織物增強(qiáng)水泥砂漿中的主筋編排

張 靜 丁美娟

摘要:模擬鋼筋混凝土配筋方式,用纖維增強(qiáng)砂漿筋代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼筋增強(qiáng)水泥砂漿。采用玻璃纖維編制纖維增強(qiáng)砂漿筋作為主筋,用芳綸纖維對(duì)其進(jìn)行橫向連接并織成平面織物,然后用水泥漿進(jìn)行固化。接著就主筋編排方式對(duì)織物增強(qiáng)水泥砂漿力學(xué)性能的影響進(jìn)行研究。結(jié)果表明:辮子狀主筋織物增強(qiáng)水泥砂漿的抗折、抗壓強(qiáng)度比交織狀主筋織物增強(qiáng)水泥砂漿的大;在寬度和厚度方向上的主筋根數(shù)有一個(gè)最佳值,高于或低于此值,其增強(qiáng)效果都會(huì)下降;較細(xì)主筋的增強(qiáng)效果比較粗主筋的好。

關(guān)鍵詞:主筋編排方式;織物;纖維增強(qiáng)砂漿筋;復(fù)合材料;力學(xué)性能

用FRP(纖維增強(qiáng)樹(shù)脂) 筋代替?zhèn)鹘y(tǒng)鋼筋對(duì)混凝土材料進(jìn)行配筋在國(guó)際上已成為研究熱點(diǎn),現(xiàn)有的FRP 筋很有希望在橋面板、護(hù)墻、停車(chē)庫(kù)等方面得到越來(lái)越廣泛的應(yīng)用, 但人們發(fā)現(xiàn),FRP 筋與混凝土的粘結(jié)性相對(duì)鋼筋稍差,且FRP 為脆性材料, FRP 混凝土結(jié)構(gòu)安全性能較低,因此FRP 筋要取代鋼筋還必須解決FRP 筋與混凝土的粘結(jié)性和FRP 混凝土結(jié)構(gòu)的延性、耐久性等問(wèn)題。把纖維編成織物后使用,能使纖維與水泥發(fā)生相互鎖結(jié),改善纖維與混凝土間的界面粘結(jié),,但二維平面織物增強(qiáng)的混凝土材料仍普遍存在層間剪切強(qiáng)度差的問(wèn)題。為了克服這一缺陷,本文參照鋼筋混凝土配筋方式,用玻璃纖維編制了纖維增強(qiáng)砂漿筋作為主筋代替鋼筋,,用芳綸纖維對(duì)其進(jìn)行橫向連接并織成平面織物,然后用水泥漿代替常用的樹(shù)脂對(duì)主筋進(jìn)行固化,以解決FRP 筋與水泥界面粘結(jié)較差的問(wèn)題。同時(shí),還就主筋編(織) 排(布) 方式對(duì)織物增強(qiáng)水泥砂漿力學(xué)性能的影響進(jìn)行了初步的研究。

1 實(shí)驗(yàn)

1.1實(shí)驗(yàn)原材料

2400tex中等模量普通無(wú)堿玻璃纖維,24K芳綸纖維,水泥為復(fù)合硅酸鹽水泥,強(qiáng)度等級(jí)為32.5。砂為標(biāo)準(zhǔn)砂.

1.2試樣制備

1.2.1主筋和平面織物的編制

按要求,先用玻璃纖維編織主筋后,再用芳綸纖維對(duì)其進(jìn)行橫向連接并織成平面織物。主筋編織工藝流程為:剪取定長(zhǎng)纖維→編織→定型.主筋編織方式共有2種,一種為打辮子方式,一種為交織方式(16cm內(nèi)交織6次)。平面織物的編織:編織物z 軸方向(試樣縱向)骨架統(tǒng)一由玻璃纖維編成的主筋支撐,橫向由芳綸纖維連接,織物編織方式模仿鋼筋混凝土柱和梁的配置形式。將4 根主筋用特制可拆卸錨具分別固定在長(zhǎng)方體的4 條棱上,這相當(dāng)于鋼筋混凝土梁、柱中的箍筋。用芳綸纖維編織x軸方向(試樣厚度方向)和y軸方向(試樣寬度方向)的平面織物,這相當(dāng)于鋼筋混凝土梁、柱中的加強(qiáng)筋。

1.2.2水泥基體的制備

按m(水泥)∶m(標(biāo)準(zhǔn)砂)∶m (水)=1:3:0.5稱(chēng)取原料。將稱(chēng)好的水泥和水放入容器內(nèi)攪拌60s,然后加入標(biāo)準(zhǔn)砂,再攪拌180s,制成水泥漿:抗折試樣尺寸為40mm×40mm×160mm,其制作步驟為:(1)織物框架編好后,用水泥漿在織物表面上薄薄地涂上一層,使其硬化。(2)在抗折強(qiáng)度試驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)模具底層和四周平鋪少量水泥砂漿打底。(3)將硬化后的織物框架放入模具內(nèi),并用4根細(xì)棒分別將織物框架的4個(gè)角固定于模具的4個(gè)角上。(4)向模具空隙內(nèi)填充水泥砂漿,并時(shí)時(shí)用玻璃棒手工調(diào)整織物框架變形部位,使之保持原狀基本不變。(5)振動(dòng)壓實(shí)后,輕輕拔掉4根細(xì)棒,再進(jìn)一步振動(dòng)壓實(shí)。(6)在(20±3)℃、相對(duì)濕度70%下養(yǎng)護(hù)24h后拆模,再在(20±3)℃的水中養(yǎng)護(hù)28d。

1.3測(cè)試儀器與設(shè)備

用TYE-200B型抗折抗壓試驗(yàn)機(jī)進(jìn)行抗折強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)。三點(diǎn)彎抗折試驗(yàn)加載速度為50N/s,跨距為100mm。折斷后的試樣再進(jìn)行抗壓測(cè)試,承壓面積為40mm×40mm。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1主筋編織方式對(duì)織物增強(qiáng)水泥砂漿力學(xué)性能的影響

在主筋纖維類(lèi)型、纖維束數(shù)及寬度和厚度方向上主筋鋪設(shè)根數(shù)相同的情況下,主筋編織方式對(duì)織物增強(qiáng)水泥砂漿力學(xué)性能的影響,通過(guò)實(shí)驗(yàn),可以看出:辮子狀主筋織物增強(qiáng)水泥砂漿的抗折強(qiáng)度(ft)比純水泥砂漿增加了22.62%,高出交織狀主筋織物增強(qiáng)水泥砂漿3.10%;其抗壓強(qiáng)度(fc)則比純砂漿下降11.43%,但比交織狀主筋織物增強(qiáng)水泥砂漿少下降17.90%.辮子狀主筋結(jié)構(gòu)復(fù)雜,纖維間某些部位比較松散,纖維形態(tài)凹凸有致,這有利于水泥的滲透,使之與水泥基體有很好的錨合作用,從而形成一個(gè)既能互相聯(lián)系,又能各自發(fā)揮獨(dú)到作用的復(fù)合材料整體,提高了水泥砂漿的抗折強(qiáng)度。抗折實(shí)驗(yàn)過(guò)程中試樣裂紋的擴(kuò)展情況和抗壓測(cè)試后試樣的斷裂形貌進(jìn)一步驗(yàn)證了上述結(jié)果。

2.2主筋排布方式對(duì)織物增強(qiáng)水泥砂漿力學(xué)性能的影響

在主筋纖維類(lèi)型、編織方式和纖維束數(shù)相同情況下,主筋排布方式對(duì)織物增強(qiáng)水泥砂漿力學(xué)性能的影響。通過(guò)實(shí)驗(yàn)可以看出:相對(duì)純水泥砂漿而言,織物增強(qiáng)水泥砂漿抗折強(qiáng)度由2×2根時(shí)增加9.05%,上升到3×3根時(shí)增加44.29%,而4×4根時(shí)卻只增加15.24%, 反倒不如3×3根時(shí)的抗折強(qiáng)度。抗壓強(qiáng)度也出現(xiàn)了從上升到下降的情況,盡管其絕對(duì)值均低于純水泥砂漿。即,在主筋纖維類(lèi)型、編織方式和纖維束數(shù)相同的情況下,主筋在織物中寬度和厚度方向上的排列根數(shù)存在一最佳值,在該值以下,織物增強(qiáng)水泥砂漿抗折、抗壓強(qiáng)度隨寬度和厚度方向上主筋根數(shù)的增加而增大;在該值以上,則反之。另外,在本實(shí)驗(yàn)試樣尺寸條件下,,無(wú)論是抗折強(qiáng)度,還是抗壓強(qiáng)度,都以寬、厚度方向各鋪設(shè)3根主筋為好。上述結(jié)果可能跟纖維和水泥基體作為一個(gè)整體的致密性有關(guān)。一方面,隨著主筋根數(shù)的增加,織物的體積分?jǐn)?shù)增加,織物阻擋裂紋擴(kuò)展的能力增強(qiáng);另一方面,在主筋粗細(xì)(纖維束數(shù)) 一定的情況下,隨著主筋根數(shù)的增加,主筋與主筋之間空隙減少,水泥在復(fù)合材料中所占的比例降低,這使得復(fù)合材料致密性下降,織物增強(qiáng)水泥砂漿抗折、抗壓強(qiáng)度隨之降低。因此,主筋在織物中寬度和厚度方向上的排列根數(shù)存在一最佳值。

2.3主筋粗細(xì)對(duì)織物增強(qiáng)水泥砂漿力學(xué)性能的影響

主筋粗細(xì)對(duì)織物增強(qiáng)水泥砂漿力學(xué)性能的影響表明:在主筋編織方式、排布方式、纖維類(lèi)型相同而構(gòu)成主筋的纖維束數(shù)不同時(shí),其增強(qiáng)效果也不同,主筋較細(xì)的增強(qiáng)效果比主筋較粗的要好。 這可能是由于一方面主筋越粗,主筋內(nèi)的纖維與基體的直接接觸量減少,水泥在纖維內(nèi)的滲透量較少,從而使得織物增強(qiáng)水泥砂漿的整體致密性下降。另一方面,纖維根數(shù)越多,主筋內(nèi)存在的薄弱環(huán)節(jié)越多,反而有可能使主筋的強(qiáng)度下降,增強(qiáng)效果降低。

3結(jié)論

3.1辮子狀主筋織物增強(qiáng)水泥砂漿的抗折、抗壓強(qiáng)度比交織狀主筋織物增強(qiáng)水泥砂漿的大。

3.2在編織織物增強(qiáng)水泥砂漿的織物時(shí),主筋在寬度和厚度方向上的根數(shù)有一最佳值,高于或低于此值,其對(duì)水泥砂漿的增強(qiáng)效果都會(huì)下降。

3.3在保證適當(dāng)強(qiáng)度的情況下,織物增強(qiáng)水泥砂漿中織物的主筋以較細(xì)為好。

3.4為了提高試樣的力學(xué)性能,砂漿的配方及制作工藝有待進(jìn)一步的改進(jìn)。

參考文獻(xiàn):

[1]孟履祥,陶學(xué)康,關(guān)建光,等.芳綸纖維筋有黏結(jié)部分預(yù)應(yīng)力混凝土梁受彎性能研究[J].土木工程學(xué)報(bào),2006,3(39):10-18.

[2]丁大鈞.碳纖維在加筋方面的應(yīng)用及其他[J].江蘇建筑,1994(2):47.

[3]雷渭媛,季鐵正.提高芳綸及其與X4520 基體體系界面的耐濕熱性研究[J].復(fù)合材料學(xué)報(bào),1996,13(3):5-11.