不同砂膠比時玻璃纖維摻量對GRC 抗彎性能影響研究

李宏興 張 健 楊國明

（1 廣州立墻墻體材料有限公司；2 廣州大學土木工程學院）（3 廣州番禺喬興建設安裝工程有限公司）

GRC 具有輕質、高強、隔熱保溫、防水、防火、可加工性良好及價格適中等諸多優點。崔琪認為在水灰比為0.38 和0.4 的兩種情況下，GRC 抗彎強度隨膠砂比的增加而有所降低[1]。但砂膠比的增加對工藝成型影響較大，一般選擇膠砂比為1.00 比較適宜。GRC 的破壞過程不同于普通混凝土的脆性破壞，呈現彈塑性特征，有一個塑性延展過程[2,3]。馮竟竟通過試驗表明，纖維體積摻量在1.5%～2.0%時，隨纖維摻量增加，GRC 的抗折強度顯著增大[4]。

影響GRC 抗彎強度的因素較為復雜，除GRC 配合比外，成型條件也對GRC 抗彎強度產生顯著影響。常見的玻璃纖維加入的方法有噴射法、預混法、鋪網法等。噴射法成型GRC 可以獲得更優異的產品[5]，而預混成型可應用于有一定坡度甚至立面成型，易于制作細膩復雜表面的GRC 制品。本文探討不同砂膠比時玻璃纖維摻量對預混成型GRC 抗彎強度的影響，并通過彎曲應力-位移曲線分析GRC 韌性變化規律。

1 材料與方法

1.1 實驗材料

⑴耐堿玻璃纖維，纖維單絲直徑15μm，玻璃纖維長度為12mm，單股線密度98tex，氧化鋯含量為16.7%，湖北匯爾杰新材料科技股份有限公司產品。

⑵低堿度硫鋁酸鹽水泥（L.SAC），強度等級42.5，廣西云燕特種水泥建材有限公司產品。

⑶河砂，經2.36mm 方孔篩過篩，市售。

⑷減水劑，聚羧酸系高性能減水劑，中交第四航務工程局有限公司下屬材料公司產品。

1.2 實驗方法

實驗參照國家標準《玻璃纖維增強水泥性能試驗方法》GB/T15231－2008 測定GRC 薄板的抗彎荷載-撓度曲線。采用預混澆注法制作10mm 厚GRC 大板，將大板切割成規格為250mm×50mm 的試件用于抗彎試驗（圖1）。實驗在上海華龍測試儀器有限公司的WHY-50 微機控制全自動測試系統上進行，利用實驗機自帶傳感器和軟件系統記錄加載過程的荷載-撓度曲線。

圖1 GRC 抗彎強度試件

2 配合比設計

為考察不同砂膠比時玻璃纖維含量對預混澆注GRC 力學性能的影響，本實驗采用0.75、1.00 和1.25等3 種不同砂膠比，每種砂膠比分別配制玻璃纖維含量為0%、1%、1.5%、2.5%、3%和3.5%的試樣進行實驗。拌合物水膠比為0.4，流動度較低時，加入適當的減水劑來改善漿體的流動度。為減少玻璃纖維的加入對拌合物流動性的影響，實驗采用內摻法，即加入玻璃纖維的同時相應減少等質量的砂子。拌合物的配合比如表1 所示。

表1 拌合物配合比

3 實驗結果分析

3.1 不同砂膠比時玻璃纖維摻量對GRC 抗彎強度的影響

圖2 所示砂膠比為0.75、1.00、1.25 時不同玻璃纖維摻量對GRC 抗彎強度的影響。砂膠比為0.75 時，少量的玻璃纖維加入并沒有提高GRC 的抗彎強度（SL1-2，SL1-3），這是由于少量的玻璃纖維并不對脆性水泥基體起增強作用。當玻璃纖維摻量從1.5%提高到3.5%時，GRC 的抗彎強度隨著玻璃纖維摻量增加而提高（SL1-3，SL1-4，SL1-5）。這是由于當砂膠比為0.75 時，較多的水泥漿體形成致密基體，相應地GRC 強度隨著玻璃纖維增加而穩定提高。

圖2 玻璃纖維摻量與抗彎強度的關系

砂膠比為1.00 時，同樣玻璃纖維摻量過少時，對GRC 的強度貢獻并不明顯。當玻璃纖維摻量從2.5%增加到3%，可以看到GRC 抗彎強度有著顯著的提高，這表明在0.4 水膠比下，較低的玻璃纖維摻量對GRC 的抗彎強度貢獻不明顯。而玻璃纖維增量增加至3.0%時（SL2-5），GRC 抗彎強度顯著提高。但玻璃纖維摻量繼續增高至3.5%時（SL2-6），GRC 的抗彎強度增幅減緩，這是因為過多的玻璃纖維摻量不利于GRC 密實，因而強度無法繼續提高。從圖2 還可以看出，砂膠比為1.00 時，玻璃纖維摻量為3.0%試樣（SL2-5）抗彎強度在所有試樣中是最高的。

當砂膠比為1.25 時，所有不同玻璃纖維摻量的試樣抗彎強度與基準樣數據相差很較小。這是因為高砂膠比時，少量的玻璃纖維既對強度沒有貢獻，也不影響GRC 的結構，因而強度變化不大；當玻璃纖維含量較高時，對GRC 密實度有較明顯影響，降低強度，但同時纖維自身對GRC 強度又有貢獻，兩者共同作用的結果是玻璃纖維摻量的變化對GRC 強度影響不明顯。

3.2 不同砂膠比時玻璃纖維摻量對GRC 彎曲韌性的影響

圖3 為砂膠比為0.75 時不同玻璃纖維摻量GRC 的典型彎曲應力-位移曲線。當玻璃纖維摻量為1.0%時，GRC 的彎曲應力-位移曲線和基準樣（SL1-1）相似，曲線頂部都是尖角狀。隨著玻璃纖維摻量的增加，曲線頂部越來越飽滿。當荷載超過基體能夠承受的最大應力時，玻璃纖維基體共同承擔作用，玻璃纖維的存在導致水泥基質的開裂由單一裂縫快速擴展變成大量裂縫同時出現，從而使水泥基體的韌性得到明顯改善。水泥基體出現裂縫后，玻璃纖維可通過與水泥基體脫粘而由基體中拔出，從而使GRC 具有一定延性[6]。

圖4 和圖5 分別為砂膠比1.00 和1.25 時不同玻璃纖維摻量GRC 的典型彎曲應力-位移曲線。砂膠比為1.25 時，曲線頂部飽滿程度明顯不如砂膠比為0.75 和1.00 的曲線。砂膠比為0.75 和1.00 的曲線飽滿程度近似相同，這說明較高的砂膠比，對GRC 的增韌效果是不利的。且實驗顯示，砂膠比較高時，拌合物流動性差，成型困難，實驗數據波動大。因此，在工程實驗中為保證質量的穩定性，不宜采用較高的砂膠比。

圖3 砂膠比0.75 時不同玻璃纖維摻量GRC 典型彎曲應力-位移曲線

圖4 砂膠比1.00 時不同玻璃纖維摻量GRC 典型彎曲應力-位移曲線

圖5 砂膠比1.25 時不同玻璃纖維摻量GRC 典型彎曲應力-位移曲線

4 結論

通過對不同砂膠比時玻璃纖維摻量對預混澆注GRC 抗彎強度和斷裂韌性影響的研究。在本文給定的實驗條件下得出如下結論：

⑴當砂膠比為0.75、1.00 時，玻璃纖維摻量太少時，對GRC 的強度貢獻很小甚至不起作用。隨著玻璃纖維摻量的繼續增加，GRC 抗彎強度提高。

⑵當砂膠比為1.25 時，玻璃纖維摻量的變化對GRC 抗彎強度影響不明顯。

⑶砂膠比為1.00、玻璃纖維摻量為3.0%時，GRC 具有較高的抗彎強度。

⑷玻璃纖維摻量越高，GRC 韌性越明顯。較高的砂膠比對GRC 的增韌效果是不利的。