GFRP 筋用于模板工程的試驗研究

李 元，張俊澤，劉占占

（武漢輕工大學，湖北 武漢 430023）

1 引言

模板工程作為鋼筋混凝土結構工程重要組成部分，旨在使混凝土按照預先設計好的形狀和尺寸硬化，在建筑工程中占有重要過程。傳統水工建筑模板工程中采用Φ14 螺紋鋼作為模板拉結筋，在混凝土澆筑完成拆模時存在外露螺桿切除困難、施工工序繁瑣、混凝土表面不美觀等缺點，且經長時間腐蝕后水泥砂漿封堵的鋼筋螺桿端頭易銹蝕并逐漸向內部螺桿延伸，造成混凝土滲水。GFRP 筋材自身抗剪性能較差不利于施工且膨脹系數與鋼筋相比較大，與混凝土結合不夠緊密導致抗滲性能較差。對抗滲性能較高的水工建筑中通常不采用GFRP 筋用作模板拉結筋，近年來隨著GFRP 對拉螺栓抗滲問題的解決，將GFRP 筋應用于水工建筑模板工程不僅經濟效益巨大，也有利于推動我國對拉螺栓模板工程與防水事業的發展。

2 試驗材料與方法

2.1 試樣材料

試驗所用的GFRP 筋材由南京鋒暉復合材料有限公司，纖維體積含量約為75%。筋材性能及測試方法嚴格按照《纖維增強復合材料建設工程應用技術規范》（GB 50608—2010）、《土木工程用玻璃纖維增強筋》（JGT406—2013）等標準或規范進行，基本性能參數見表1 玻璃纖維筋力學性能參數表。

表1 玻璃纖維筋力學性能參數表

2.2 試驗方法

新澆筑混凝土的側壓力依次通過面板、方木料（縱肋）和鋼管傳遞給模板拉結筋，而模板拉結筋承受混凝土澆筑過程中的絕大部分側壓力。傳統水工建筑模板工程拉結筋采用Φ14 螺紋鋼，本次試驗采用Φ16GFRP 螺紋筋作為模板拉結筋。參照《水利水電建設工程驗收規程》（SL223-2008）、《建筑施工模板安全技術規范》（JGJ 162-2008），木方料間隔設置為100 mm，拉結筋間隔為400 mm。由于玻璃纖維筋與混凝土結合不密致會導致其抗滲性較差，為提高GFRP 對拉筋的抗滲性，在GFRP 拉結筋中間設置具有微膨脹效果的止水橡膠圈并對橡膠圈和GFRP 筋的接觸面采用緩釋止水膠進行處理，經試驗驗證止水效果良好。

2.3 GFRP 拉結筋模板工程應用試驗

傳統模板工程中Φ14 螺紋鋼拉結筋橫縱間隔設置為450 mm450 mm，為充分利用GFRP 筋高抗拉性及良好錨固性，增大拉結筋橫縱間隔。試驗設計如圖1 所示：模板尺寸為1800 mm900 mm 將四根GFRP 拉結筋置于模型四角位置L1、L2、L3、L4 處，拉結筋橫縱間隔為1600 mm700 mm。對GFRP 拉結筋中段處打磨并粘貼應變片測量荷載施加過程中拉結筋的應變情況，同時對模板側面A0、A1、A2、A3 安裝YHD-100 位移傳感器測量荷載施加過程中模板側面位移變化情況，模板另外一側觀測點記為B0、B1、B2、B3。

圖1 試驗應變片及觀測點

模板側壓力由混凝土自重產生的荷載、混凝土傾倒產生的荷載及振搗產生的荷載組成，根據《建筑施工模板安全技術規范》現澆混凝土自重產生荷載約為40 kN/m2，振搗及傾倒荷載約為2 kN/m2。為了確保荷載施加過程簡單方便，忽略混凝土對模板產生的傾倒荷載及振動棒產生的振搗荷載，采用細度模數2.2～16、顆粒直徑0.25 mm～0.125 mm 細砂代替混凝土進行澆筑試驗，荷載施加每次15 kg 總計32 次澆筑結束。試驗現場見圖2 所示。

圖2 試驗現場

3 試驗結果與分析

3.1 GFRP 拉結筋應變

模板底部GFRP 拉結筋L1、L2 隨著荷載施加不斷增大，模板頂部拉結筋L3、L4 變化較小，模板側壓力主要由底部拉結筋承擔。荷載施加結束時底部拉結筋L1、L2 應變最大為263.5με、289.4με，模板頂部拉結筋L3、L4 分別為33με、36.3με，遠未達到GFRP 筋屈服應變，如圖3、圖4。

圖3 拉結筋應變折線圖

圖4 拉結筋應變柱狀圖

3.2 模板觀測點最大位移

通過32 次澆筑，模板內部被細砂填滿。隨著荷載的施加，模板兩側位移不斷增大，拉結筋的應變也相應增大。荷載施加結束時模板最大位移分別位于模板兩側中心點A0、B0 處大小為4.8 mm 和4.1 mm，其他各觀測點位移較小可忽略不計，如圖5、圖6所示。

圖5 觀測點位移折線圖

圖6 觀測點位移柱狀圖

4 結論

為了研究水工建筑模板工程中璃纖維增強復合材料GFRP 的可行性，通過GFRP 拉結筋模板工程應用試驗、GFRP 筋模板有限元模擬試驗探究了GFRP 筋應力應變分布情況及模板側面產生的最大位移。基于以上試驗結果，得出以下結論：

（1）在GFRP 拉結筋模板工程應用試驗中，荷載施加結束時底部拉結筋L1、L2 應變最大為263.5με、289.4με，模板頂部拉結筋L3、L4 分別為33με、36.3με，遠未達到GFRP 筋屈服應變。

（2）模板兩側最大位移分別為4.8 mm、4.1 mm，根據《水利水電建設工程驗收規程》混凝土平整度滿足規范要求。

（3）GFRP 筋可以有效地替代傳統拉結筋應用于水工建筑模板工程中，經濟性良好。