不同砂膠比時(shí)玻璃纖維摻量對(duì)GRC 抗彎性能影響研究

李宏興 張 健 楊國(guó)明

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

GRC 具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、隔熱保溫、防水、防火、可加工性良好及價(jià)格適中等諸多優(yōu)點(diǎn)。崔琪認(rèn)為在水灰比為0.38 和0.4 的兩種情況下，GRC 抗彎強(qiáng)度隨膠砂比的增加而有所降低[1]。但砂膠比的增加對(duì)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(xiàn)彈塑性特征，有一個(gè)塑性延展過程[2,3]。馮竟竟通過試驗(yàn)表明，纖維體積摻量在1.5%～2.0%時(shí)，隨纖維摻量增加，GRC 的抗折強(qiáng)度顯著增大[4]。

影響GRC 抗彎強(qiáng)度的因素較為復(fù)雜，除GRC 配合比外，成型條件也對(duì)GRC 抗彎強(qiáng)度產(chǎn)生顯著影響。常見的玻璃纖維加入的方法有噴射法、預(yù)混法、鋪網(wǎng)法等。噴射法成型GRC 可以獲得更優(yōu)異的產(chǎn)品[5]，而預(yù)混成型可應(yīng)用于有一定坡度甚至立面成型，易于制作細(xì)膩復(fù)雜表面的GRC 制品。本文探討不同砂膠比時(shí)玻璃纖維摻量對(duì)預(yù)混成型GRC 抗彎強(qiáng)度的影響，并通過彎曲應(yīng)力-位移曲線分析GRC 韌性變化規(guī)律。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

⑴耐堿玻璃纖維，纖維單絲直徑15μm，玻璃纖維長(zhǎng)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(chǎn)品。

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

⑶河砂，經(jīng)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(wù)工程局有限公司下屬材料公司產(chǎn)品。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)參照國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)《玻璃纖維增強(qiáng)水泥性能試驗(yàn)方法》GB/T15231－2008 測(cè)定GRC 薄板的抗彎荷載-撓度曲線。采用預(yù)混澆注法制作10mm 厚GRC 大板，將大板切割成規(guī)格為250mm×50mm 的試件用于抗彎試驗(yàn)（圖1）。實(shí)驗(yàn)在上海華龍測(cè)試儀器有限公司的WHY-50 微機(jī)控制全自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)上進(jìn)行，利用實(shí)驗(yàn)機(jī)自帶傳感器和軟件系統(tǒng)記錄加載過程的荷載-撓度曲線。

圖1 GRC 抗彎強(qiáng)度試件

2 配合比設(shè)計(jì)

為考察不同砂膠比時(shí)玻璃纖維含量對(duì)預(yù)混澆注GRC 力學(xué)性能的影響，本實(shí)驗(yàn)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(jìn)行實(shí)驗(yàn)。拌合物水膠比為0.4，流動(dòng)度較低時(shí)，加入適當(dāng)?shù)臏p水劑來改善漿體的流動(dòng)度。為減少玻璃纖維的加入對(duì)拌合物流動(dòng)性的影響，實(shí)驗(yàn)采用內(nèi)摻法，即加入玻璃纖維的同時(shí)相應(yīng)減少等質(zhì)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(shí)驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 不同砂膠比時(shí)玻璃纖維摻量對(duì)GRC 抗彎強(qiáng)度的影響

圖2 所示砂膠比為0.75、1.00、1.25 時(shí)不同玻璃纖維摻量對(duì)GRC 抗彎強(qiáng)度的影響。砂膠比為0.75 時(shí)，少量的玻璃纖維加入并沒有提高GRC 的抗彎強(qiáng)度（SL1-2，SL1-3），這是由于少量的玻璃纖維并不對(duì)脆性水泥基體起增強(qiáng)作用。當(dāng)玻璃纖維摻量從1.5%提高到3.5%時(shí)，GRC 的抗彎強(qiáng)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(dāng)砂膠比為0.75 時(shí)，較多的水泥漿體形成致密基體，相應(yīng)地GRC 強(qiáng)度隨著玻璃纖維增加而穩(wěn)定提高。

圖2 玻璃纖維摻量與抗彎強(qiáng)度的關(guān)系

砂膠比為1.00 時(shí)，同樣玻璃纖維摻量過少時(shí)，對(duì)GRC 的強(qiáng)度貢獻(xiàn)并不明顯。當(dāng)玻璃纖維摻量從2.5%增加到3%，可以看到GRC 抗彎強(qiáng)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(duì)GRC 的抗彎強(qiáng)度貢獻(xiàn)不明顯。而玻璃纖維增量增加至3.0%時(shí)（SL2-5），GRC 抗彎強(qiáng)度顯著提高。但玻璃纖維摻量繼續(xù)增高至3.5%時(shí)（SL2-6），GRC 的抗彎強(qiáng)度增幅減緩，這是因?yàn)檫^多的玻璃纖維摻量不利于GRC 密實(shí)，因而強(qiáng)度無法繼續(xù)提高。從圖2 還可以看出，砂膠比為1.00 時(shí)，玻璃纖維摻量為3.0%試樣（SL2-5）抗彎強(qiáng)度在所有試樣中是最高的。

當(dāng)砂膠比為1.25 時(shí)，所有不同玻璃纖維摻量的試樣抗彎強(qiáng)度與基準(zhǔn)樣數(shù)據(jù)相差很較小。這是因?yàn)楦呱澳z比時(shí)，少量的玻璃纖維既對(duì)強(qiáng)度沒有貢獻(xiàn)，也不影響GRC 的結(jié)構(gòu)，因而強(qiáng)度變化不大；當(dāng)玻璃纖維含量較高時(shí)，對(duì)GRC 密實(shí)度有較明顯影響，降低強(qiáng)度，但同時(shí)纖維自身對(duì)GRC 強(qiáng)度又有貢獻(xiàn)，兩者共同作用的結(jié)果是玻璃纖維摻量的變化對(duì)GRC 強(qiáng)度影響不明顯。

3.2 不同砂膠比時(shí)玻璃纖維摻量對(duì)GRC 彎曲韌性的影響

圖3 為砂膠比為0.75 時(shí)不同玻璃纖維摻量GRC 的典型彎曲應(yīng)力-位移曲線。當(dāng)玻璃纖維摻量為1.0%時(shí)，GRC 的彎曲應(yīng)力-位移曲線和基準(zhǔn)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(dāng)荷載超過基體能夠承受的最大應(yīng)力時(shí)，玻璃纖維基體共同承擔(dān)作用，玻璃纖維的存在導(dǎo)致水泥基質(zhì)的開裂由單一裂縫快速擴(kuò)展變成大量裂縫同時(shí)出現(xiàn)，從而使水泥基體的韌性得到明顯改善。水泥基體出現(xiàn)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(shí)不同玻璃纖維摻量GRC 的典型彎曲應(yīng)力-位移曲線。砂膠比為1.25 時(shí)，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(duì)GRC 的增韌效果是不利的。且實(shí)驗(yàn)顯示，砂膠比較高時(shí)，拌合物流動(dòng)性差，成型困難，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)波動(dòng)大。因此，在工程實(shí)驗(yàn)中為保證質(zhì)量的穩(wěn)定性，不宜采用較高的砂膠比。

圖3 砂膠比0.75 時(shí)不同玻璃纖維摻量GRC 典型彎曲應(yīng)力-位移曲線

圖4 砂膠比1.00 時(shí)不同玻璃纖維摻量GRC 典型彎曲應(yīng)力-位移曲線

圖5 砂膠比1.25 時(shí)不同玻璃纖維摻量GRC 典型彎曲應(yīng)力-位移曲線

4 結(jié)論

通過對(duì)不同砂膠比時(shí)玻璃纖維摻量對(duì)預(yù)混澆注GRC 抗彎強(qiáng)度和斷裂韌性影響的研究。在本文給定的實(shí)驗(yàn)條件下得出如下結(jié)論：

⑴當(dāng)砂膠比為0.75、1.00 時(shí)，玻璃纖維摻量太少時(shí)，對(duì)GRC 的強(qiáng)度貢獻(xiàn)很小甚至不起作用。隨著玻璃纖維摻量的繼續(xù)增加，GRC 抗彎強(qiáng)度提高。

⑵當(dāng)砂膠比為1.25 時(shí)，玻璃纖維摻量的變化對(duì)GRC 抗彎強(qiáng)度影響不明顯。

⑶砂膠比為1.00、玻璃纖維摻量為3.0%時(shí)，GRC 具有較高的抗彎強(qiáng)度。

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