鋼板網(wǎng)-纖維織物網(wǎng)增強(qiáng)混凝土薄板抗沖擊性能試驗(yàn)研究

張喜

【摘 要】對(duì)分別采用纖維織物網(wǎng)、鋼板網(wǎng)、纖維織物網(wǎng)與鋼板網(wǎng)聯(lián)合增強(qiáng)的混凝土薄板的抗沖擊性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，得出結(jié)論：混凝土薄板采用纖維織物網(wǎng)和鋼板網(wǎng)增強(qiáng)均能大幅度提高其抗沖擊性能;不同型號(hào)的鋼板網(wǎng)對(duì)薄板抗沖擊性能的增強(qiáng)效果有一定的差別。

【關(guān)鍵詞】織物增強(qiáng)混凝土;鋼板網(wǎng)增強(qiáng)混凝土;沖擊試驗(yàn);薄板

中圖分類號(hào)：TU528.043? TU375.1 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼： A 文章編號(hào)： 2095-2457（2019）11-0177-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.11.084

0 引言

永久性模板，亦稱為免拆模板，在工程中使用時(shí)，既作為現(xiàn)澆混凝土的模板、混凝土澆筑完后也作為結(jié)構(gòu)構(gòu)件的一部分，不予拆除。永久性模板的使用，簡化了現(xiàn)澆鋼筋混凝土結(jié)構(gòu)支拆模板的施工工藝、大大減少了模板的支拆工作量，有效節(jié)約資源、減少環(huán)境污染、降低施工成本、縮短工期和提高施工效率[1-2]。

國外研究與應(yīng)用的永久性模板按制作材料不同主要分為以下幾類：壓型鋼板類、鋼筋（或鋼絲）網(wǎng)混凝土薄板類、木材水泥板類、聚苯乙烯泡沫塑料類和纖維增強(qiáng)聚合物板類等。采用不銹鋼板網(wǎng)與纖維織物網(wǎng)聯(lián)合增強(qiáng)混凝土薄板作為永久性模板是一種較新的思路，其中不銹鋼板網(wǎng)既可以作為柔性的織物網(wǎng)的支架，便于制作各種形狀的模板，同時(shí)可以提高構(gòu)件的承載力和變形能力[3]。

本文對(duì)分別采用纖維織物網(wǎng)、鋼板網(wǎng)、纖維織物網(wǎng)與鋼板網(wǎng)聯(lián)合增強(qiáng)的混凝土薄板的抗沖擊性能進(jìn)行了試驗(yàn)研究，目的在于為該類材料的工程應(yīng)用提供理論依據(jù)。

1 試驗(yàn)概況

1.1 試驗(yàn)材料

1.1.1 細(xì)骨料混凝土

試驗(yàn)采用的細(xì)骨料混凝土配合比為水泥（c）：砂（s）：水（w）：外加劑（JM-PCA（I））=1：1.5：0.32：0.015[4]。水泥采用鹽城東臺(tái)水泥廠生產(chǎn)的磊達(dá)牌P.Ⅱ52.5普通硅酸鹽水泥。砂為普通河砂，用4.75mm方孔篩過篩，級(jí)配合格，細(xì)度模數(shù)約為2.5的Ⅱ區(qū)中砂。減水劑采用JM-PCA（I）型超塑化劑。水采用自來水。細(xì)骨料混凝土的抗折和抗壓強(qiáng)度測(cè)值見表1。

1.1.2 纖維織物網(wǎng)

本次試驗(yàn)采用碳纖維和耐堿玻璃纖維混合編織的纖維織物網(wǎng)，兩種纖維相互垂直水平鋪設(shè)，經(jīng)緯向分別為碳纖維粗紗和耐堿玻纖粗紗，網(wǎng)格間距為12.5mm×12.5mm，用紗線縫編交結(jié)處，見圖1。纖維束的主要力學(xué)性能參數(shù)見表2。

1.1.3 不銹鋼板網(wǎng)

本次試驗(yàn)采用了四種不同型號(hào)不銹鋼鋼板網(wǎng)，材質(zhì)為304不銹鋼、菱形孔，由河北安平縣貴翔絲網(wǎng)廠生產(chǎn)，其網(wǎng)孔大小、板厚等技術(shù)參數(shù)見表3，參數(shù)含義見圖2。

1.2 試驗(yàn)方法及試驗(yàn)裝置

薄板抗沖擊試驗(yàn)參考美國混凝土學(xué)會(huì)委員會(huì)提出的彎曲沖擊試驗(yàn)法和借鑒鋼絲網(wǎng)水泥板抗沖擊性能試驗(yàn)方法實(shí)施[5]，采用自制落錘裝置自由落體沖擊薄板的方法進(jìn)行，加載示意如圖3所示。

試驗(yàn)裝置由型鋼加工而成，如圖4所示。落錘設(shè)計(jì)原則為[5]：（a）落錘作用在薄板全寬上;（b）落錘與試件接觸為線接觸。本次試驗(yàn)落錘質(zhì)量取0.5kg（A錘）、1kg（B錘）、2kg（C錘）、3kg（D錘）四種，硬度為HRC58～65，誤差為±1%。落距H取0.5m、1m兩種。加載方式為，先取落距H=0.5m，依次使用A、B、C、D四種錘沖擊試件，每種錘沖擊次數(shù)n=10，如果在這過程中試件破壞，則試驗(yàn)結(jié)束;若試件未破壞，則換落距H=1m，使用D錘沖擊試件，直至試件最后破壞，記錄下落錘的沖擊次數(shù)。試件最終破壞的標(biāo)志為試件的永久撓度f達(dá)到50mm[5]。試驗(yàn)過程中，落錘自由落下，每次沖擊落錘對(duì)準(zhǔn)試件中心線。為防止落錘沖擊部位集中破壞，預(yù)先在試件表面跨中位置放一塊尺寸為100mm×100mm，厚1mm的軟玻璃。試驗(yàn)記錄試件初裂和最終破壞時(shí)的落錘沖擊次數(shù)和相對(duì)應(yīng)的落錘高度，并進(jìn)行每一級(jí)沖擊荷載下的裂縫觀測(cè)。

1.3 試件設(shè)計(jì)

本次試驗(yàn)以鋼板網(wǎng)型號(hào)、鋼板網(wǎng)和織物網(wǎng)鋪設(shè)層數(shù)為主要變化參數(shù)，制作了尺寸為500mm×100mm×25mm的20個(gè)試件。試件編號(hào)及分組、數(shù)量等情況見表4。

2.1 沖擊耗能計(jì)算方法

薄板抗沖擊初裂耗能和抗沖擊破壞耗能分別按式（1）、（2）計(jì)算，精確至0.1J。

式中：Wi為初裂沖擊耗能（J）;Wu為破壞沖擊耗能（J）;mii為開裂前，每次沖擊使用的落錘質(zhì)量（kg）;hii為開裂前，每次沖擊落錘的落距（m）;ni為開裂前，總的沖擊次數(shù);mui為開裂后，每次沖擊使用的落錘質(zhì)量（kg）;hui為初裂后，每次沖擊落距（m）;nu為初裂后，累計(jì)沖擊次數(shù);g為重力加速度，取9.81m/s2。

2.2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

試驗(yàn)結(jié)果見表5，試件耗能對(duì)比見圖5。

由表5和圖5可知：

（1）素混凝土薄板在較小的沖擊勢(shì)能作用下即發(fā)生脆性斷裂，沖擊耗能僅為4.9J;

（2）薄板采用纖維織物網(wǎng)和鋼板網(wǎng)增強(qiáng)均能大幅度提高其抗沖擊性能，且纖維織物網(wǎng)的增強(qiáng)效果好于鋼板網(wǎng)，纖維織物網(wǎng)和鋼板網(wǎng)聯(lián)合增強(qiáng)效果好于纖維織物網(wǎng)。相比1層鋼板網(wǎng)增強(qiáng)，1層纖維網(wǎng)增強(qiáng)的薄板的初裂耗能值和破壞耗能值分別提高33.6%、28.7%，1層鋼板網(wǎng)和1層纖維網(wǎng)聯(lián)合增強(qiáng)則分別提高78.2%、48.1%;

（3）根據(jù)BI12和BI11的試驗(yàn)結(jié)果，采用2層織物網(wǎng)和1層鋼板網(wǎng)聯(lián)合增強(qiáng)的薄板的抗沖擊性能明顯優(yōu)于1層織物網(wǎng)和1層鋼板網(wǎng)聯(lián)合增強(qiáng)，初裂耗能值和破壞耗能值分別提高8.2%、19.3%;

（4）根據(jù)第二組試件的試驗(yàn)結(jié)果，鋼板網(wǎng)的型號(hào)變化對(duì)薄板抗沖擊性能的增強(qiáng)效果有一定的影響。采用1層鋼板網(wǎng)和2層織物網(wǎng)增強(qiáng)的薄板的初裂耗能值和破壞耗能值，相比AI型，BI型分別提高-7.4%、3.7%，CI型分別提高-21.3%、8.7%，DI型分別提高14%、24.3%。

3 結(jié)論

（1）混凝土薄板采用纖維織物網(wǎng)和鋼板網(wǎng)增強(qiáng)均能大幅度提高其抗沖擊性能，且鋪設(shè)1層纖維織物網(wǎng)的增強(qiáng)效果好于鋪設(shè)1層鋼板網(wǎng)，鋪設(shè)1層纖維織物網(wǎng)和1層鋼板網(wǎng)的增強(qiáng)效果好于鋪設(shè)1層纖維織物網(wǎng);

（2）采用2層織物網(wǎng)和1層鋼板網(wǎng)聯(lián)合增強(qiáng)的薄板的抗沖擊性能明顯優(yōu)于1層織物網(wǎng)和1層鋼板網(wǎng)聯(lián)合增強(qiáng);

（3）不同型號(hào)的鋼板網(wǎng)對(duì)薄板抗沖擊性能的增強(qiáng)效果有一定的差別。

【參考文獻(xiàn)】

[1]詠梅.活性粉末混凝土作永久性模板研究[D].北京：北京交通大學(xué)，2005.

[2]張大長，支正東，盧中強(qiáng)，等.外殼預(yù)制核心現(xiàn)澆RC梁抗彎承載力的試驗(yàn)研究[J].工程力學(xué)，2009（5）：164-170.

[3]荀勇，徐業(yè)輝.纖維織物與鋼板網(wǎng)聯(lián)合增強(qiáng)混凝土薄板四點(diǎn)抗彎性能試驗(yàn)研究[J].混凝土與水泥制品，2015（6）：50-53.

[4]張勤.織物增強(qiáng)混凝土（TRC）加固RC梁正截面抗彎性能試驗(yàn)研究[D].鎮(zhèn)江：江蘇大學(xué)，2009.

[5]JC/T 631-1996.鋼絲網(wǎng)水泥板抗沖擊性能試驗(yàn)方法[S].北京：國家建筑材料工業(yè)局，1996.※基金項(xiàng)目：中鐵建設(shè)集團(tuán)有限公司2018年度科技研發(fā)計(jì)劃項(xiàng)目資助（LX18-37）。