TRC永久模板疊合混凝土梁界面性能試驗(yàn)研究

李存錢，孫舒

（1.正太集團(tuán)有限公司，江蘇 泰州 225300；2.泰州職業(yè)技術(shù)學(xué)院，江蘇 泰州 225300）

0 引言

TRC織物增強(qiáng)混凝土是通過(guò)將碳纖維網(wǎng)、耐堿玻璃纖維網(wǎng)、玄武巖纖維網(wǎng)等與高性能細(xì)骨料混凝土相結(jié)合而成[1]。纖維網(wǎng)極好的耐腐蝕性不需要混凝土作為其保護(hù)層，從而TRC構(gòu)件厚度可以做到極薄（厚度達(dá)到1 cm）。將TRC制成永久性模板，具有極好的力學(xué)性能和耐腐蝕性。試驗(yàn)主要研究了TRC板材界面處理方式對(duì)增強(qiáng)鋼筋混凝土（RC）梁的影響。

1 試驗(yàn)材料

1.1 混凝土

本試驗(yàn)采用C40現(xiàn)澆混凝土，其配合比為水泥∶粉煤灰∶砂∶碎石∶減水劑=1∶0.44∶3.04∶4.28∶0.025∶0.7數(shù)字化材料。現(xiàn)澆混凝土采用海螺牌普通硅酸鹽水泥（P·O 42.5），普通河砂（4.75 mm方孔篩過(guò)篩），碎石（最大粒徑25 mm），Ⅱ級(jí)粉煤灰，減水劑（減水能力為20%），混凝土抗壓強(qiáng)度平均值為41.3 MPa。

1.2 TRC高性能水泥基復(fù)合材料

細(xì)骨料采用表觀密度為2.738 g/cm3、堆積密度為1.6 g/cm3、細(xì)度模數(shù)為2.7的河砂。實(shí)測(cè)砂的最大粒徑為2 mm、含泥量為0.94%、含水率為2.04%。水泥、粉煤灰、減水劑同前文1.1。

水泥基復(fù)合材料配合比見表1。依據(jù)JGJ/T 98—2010《砌筑砂漿配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》和GB/T7897—2008《鋼絲網(wǎng)水泥用砂漿力學(xué)性能試驗(yàn)方法》制作40 mm×40 mm×160 mm的試件，測(cè)試其抗折強(qiáng)度為12.3 MPa、抗壓強(qiáng)度為76.2 MPa。證明了按照試驗(yàn)配合比制備的水泥基體滿足強(qiáng)度要求。

表1 水泥基復(fù)合材料配合比 /（kg/m3）

1.3 纖維織物

本試驗(yàn)采用的碳纖維織物增強(qiáng)材料是宜興市宏光碳纖維廠生產(chǎn)，網(wǎng)格尺寸10 mm×10 mm，其增強(qiáng)作用主要由經(jīng)向纖維束承擔(dān)。

2 試驗(yàn)方案

根據(jù)GB/T50081—2019《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范》規(guī)定，普通混凝土梁和疊合梁截面尺寸如圖1所示，梁長(zhǎng)度為600 mm。首先根據(jù)試驗(yàn)方案制備不同的TRC模板，再與后澆筑混凝土形成疊合梁。對(duì)疊合梁與普通梁進(jìn)行抗折試驗(yàn)，研究模板與混凝土梁協(xié)同工作能力，并與同尺寸普通混凝土梁的力學(xué)性能對(duì)照，分析表面處理方式對(duì)疊合構(gòu)件力學(xué)性能的影響。試驗(yàn)方案如表2所示。表面處理方式采用當(dāng)TRC模板初凝后，以一定厚度（2 mm、3 mm、4 mm、5 mm）模具在模板表面擠壓形成。為了研究試驗(yàn)梁受力及變形，在梁底跨中截面處粘貼3個(gè)應(yīng)變片。

圖1 普通混凝土梁與TRC疊合梁截面

表2 試驗(yàn)方案

按圖1安裝試件和試驗(yàn)裝置，試件安裝的位置應(yīng)準(zhǔn)確無(wú)誤。試件表面平整能夠與加荷頭平穩(wěn)接觸。加載程序?yàn)椋哼_(dá)到整數(shù)荷載后持載60 s讀數(shù)，加載速度控制在0.05 MPa/s。

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

由于素混凝土梁中未配置鋼筋，因此在加載過(guò)程中表現(xiàn)為明顯的脆性破壞，即初中期變形小，裂縫幾乎沒有，后期試件突然破壞。TRC中纖維網(wǎng)的作用類似于鋼筋，但由于配置量少且TRC模板與素混凝土的粘結(jié)性能影響，疊合梁的破壞形式也為脆性破壞，但是其承載能力有所提高，且和素混凝土梁相比，抗變形能力明顯提高。

3.1 纖維網(wǎng)層數(shù)的影響

圖2為素混凝土梁和永久模板中0、1、2層纖維網(wǎng)，表面處理深度為2 mm疊合梁的荷載-應(yīng)變曲線。素混凝土梁表現(xiàn)出明顯的脆性破壞，加載的初中期未出現(xiàn)明顯裂縫，隨著荷載增大至15 kN，試件梁底跨中應(yīng)變達(dá)到240με時(shí)迅速破壞。T0C40S2試件（模板內(nèi)不配置纖維網(wǎng)，表面處理深度為2 mm）極限荷載也基本相同，加載中期較素混凝土梁有一定的變形，但基本可以忽略不計(jì)。

圖2 纖維網(wǎng)層數(shù)對(duì)疊合梁力學(xué)性能的影響

試件T1C40S2與T2C40S2分別配置1層和2層碳纖維網(wǎng)。其承載能力與抗變形能力均有明顯提高。在荷載小于15 kN時(shí)，相同荷載條件下變形較素混凝土梁略大，推測(cè)其原因是疊合梁的模板與梁之間的變形存在一定的不協(xié)調(diào)。當(dāng)荷載超過(guò)15 kN后，碳纖維網(wǎng)進(jìn)入“緊繃”狀態(tài)，形成“類鋼筋”機(jī)制約束梁底變形，曲線變緩。當(dāng)加載至后期時(shí)，可以聽到纖維斷裂的聲音。極限荷載從15 kN提高到17 kN和18 kN，提高了13.3%和20%。更為顯著的是其抗變形能力的提升，從240με提高至450με和530με。碳纖維網(wǎng)抗拉性能強(qiáng)、在疊合梁中充當(dāng)了鋼筋的作用，提高了疊合梁的抗折強(qiáng)度和抗變形能力。但是由于纖維網(wǎng)與水泥基的結(jié)合能力、模板與梁界面的結(jié)合能力較差，其力學(xué)性能并沒有充分發(fā)揮。

3.2 TRC永久模板表面處理方式

圖3為永久模板處理深度對(duì)素梁和模板不同處理深度疊合梁的荷載-應(yīng)變曲線。隨著永久模板表面處理深度的增加，梁的極限荷載迅速增加。素混凝土梁的極限荷載為15 kN，疊合梁表面未處理的極限荷載未增加，但抗應(yīng)變能力有所增加，說(shuō)明永久模板能有效提升抗變形能力。而隨著表面處理深度增加至2 mm和4 mm，疊合梁的極限荷載和抗應(yīng)變能力相比素混凝土梁均得到顯著提高。

圖3 結(jié)合面處理對(duì)疊合梁力學(xué)性能的影響

3.3 試件抗折強(qiáng)度

表3 各試件的抗折強(qiáng)度

4 結(jié)論

（1）疊合梁中模板與現(xiàn)澆混凝土粘結(jié)牢固，共同受力，協(xié)同工作。

（2）疊合梁中表面處理深度對(duì)梁的強(qiáng)度影響明顯，模板表面自然粗糙與梁的粘結(jié)性能并不能夠充分發(fā)揮TRC模板的性能。當(dāng)表面處理深度達(dá)到2 mm和4 mm時(shí)，模板的力學(xué)性能顯著改善。

（3）疊合梁中碳纖維網(wǎng)在加載后期起“類鋼筋”的作用，增大了疊合梁的承載能力，提高了梁的抗變形能力，破壞前有預(yù)兆。

（4）后期將對(duì)碳纖維網(wǎng)采用環(huán)氧樹脂和黏砂處理，提高碳纖維網(wǎng)與水泥基復(fù)合材料的粘結(jié)性能，從而提高疊合梁強(qiáng)度。