纖維增強水泥板的受力性能研究

龔勝利

摘 要：近些年，隨著纖維制品的大量使用，國內外專家學者對纖維制品的增強混凝土的研究也日趨增多，將纖維摻入到混凝土中，可以有效增加混凝土的力學性能。為此，本文通過三項試驗對纖維增強水泥板的受力性能進行了分析與探討。

關鍵詞：纖維增強水泥板;受力性能;剪切性能

1 纖維增強多層水泥板剪切性能

因為此結構板是水泥板和纖維網格布的復合材料，為驗證兩者結合的復合性能，進行剪切試驗進行測試，即粘結試驗。測試的原理為利用復合材料內部的剪切應力對試件的影響，因為復合材料之間的應力主要由粘結材料承擔，因此通過測定復合板的軸向承載力，即可得到粘結應力。

粘結試驗中纖維網格布采用5mm網眼玻璃纖維網格布、5mm網眼玄武巖網格布和10mm玄武巖網格布。截取兩塊300mm×600mm的水泥板，涂抹J---302粘 結劑，此時將水泥和結構膠 1：0.6 配比并攪拌均勻，涂抹在底部水泥板毛面上（約 3mm），鋪貼網格布，此時再次在網格布上覆蓋同樣厚度的水泥膠，使網格布能 夠全部浸在水泥膠中，并可以使上下層水泥膠凝固為一體，加蓋上部水泥板，同時與水泥板毛面凝固在一起，將所作試件放在室內干燥的地方并施加均布荷載養護。其中底部水泥板在其上部200mm處截斷，上部水泥板在其下部200mm處截斷，待其養護好后在萬能試驗機上再次進行粘結強度試驗，檢測其中間部分的粘結強度。

粘結試驗為驗證兩者結合的復合性能，進行粘結試驗進行測試。測試的原理為利用復合材料內部的剪切應力對試件的影響，因為復合材料之間的應力主要由粘結材料承擔，因此通過測定復合板的軸向承載力，即可得到粘結應力。試驗過程中水泥板之間的粘結作用力隨著受壓而急劇增加，當達到粘結作用力的極限時，試件破壞，粘結作用力迅速下降，粘結作用力失效。

試驗的數據整理及結果：粘結試驗中，不同類型的纖維網格布的抗剪能力不同，通過計算公式：

T=V/A

式中：

T —剪切應力;

V —粘結面剪力;

A —粘結面面積。

試驗結果如下：

試件1：承載力平均值為4.276，平均粘結強度為5.35MPa;

試件2：承載力平均值為4.189，平均粘結強度為5.24MPa;

試件3：承載力平均值為3.350，平均粘結強度為4.19MPa;

試件4：承載力平均值為3.700，平均粘結強度為4.63MPa。

經試驗可知，粘結作用力的極限承載力為 5.35MPa。水泥板與纖維之間的粘結隨著施加荷載而增加，當達到極限狀態時，纖維網格布與水泥板發生剝離現象，粘結作用消失，試件破壞。試驗過程中，水泥板端部受壓，然后將荷載傳遞到測試部位。試件發生破壞時，由于水泥板之間發生相對滑移，滑移時體積變大，而夾具提供試件一定的膨脹約束力，這就加大了水泥板之間的摩擦力，因此水泥板之間的實際粘結力應小于試驗值。

2 纖維增強多層水泥板的彎折性能

纖維增強水泥板是一種復合材料，屬于板材，測試復合板材的彎曲性能是板材一項重要的力學指標，通過試驗方案設計，采用三點抗彎試驗測量纖維增強多層水泥板的受彎性能，試驗采集記錄跨中變形撓度、荷載等，繪制荷載—位移曲線和應變—撓度曲線。試件尺寸為360mm×60mm×20mm，根據三點抗彎試驗要求，支座距離為 180mm;分配梁距離兩端的支座距離均為90mm。

抗彎試驗在加載時，荷載通過壓頭加載，加上支座，試件受到三點的集中荷載，參考三點抗彎試驗，荷載以 2mm/min 位移的方式加載。試驗通過萬能試驗機自身的傳感器采集荷載及位移，利用 Strain Book616 數據采集儀采集應變。

試件在受到三點集中荷載的作用力時，試件類似簡支梁受到跨中兩個集中荷載，隨著壓頭上的荷載增加，復合板下部處于受拉狀態，上部處于受壓狀態，因為纖維不具備抗壓能力，所以復合板中的纖維網格布均受到拉力作用，此拉力由水泥板提供，即水泥板之間的粘結作用。隨著試驗力的增加，下部水泥板首先出現裂縫，然后上部水泥板因受壓而擠壓破壞，水泥板破壞后，因水泥板提供粘結作用， 促使纖維還在繼續承擔外部荷載，此時復合板的破壞屬塑性破壞。當荷載達到纖維的抗拉強度時，纖維斷裂，整個系統破壞，實驗結束。

3 纖維增強多層水泥板的沖擊韌性性能

纖維增強水泥板的抗沖擊性能也是墻體材料的重要力學指標。沖擊韌性試驗采用自由落體沖擊試驗方法。試件：試件尺寸為600mm× 600mm×厚度，每組4 個?？箾_擊試驗中，采用重1.5 kg的圓球，圓球從600mm高度處自由下落沖擊水泥板。在復合板的跨中位置粘貼應變片，采集復合板在受到沖擊過程中受到的變形。復合板放置在支座上，兩支座之間的距離為600mm， 使復合板呈簡支狀態。圓球從靜止狀態自由下落沖擊復合板，記錄水泥板發生初裂時圓球的沖擊次數，經多次沖擊后，直至擊穿復合板時記錄擊穿次數。當裂縫貫穿整個截面延伸到試件上表面時的沖擊次數視為破壞沖擊次數。

纖維增強水泥板受到圓球沖擊時，因水泥板本身的抗沖擊性能不良，因此圓球第一次沖擊纖維增強水泥板時，下層水泥板就發生斷裂破壞，水泥板發生破壞后，由于纖維本身的良好的抗拉性能發揮作用，繼續使復合板呈整體性。這就說明纖維增強水泥板中纖維能夠吸收足夠的破壞能量，雖然纖維增強水泥板受到沖擊作用的瞬間就發生破壞，但纖維的優異性能能夠保證整個系統的安全性能。通過抗沖擊試驗，對纖維增強多層水泥受到沖擊作用力時的性能進行分析，得到水泥板發生破壞的次數，根據試驗測得復合水泥板的抗沖擊能234千焦，延性指標為 25;延性指標數值的大小直接體現復合板的抗沖擊性能大小，數值越大，說明復合板在受到沖擊后直至完全破壞所能承受的能力越大，反之越小。

4 結束語

綜上所述，通過纖維增強混凝土抗壓、抗拉等力學性能研究發現，將纖維等增強材料摻加到水泥基材料，可有效提高水泥基材料抗拉、抗彎、防裂及防變形能力。為此，本文提出了通過三項不同的試驗方法，更好地分析與掌握纖維增強水泥板的受力性能，提高纖維增強水泥板的應用效果。

參考文獻：

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