孫舒，陳鵬，王虹

（泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院建筑工程學(xué)院，江蘇 泰州225300）

0 引言

纖維編織網(wǎng)增強(qiáng)混凝土 （Textile Reinforeced Concrete，簡(jiǎn)稱(chēng)TRC）將多軸纖維紡織物與精細(xì)混凝土相結(jié)合，可充分發(fā)揮各組成材料的優(yōu)點(diǎn)，且纖維編織物不需要混凝土保護(hù)層，因此TRC板材可以做到厚度僅為1 cm。但是要求水泥基復(fù)合材料有足夠的強(qiáng)度和剛度、還要有良好的拌合性能。國(guó)內(nèi)學(xué)者對(duì)TRC纖維編織網(wǎng)增強(qiáng)混凝土的研究較晚，但也已經(jīng)有了許多進(jìn)展。沈玲華、徐世烺對(duì)纖維束與精細(xì)混凝土的界面性能的研究表明，環(huán)氧樹(shù)脂和預(yù)應(yīng)力都可以提高TRC纖維編織網(wǎng)增強(qiáng)混凝土的力學(xué)性能，并提出了臨界配網(wǎng)率的概念[1]。尹世平等人通過(guò)對(duì)TRC在惡劣環(huán)境下力學(xué)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(guò)環(huán)氧樹(shù)脂處理，碳纖維束的抗拉強(qiáng)度也不能得到完全發(fā)揮[2-5]。荀勇、孫偉通過(guò)試驗(yàn)研究，證實(shí)了耐堿玻璃短切纖維能夠獲得TRC板較好的力學(xué)性能[6-8]。

TRC永久模板的應(yīng)用推廣要求其本身必須具有一定的強(qiáng)度及剛度，主要應(yīng)通過(guò)控制水泥基復(fù)合材料配合比來(lái)提高TRC材料的力學(xué)性能，從而為下一步永久模板的試驗(yàn)奠定基礎(chǔ)。

1 試驗(yàn)材料

1.1 細(xì)骨料

水泥基復(fù)合材料選用的細(xì)骨料是河砂，實(shí)測(cè)砂的表觀密度為 2.738 g/cm3，堆積密度為 1.6 g/cm3，細(xì)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(yàn)所采用的水泥為海螺生產(chǎn)的 “海螺”牌42.5級(jí)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(yàn)選取長(zhǎng)度為15 mm的耐堿玻璃纖維，其物理性能見(jiàn)表1。

表1 短切玻璃纖維的基本力學(xué)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(jí)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(yàn)設(shè)計(jì)與制作

影響水泥基復(fù)合材料強(qiáng)度的因素很多，根據(jù)初步試驗(yàn)研究成果，選取水膠比、玻璃纖維含量及灰砂比三個(gè)因素作為主要研究對(duì)象，并對(duì)每個(gè)因素選定了不同水平；其他因素相對(duì)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(jì)36組。依據(jù)《砌筑砂漿配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJT 98-2010）和《鋼絲網(wǎng)水泥用砂漿力學(xué)性能試驗(yàn)方法》（GBT7897-2008）分別檢測(cè)其抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)。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(qiáng)度試驗(yàn)

依據(jù) 《砌筑砂漿配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》（JGJT 98-2010）和《鋼絲網(wǎng)水泥用砂漿力學(xué)性能試驗(yàn)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(gè)。試件制作完成后采用標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù) 28 d（溫度（20±2）℃、相對(duì)濕度為95%以上）?？拐墼囼?yàn)要求試件不得有明顯缺損，加載速度控制在（50±10）N/S。試驗(yàn)結(jié)果按每組三個(gè)試件的算術(shù)平均值計(jì)算，當(dāng)三個(gè)測(cè)值中有一個(gè)超過(guò)平均值的10%時(shí)，取中間值作為抗抗強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果，如果有兩個(gè)超過(guò)中間值10%，則本組試驗(yàn)結(jié)果無(wú)效。試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。

圖1 不同纖維摻量的抗折強(qiáng)度

①纖維摻量對(duì)提高水泥基復(fù)合材料的抗折強(qiáng)度具有極好的效果，從摻量2%的13.75 MPa（編號(hào)2-0.3-0.33）提高到 22.41 MPa（編號(hào) 5-0.3-0.33），提高了約60%，但當(dāng)纖維摻量增大到6%，較5%增強(qiáng)效果有所減弱。其主要原因是短切纖維的摻入增強(qiáng)了水泥復(fù)合材料之間的聯(lián)結(jié)力，但是當(dāng)纖維摻量過(guò)高時(shí)，纖維之間的滑動(dòng)效應(yīng)反而會(huì)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(shí)水泥復(fù)合材料的抗折強(qiáng)度最高。③水膠比較小時(shí)，材料的拌和性能較差，因此需要適當(dāng)摻入一定減水劑來(lái)提高拌和性能。

2.2 抗壓試驗(yàn)

采用每組抗折強(qiáng)度試驗(yàn)折斷后的試件，受壓面為40 mm×40 mm，試件應(yīng)分屬于不同棱柱體。試驗(yàn)機(jī)加載速度應(yīng)能控制在（2.4±0.2）kN/S。試驗(yàn)結(jié)果如圖2所示。

圖2 不同纖維摻量的抗壓強(qiáng)度

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

2.3 劈裂抗拉強(qiáng)度試驗(yàn)

采用每組抗折強(qiáng)度試驗(yàn)折斷后的試件，受壓面為40 mm×40 mm，試件應(yīng)分屬于不同棱柱體。試驗(yàn)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(qiáng)度隨纖維摻量的增大而先增大，再減小（＞5%時(shí)），其中 5-0.3-0.3 試件強(qiáng)度最高（12.02 MPa），較2-0.45-0.3試件強(qiáng)度（3.75 MPa）提升了220%；②試件的劈裂抗拉強(qiáng)度隨著水膠比的增大而逐漸降低。③膠砂比在0.3時(shí)強(qiáng)度最高。

圖3 不同纖維摻量的劈裂抗拉強(qiáng)度

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)不同纖維摻量、膠砂比、水膠比試件的抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和劈裂抗拉強(qiáng)度的試驗(yàn)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(shí)材料的強(qiáng)度最高，適當(dāng)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(xué)性能。

（3）控制水膠比可以提高水泥基復(fù)合材料的力學(xué)性能。