗折試驗(yàn)結(jié)果

本文試驗(yàn)共選用3種纖維網(wǎng)格布，其中玄武巖纖維網(wǎng)格布分為3 mm×3 mm、5 mm×5 mm和10 mm×10 mm 3種；芳綸纖維網(wǎng)格布和碳纖維網(wǎng)格布網(wǎng)孔尺寸均為5 mm×5 mm。纖維網(wǎng)格布外形如圖2所示，性能參數(shù)見(jiàn)表3。

圖2 纖維網(wǎng)格布形態(tài)Fig.2 Fiber mesh morphology

表3 纖維網(wǎng)格布性能參數(shù)

1.2 試驗(yàn)方法

考慮到機(jī)場(chǎng)水泥混凝土道面屬于板狀構(gòu)件，因此，采用平板式限制收縮法開(kāi)展試驗(yàn)。由于混凝土澆筑的平板試件不易出現(xiàn)明顯的裂縫，難以進(jìn)行數(shù)據(jù)分析和對(duì)比，且早期開(kāi)裂裂縫主要產(chǎn)生于表層砂漿層中，而纖維網(wǎng)格布強(qiáng)化位置也位于砂漿層，因此，本文通過(guò)對(duì)水泥砂漿進(jìn)行早期抗裂研究，來(lái)表征纖維網(wǎng)格布表層強(qiáng)化水泥混凝土的早期抗開(kāi)裂性能。

1.2.1 試驗(yàn)步驟

提前24 h將原材料置于試驗(yàn)環(huán)境中，使其在進(jìn)行試驗(yàn)時(shí)，原材料的溫度與室溫一致；并將試驗(yàn)所需的纖維網(wǎng)格布裁剪成590 mm×590 mm。水泥砂漿攪拌完成后，將拌合物澆筑至試模中并抹平，當(dāng)需要鋪入纖維網(wǎng)格布時(shí)，應(yīng)將纖維網(wǎng)格布平攤在試件表面，使用抹子將纖維網(wǎng)格布下壓，壓至肉眼不可見(jiàn)時(shí)停止并抹面。

試驗(yàn)在溫度為(20±2)℃，相對(duì)濕度為(60±5)%的恒溫恒濕環(huán)境中進(jìn)行，試件成型30 min后水泥砂漿已經(jīng)初凝，風(fēng)速不會(huì)造成砂漿二次流動(dòng)，此時(shí)開(kāi)始多風(fēng)高溫環(huán)境模擬。調(diào)整風(fēng)扇距離試件的距離，使試件中心往上0.1 m處保持(5±0.5)m/s的風(fēng)速大小，吹24 h；開(kāi)啟風(fēng)扇的同時(shí)開(kāi)啟距試件1 m高的碘鎢燈進(jìn)行照射，照射4 h后關(guān)閉，如圖3所示。

圖3 水泥砂漿平板開(kāi)裂試驗(yàn)Fig.3 Plate cracking test of cement mortar

在試件成型24 h后，開(kāi)始對(duì)試件裂縫信息進(jìn)行統(tǒng)計(jì)。使用讀數(shù)顯微鏡和電子游標(biāo)卡尺測(cè)量裂縫寬度，沿裂縫長(zhǎng)度預(yù)估3個(gè)裂縫寬度最大位置進(jìn)行測(cè)量，取最大值作為最大寬度；通過(guò)棉線(xiàn)和鋼尺實(shí)現(xiàn)對(duì)裂縫長(zhǎng)度的測(cè)量。

1.2.2 評(píng)價(jià)指標(biāo)

以單位面積總開(kāi)裂面積和裂縫降低系數(shù)作為評(píng)價(jià)指標(biāo)。

a.單位面積總開(kāi)裂面積。每條裂縫的平均開(kāi)裂面積A1、單位面積裂縫數(shù)b、單位面積的總開(kāi)裂面積A2公式分別為

(1)

(2)

A2=A1b

(3)

式中：Wi為第i條裂縫的最大寬度，精確到0.01 mm；Li為第i條裂縫的長(zhǎng)度，精確到1 mm；N為總裂縫數(shù)，條；A為平板面積，m2。

b.裂縫降低系數(shù)。根據(jù)統(tǒng)計(jì)的裂縫信息，計(jì)算每個(gè)試件的裂縫名義總面積Acr，然后計(jì)算裂縫降低系數(shù)η：

(4)

(5)

表4 試驗(yàn)方案

式中需作比較的砂漿試件記為Afcr，基準(zhǔn)試件記為Amcr。

1.3 試驗(yàn)方案

用水量、細(xì)集料用量及粗細(xì)程度、水泥等級(jí)、水泥用量及細(xì)度和外部環(huán)境等都會(huì)對(duì)混凝土早期開(kāi)裂造成一定的影響，因此本文主要通過(guò)水泥砂漿早期開(kāi)裂試驗(yàn)研究水灰比、砂率、細(xì)度模數(shù)、不同種類(lèi)和網(wǎng)格尺寸的纖維網(wǎng)格布對(duì)混凝土早期開(kāi)裂性能的影響。首先研究不同水灰比、灰砂比、細(xì)度模數(shù)的素水泥砂漿，之后對(duì)纖維網(wǎng)格布表層強(qiáng)化水泥砂漿的早期開(kāi)裂性能進(jìn)行對(duì)比。試驗(yàn)配合比采用絕對(duì)體積法得到，水泥用量固定為320 kg/m3，試驗(yàn)方案如表4所示，每組包括3個(gè)試件，取平均值作為試驗(yàn)結(jié)果。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 素水泥砂漿早期開(kāi)裂試驗(yàn)

2.1.1 水灰比對(duì)水泥砂漿早期開(kāi)裂性能影響

不同水灰比的水泥砂漿平板開(kāi)裂試驗(yàn)結(jié)果如圖4所示。由圖4可以看出，隨著水灰比的不斷增大，4種開(kāi)裂參數(shù)均呈現(xiàn)先減小后增大的趨勢(shì)，說(shuō)明隨著水灰比的不斷增長(zhǎng)，水泥砂漿的早期抗開(kāi)裂性能呈現(xiàn)出先增大后減小的趨勢(shì)，在所研究的范圍內(nèi)，當(dāng)水灰比為0.43時(shí)早期抗開(kāi)裂性能最好，相對(duì)于水灰比為0.50時(shí)，其最大裂縫寬度減少了40%，單位面積總開(kāi)裂面積減少了38.5%，裂縫總長(zhǎng)度降低了27.3%，若以水灰比為0.5的水泥砂漿作為基準(zhǔn)砂漿組，當(dāng)水灰比為0.43時(shí)，裂縫降低系數(shù)可達(dá)27.7%。

圖4 裂縫評(píng)價(jià)參數(shù)(不同水灰比)Fig.4 Crack evaluation parameters (different water cement ratio)

水泥漿體包括液相和固相兩部分，水化反應(yīng)會(huì)導(dǎo)致液相減小，減小的部分由固相填充，是一個(gè)逐漸密實(shí)的過(guò)程。水灰比越小，需固相填充的地方越少，說(shuō)明混凝土更加密實(shí)。低水灰比可以很大程度地提高混凝土強(qiáng)度，但會(huì)對(duì)混凝土收縮性能造成較大影響。影響道面混凝土早期開(kāi)裂的收縮主要是自收縮、塑性收縮和干燥收縮。當(dāng)水灰比較低時(shí)，自收縮起主導(dǎo)作用。Tazawa等[23]的研究結(jié)果表明，隨著水灰比的減小，自收縮值占總收縮值的比例不斷增大，當(dāng)水灰比為0.40、0.30和0.19時(shí)，自收縮所占比例分別為25%、35%和75%。因此，當(dāng)水灰比小于某個(gè)臨界值時(shí)，水灰比越低，自收縮越大，而開(kāi)裂程度越明顯。依據(jù)本次試驗(yàn)結(jié)果，水灰比臨界值為0.43，幾乎接近Powers[24]確定的臨界值0.42。當(dāng)水灰比超過(guò)該臨界值時(shí)，隨著水灰比的不斷增大，水泥砂漿的含水量增大，在外部高溫干燥環(huán)境作用下，其塑性收縮值和干燥收縮值增大，從而開(kāi)裂程度更加明顯。

2.1.2 灰砂比對(duì)水泥砂漿早期開(kāi)裂性能影響

不同灰砂比的水泥砂漿平板開(kāi)裂試驗(yàn)結(jié)果如圖5所示。由圖5可以看出，隨著灰砂比的減小，最大裂縫寬度逐漸增大，單位面積總開(kāi)裂面積逐漸減小，裂縫總長(zhǎng)度規(guī)律不夠明顯，總裂縫數(shù)呈現(xiàn)先增大后減少的趨勢(shì)。雖然不同參數(shù)表現(xiàn)出的開(kāi)裂性能規(guī)律不一樣，但因評(píng)價(jià)其開(kāi)裂性能的主要參數(shù)為單位面積總開(kāi)裂面積，因此可以認(rèn)為，在所研究的范圍內(nèi)，隨著灰砂比的不斷減小，水泥砂漿早期抗開(kāi)裂性能不斷增強(qiáng)。以第6組水泥砂漿為基準(zhǔn)砂漿，當(dāng)灰砂比為0.47時(shí)，其裂縫降低系數(shù)可達(dá)13.8%，這與馬一平等[25]開(kāi)展的結(jié)構(gòu)工程水泥砂漿塑性干縮開(kāi)裂試驗(yàn)結(jié)果一致。其試驗(yàn)結(jié)果表明：當(dāng)灰砂比從1∶1減小到1∶3時(shí)，水泥砂漿塑性開(kāi)裂總權(quán)值不斷減小，以1∶1灰砂比為基準(zhǔn)，當(dāng)灰砂比為1∶2和1∶3時(shí)，塑性開(kāi)裂總權(quán)值可減少50%和90%。

圖5 裂縫評(píng)價(jià)參數(shù)(不同灰砂比)Fig.5 Crack evaluation parameters (different cement sand ratio)

因此，工程中可通過(guò)適當(dāng)增加砂的含量來(lái)提高水泥砂漿的早期抗開(kāi)裂性能。砂對(duì)水泥砂漿早期抗開(kāi)裂性能的影響主要包括兩方面，一方面一定程度增加砂的含量有助于增強(qiáng)水泥砂漿的泌水性，另一方面增加砂的比例意味著水泥所占比例減少，因此早期水化反應(yīng)消耗的水量也相應(yīng)地減少，從而減小了收縮應(yīng)力。但是灰砂比不宜過(guò)小，因?yàn)樯暗暮窟^(guò)多，會(huì)減小水泥砂漿的和易性，致使其早期抗拉強(qiáng)度降低，不利于早期抗開(kāi)裂。

2.1.3 細(xì)度模數(shù)對(duì)水泥砂漿早期開(kāi)裂性能影響

不同細(xì)度模數(shù)的水泥砂漿平板開(kāi)裂試驗(yàn)結(jié)果如圖6所示。由圖6可以看出，隨著細(xì)度模數(shù)逐漸增大，最大裂縫寬度、單位面積總開(kāi)裂面積及裂縫總長(zhǎng)度均逐漸減小，總裂縫數(shù)逐漸增大。在所研究的范圍內(nèi)，當(dāng)細(xì)度模數(shù)為3.4時(shí)，水泥砂漿早期抗開(kāi)裂性能最好。以第10組水泥砂漿作為基準(zhǔn)砂漿，當(dāng)細(xì)度模數(shù)為3.4時(shí)，裂縫降低系數(shù)為15.8%。本文認(rèn)為細(xì)度模數(shù)主要影響砂的比表面積，從而影響水泥砂漿早期開(kāi)裂性能，細(xì)度模數(shù)增大，比表面積減小，一方面會(huì)使砂表面的吸附水減小，一定程度增加了砂漿可蒸發(fā)的水量，從而減緩水泥砂漿早期開(kāi)裂，這與馬一平等[25]所得結(jié)論一致。另一方面，采用平板式限制收縮法進(jìn)行試驗(yàn)，是考慮比表面積減小會(huì)使水泥砂漿之間的黏聚力減小，從而導(dǎo)致開(kāi)裂程度增加。因此，相對(duì)于細(xì)砂和粗砂，中砂早期開(kāi)裂程度更加明顯。

圖6 裂縫評(píng)價(jià)參數(shù)(不同細(xì)度模數(shù))Fig.6 Crack evaluation parameters (different fineness modulus)

2.2 纖維網(wǎng)格布表層強(qiáng)化水泥砂漿早期開(kāi)裂試驗(yàn)

2.2.1 纖維網(wǎng)格布種類(lèi)的影響

表5 不同種類(lèi)纖維網(wǎng)格布裂縫評(píng)價(jià)參數(shù)

不同種類(lèi)纖維網(wǎng)格布強(qiáng)化水泥砂漿平板開(kāi)裂試驗(yàn)結(jié)果如表5所示。由表5可以看出，相對(duì)于對(duì)照組，纖維網(wǎng)格布表層強(qiáng)化水泥砂漿的最大裂縫寬度、單位面積總開(kāi)裂面積和裂縫總長(zhǎng)度都有了較大程度的降低，以玄武巖纖維網(wǎng)格布表層強(qiáng)化水泥砂漿組為例，其裂縫降低系數(shù)為92.9%。事實(shí)上，纖維網(wǎng)格布對(duì)水泥砂漿抗裂效果的增強(qiáng)實(shí)際效果要比試驗(yàn)效果更好，這是因?yàn)闉榱耸勾嬖谝欢▋A斜變形的玄武巖纖維網(wǎng)格布能夠順利鋪入水泥砂漿中，試驗(yàn)中將纖維網(wǎng)格布大小統(tǒng)一定為590 mm×590 mm，而對(duì)于經(jīng)纖維網(wǎng)格布強(qiáng)化后的水泥砂漿，其大部分裂縫都在試件邊角，在試件中心區(qū)域裂縫很少?？梢钥闯?，纖維網(wǎng)格布極大提高了水泥砂漿早期抗開(kāi)裂性能；3種纖維網(wǎng)格布中，玄武巖纖維網(wǎng)格布提升效果最好，芳綸纖維網(wǎng)格布次之，最后是碳纖維網(wǎng)格布。

纖維網(wǎng)格布對(duì)水泥砂漿早期抗開(kāi)裂性能的增強(qiáng)機(jī)理可用復(fù)合力學(xué)理論來(lái)解釋。纖維網(wǎng)格布以耐堿纖維網(wǎng)格布為主，采用中無(wú)堿纖維砂，主要成分是鋁硼硅酸鹽，其化學(xué)性質(zhì)穩(wěn)定。中無(wú)堿纖維砂是由高溫熔制成連續(xù)的纖維絲再紡織成網(wǎng)狀形成的。纖維網(wǎng)格布由多種不同化學(xué)特性的成分熔制而成，成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，且表面并不光滑連續(xù)，水泥砂漿可以充分地流入并包裹住纖維網(wǎng)格布，待到水泥砂漿硬化后形成一個(gè)整體，纖維網(wǎng)格布與水泥砂漿之間的拉伸黏結(jié)力和摩擦力大大增大，同時(shí)，在黏結(jié)面的空氣大大減少，從而提高了拉伸黏結(jié)力，增強(qiáng)了水泥砂漿的早期抗開(kāi)裂性能。

首先，由于纖維網(wǎng)格布與水泥砂漿間的摩擦力增大，它們之間的界面性能發(fā)生改變，抗裂性能、抗沖擊性能得到提升，進(jìn)而提高了承載能力。其次，纖維網(wǎng)格布在水泥砂漿中均勻分布，減少了收縮現(xiàn)象，推遲了微裂縫現(xiàn)象出現(xiàn)的時(shí)間，從而防止了開(kāi)裂。這是因?yàn)橐环矫妫ǔＴ谏皾{中的纖維網(wǎng)格布分布在各個(gè)點(diǎn)所受到的力是平均的，從而提高了抵抗外力的連續(xù)性，增強(qiáng)了表層的強(qiáng)度。另一方面，水泥砂漿屬于脆性材料，而纖維網(wǎng)格布有一定的韌性，其與水泥砂漿相結(jié)合，會(huì)使脆性的水泥砂漿在受到彎力時(shí)具有一定的延展性。試驗(yàn)中在早期開(kāi)裂的試件底部鋪設(shè)了兩層聚乙烯薄膜，水分無(wú)法從底部蒸發(fā)，因此裂縫主要產(chǎn)生在試模表面。纖維網(wǎng)格布可看作表層水泥砂漿的結(jié)構(gòu)鋼筋，分散并承擔(dān)了一定的外部約束，使水泥砂漿產(chǎn)生拉應(yīng)力。研究結(jié)果表明，纖維網(wǎng)格布拉伸強(qiáng)度遠(yuǎn)大于水泥砂漿早期能夠產(chǎn)生的拉應(yīng)力，因此當(dāng)約束使水泥砂漿內(nèi)部產(chǎn)生的拉應(yīng)力值在一定范圍時(shí)，纖維網(wǎng)格布表層強(qiáng)化區(qū)域幾乎沒(méi)有裂縫；但當(dāng)產(chǎn)生的拉應(yīng)力超過(guò)一定值時(shí)，仍會(huì)產(chǎn)生開(kāi)裂現(xiàn)象。與通過(guò)添加外加劑等提升抗開(kāi)裂性能效果不同，纖維網(wǎng)格布存在網(wǎng)格區(qū)域，在單獨(dú)網(wǎng)格區(qū)域中，其包含的水泥砂漿相當(dāng)于沒(méi)有進(jìn)行強(qiáng)化的水泥砂漿，該區(qū)域是否產(chǎn)生開(kāi)裂與網(wǎng)格尺寸有較大的關(guān)系。

2.2.2 纖維網(wǎng)格布網(wǎng)格尺寸的影響

不同網(wǎng)格尺寸的纖維網(wǎng)格布強(qiáng)化水泥砂漿平板開(kāi)裂試驗(yàn)結(jié)果如表6所示。由表6可以看出，相對(duì)于對(duì)照組，3種尺寸的玄武巖纖維網(wǎng)格布表層強(qiáng)化砂漿早期抗開(kāi)裂性能得到了極大的提升；不同尺寸的纖維網(wǎng)格布表層的強(qiáng)化效果不同，網(wǎng)格尺寸越小，其提升效果越明顯。以3 mm×3 mm玄武巖纖維網(wǎng)格布強(qiáng)化水泥砂漿組為例，相對(duì)于對(duì)照組，最大裂縫寬度、單位面積總開(kāi)裂面積和裂縫總長(zhǎng)度分別減少了87.4%，94.7%和74.6%，裂縫降低系數(shù)為94.7%；相對(duì)于10 mm×10 mm玄武巖纖維網(wǎng)格布表層強(qiáng)化水泥砂漿組，其最大裂縫寬度、單位面積總開(kāi)裂面積和裂縫總長(zhǎng)度分別減少了53.8%、54.9%和45.7%。由此可見(jiàn)，網(wǎng)格尺寸對(duì)纖維網(wǎng)格布強(qiáng)化水泥砂漿早期抗開(kāi)裂性能有較大的影響，3 mm×3 mm玄武巖纖維網(wǎng)格布對(duì)水泥砂漿早期抗開(kāi)裂性能增強(qiáng)效果最好，但考慮5 mm×5 mm和10 mm×10 mm兩種纖維網(wǎng)格布較為常用，生產(chǎn)較多，為了降低成本并取得較好的抗開(kāi)裂效果，推薦使用5 mm×5 mm的玄武巖纖維網(wǎng)格布進(jìn)行混凝土早期抗開(kāi)裂性能的增強(qiáng)。分析其原因，可能主要是網(wǎng)格尺寸越小，單獨(dú)網(wǎng)格所包含的水泥砂漿面積越小，從而纖維網(wǎng)格布能夠分擔(dān)更多的約束拉應(yīng)力，因此試件的開(kāi)裂程度更小。隨著纖維網(wǎng)格布網(wǎng)格數(shù)量的增加，纖維網(wǎng)格布與水泥砂漿之間的摩擦力更大，它們之間的拉伸黏結(jié)力也越大，力學(xué)性能得到提升。纖維網(wǎng)格布是一種復(fù)合材料，根據(jù)復(fù)合材料的基本理論，網(wǎng)格尺寸越小，采用的纖維含量越高，因此提高了復(fù)合材料的性能及抗開(kāi)裂能力。隨著網(wǎng)格尺寸的減小，纖維網(wǎng)格布的韌性能夠更好地抑制水泥砂漿的開(kāi)裂，并在一定程度上阻止了裂縫的拓展；同時(shí)，增強(qiáng)了纖維網(wǎng)格布表層的強(qiáng)度和彎曲韌性，很好地抵抗了外界拉力。

表6 不同網(wǎng)格尺寸裂縫評(píng)價(jià)參數(shù)

3 結(jié) 論

a.水灰比對(duì)水泥砂漿早期開(kāi)裂性能有很大的影響，其主要通過(guò)影響自收縮和塑性收縮兩者所占比重來(lái)影響水泥砂漿早期開(kāi)裂性能，當(dāng)水灰比為0.43時(shí)，水泥砂漿早期抗開(kāi)裂性能最好。

b.灰砂比對(duì)水泥砂漿早期開(kāi)裂性能有較大的影響，其主要通過(guò)影響水泥砂漿泌水性和水化反應(yīng)的耗水量來(lái)影響水泥砂漿早期開(kāi)裂性能，當(dāng)灰砂比為0.47(對(duì)于混凝土砂率為34%)，水泥砂漿早期抗開(kāi)裂性能最好。

c.細(xì)度模數(shù)對(duì)水泥砂漿早期開(kāi)裂性能有一定的影響，其主要通過(guò)影響比表面積來(lái)影響水泥砂漿早期開(kāi)裂性能，當(dāng)細(xì)度模數(shù)為3.4時(shí)，水泥砂漿早期抗開(kāi)裂效果最好。

d.纖維網(wǎng)格布表層強(qiáng)化極大地提升了水泥砂漿早期抗開(kāi)裂性能，不同纖維網(wǎng)格布提升效果不同，玄武巖纖維網(wǎng)格布效果最好；不同網(wǎng)格尺寸，提升效果不同，當(dāng)網(wǎng)格尺寸為3 mm×3 mm時(shí)，其早期抗開(kāi)裂性能最好。