龔勝利

摘 要：近些年，隨著纖維制品的大量使用，國內(nèi)外專家學(xué)者對纖維制品的增強(qiáng)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(xué)性能。為此，本文通過三項(xiàng)試驗(yàn)對纖維增強(qiáng)水泥板的受力性能進(jìn)行了分析與探討。

關(guān)鍵詞：纖維增強(qiáng)水泥板;受力性能;剪切性能

1 纖維增強(qiáng)多層水泥板剪切性能

因?yàn)榇私Y(jié)構(gòu)板是水泥板和纖維網(wǎng)格布的復(fù)合材料，為驗(yàn)證兩者結(jié)合的復(fù)合性能，進(jìn)行剪切試驗(yàn)進(jìn)行測試，即粘結(jié)試驗(yàn)。測試的原理為利用復(fù)合材料內(nèi)部的剪切應(yīng)力對試件的影響，因?yàn)閺?fù)合材料之間的應(yīng)力主要由粘結(jié)材料承擔(dān)，因此通過測定復(fù)合板的軸向承載力，即可得到粘結(jié)應(yīng)力。

粘結(jié)試驗(yàn)中纖維網(wǎng)格布采用5mm網(wǎng)眼玻璃纖維網(wǎng)格布、5mm網(wǎng)眼玄武巖網(wǎng)格布和10mm玄武巖網(wǎng)格布。截取兩塊300mm×600mm的水泥板，涂抹J---302粘 結(jié)劑，此時將水泥和結(jié)構(gòu)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(wǎng)格布，此時再次在網(wǎng)格布上覆蓋同樣厚度的水泥膠，使網(wǎng)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(nèi)干燥的地方并施加均布荷載養(yǎng)護(hù)。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(yǎng)護(hù)好后在萬能試驗(yàn)機(jī)上再次進(jìn)行粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)，檢測其中間部分的粘結(jié)強(qiáng)度。

粘結(jié)試驗(yàn)為驗(yàn)證兩者結(jié)合的復(fù)合性能，進(jìn)行粘結(jié)試驗(yàn)進(jìn)行測試。測試的原理為利用復(fù)合材料內(nèi)部的剪切應(yīng)力對試件的影響，因?yàn)閺?fù)合材料之間的應(yīng)力主要由粘結(jié)材料承擔(dān)，因此通過測定復(fù)合板的軸向承載力，即可得到粘結(jié)應(yīng)力。試驗(yàn)過程中水泥板之間的粘結(jié)作用力隨著受壓而急劇增加，當(dāng)達(dá)到粘結(jié)作用力的極限時，試件破壞，粘結(jié)作用力迅速下降，粘結(jié)作用力失效。

試驗(yàn)的數(shù)據(jù)整理及結(jié)果：粘結(jié)試驗(yàn)中，不同類型的纖維網(wǎng)格布的抗剪能力不同，通過計算公式：

T=V/A

式中：

T —剪切應(yīng)力;

V —粘結(jié)面剪力;

A —粘結(jié)面面積。

試驗(yàn)結(jié)果如下：

試件1：承載力平均值為4.276，平均粘結(jié)強(qiáng)度為5.35MPa;

試件2：承載力平均值為4.189，平均粘結(jié)強(qiáng)度為5.24MPa;

試件3：承載力平均值為3.350，平均粘結(jié)強(qiáng)度為4.19MPa;

試件4：承載力平均值為3.700，平均粘結(jié)強(qiáng)度為4.63MPa。

經(jīng)試驗(yàn)可知，粘結(jié)作用力的極限承載力為 5.35MPa。水泥板與纖維之間的粘結(jié)隨著施加荷載而增加，當(dāng)達(dá)到極限狀態(tài)時，纖維網(wǎng)格布與水泥板發(fā)生剝離現(xiàn)象，粘結(jié)作用消失，試件破壞。試驗(yàn)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(fā)生破壞時，由于水泥板之間發(fā)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(shí)際粘結(jié)力應(yīng)小于試驗(yàn)值。

2 纖維增強(qiáng)多層水泥板的彎折性能

纖維增強(qiáng)水泥板是一種復(fù)合材料，屬于板材，測試復(fù)合板材的彎曲性能是板材一項(xiàng)重要的力學(xué)指標(biāo)，通過試驗(yàn)方案設(shè)計，采用三點(diǎn)抗彎試驗(yàn)測量纖維增強(qiáng)多層水泥板的受彎性能，試驗(yàn)采集記錄跨中變形撓度、荷載等，繪制荷載—位移曲線和應(yīng)變—撓度曲線。試件尺寸為360mm×60mm×20mm，根據(jù)三點(diǎn)抗彎試驗(yàn)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(yàn)在加載時，荷載通過壓頭加載，加上支座，試件受到三點(diǎn)的集中荷載，參考三點(diǎn)抗彎試驗(yàn)，荷載以 2mm/min 位移的方式加載。試驗(yàn)通過萬能試驗(yàn)機(jī)自身的傳感器采集荷載及位移，利用 Strain Book616 數(shù)據(jù)采集儀采集應(yīng)變。

試件在受到三點(diǎn)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(fù)合板下部處于受拉狀態(tài)，上部處于受壓狀態(tài)，因?yàn)槔w維不具備抗壓能力，所以復(fù)合板中的纖維網(wǎng)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(jié)作用。隨著試驗(yàn)力的增加，下部水泥板首先出現(xiàn)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(jié)作用， 促使纖維還在繼續(xù)承擔(dān)外部荷載，此時復(fù)合板的破壞屬塑性破壞。當(dāng)荷載達(dá)到纖維的抗拉強(qiáng)度時，纖維斷裂，整個系統(tǒng)破壞，實(shí)驗(yàn)結(jié)束。

3 纖維增強(qiáng)多層水泥板的沖擊韌性性能

纖維增強(qiáng)水泥板的抗沖擊性能也是墻體材料的重要力學(xué)指標(biāo)。沖擊韌性試驗(yàn)采用自由落體沖擊試驗(yàn)方法。試件：試件尺寸為600mm× 600mm×厚度，每組4 個?？箾_擊試驗(yàn)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(fù)合板的跨中位置粘貼應(yīng)變片，采集復(fù)合板在受到?jīng)_擊過程中受到的變形。復(fù)合板放置在支座上，兩支座之間的距離為600mm， 使復(fù)合板呈簡支狀態(tài)。圓球從靜止?fàn)顟B(tài)自由下落沖擊復(fù)合板，記錄水泥板發(fā)生初裂時圓球的沖擊次數(shù)，經(jīng)多次沖擊后，直至擊穿復(fù)合板時記錄擊穿次數(shù)。當(dāng)裂縫貫穿整個截面延伸到試件上表面時的沖擊次數(shù)視為破壞沖擊次數(shù)。

纖維增強(qiáng)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(qiáng)水泥板時，下層水泥板就發(fā)生斷裂破壞，水泥板發(fā)生破壞后，由于纖維本身的良好的抗拉性能發(fā)揮作用，繼續(xù)使復(fù)合板呈整體性。這就說明纖維增強(qiáng)水泥板中纖維能夠吸收足夠的破壞能量，雖然纖維增強(qiáng)水泥板受到?jīng)_擊作用的瞬間就發(fā)生破壞，但纖維的優(yōu)異性能能夠保證整個系統(tǒng)的安全性能。通過抗沖擊試驗(yàn)，對纖維增強(qiáng)多層水泥受到?jīng)_擊作用力時的性能進(jìn)行分析，得到水泥板發(fā)生破壞的次數(shù)，根據(jù)試驗(yàn)測得復(fù)合水泥板的抗沖擊能234千焦，延性指標(biāo)為 25;延性指標(biāo)數(shù)值的大小直接體現(xiàn)復(fù)合板的抗沖擊性能大小，數(shù)值越大，說明復(fù)合板在受到?jīng)_擊后直至完全破壞所能承受的能力越大，反之越小。

4 結(jié)束語

綜上所述，通過纖維增強(qiáng)混凝土抗壓、抗拉等力學(xué)性能研究發(fā)現(xiàn)，將纖維等增強(qiáng)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(xiàng)不同的試驗(yàn)方法，更好地分析與掌握纖維增強(qiáng)水泥板的受力性能，提高纖維增強(qiáng)水泥板的應(yīng)用效果。

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