玻璃纖維對再生骨料板力學性能的作用
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摘要：本工作選用165g、135g和100g三種不同克重的纖維網格鋪設制成再生細骨料纖維增強板，纖維鋪設層數(shù)選用2層和4層，研究纖維種類、鋪設方式對再生細骨料板材的抗折強度和抗沖擊性能的影響規(guī)律。研究表明，纖維網格布有助于提升板材的抗折強度，增加纖維網格布的鋪設層數(shù)可以顯著提高纖維增強再生細骨料板材的抗折強度和抗沖擊性能。纖維增強板材的抗沖擊性能并不隨著纖維克重的增加而線性增加。本試驗中XW2板材抗折強度和抗沖擊性能良好。
關鍵詞：玻璃纖維；抗折強度；抗沖擊；自流平砂漿
引言
裝配式建筑是現(xiàn)階段建筑發(fā)展的主要趨勢，而預制墻板是裝配式建筑必不可少的組成部分。玻璃纖維增強水泥(Glassfiberreinforcedcement，簡稱GRC)墻板，具有輕質、高強、抗沖擊、防火、耐水、易于加工成型及裝飾效果好等優(yōu)點。采用GRC板外墻保溫系統(tǒng)具有自重輕、厚度薄、施工方便、節(jié)能效果顯著、無污染等優(yōu)點，其可用于高層建筑，多層建筑以及舊房屋節(jié)能改造［1］。賈東禮［2］通過理論計算推出公式，對GRC板的制作工藝和施工進行了優(yōu)化改進，將轉角處薄弱部分的內側板變?yōu)閷嵭陌宀⒂门蛎浰芰厢敿庸蹋欢ǔ潭壬细纳屏薌RC墻板的抗震性能，增強了板的抗裂能力。王宗志［3］將高性能的無機非金屬材料GF纖維和半透明集束狀的纖維PPF材料加入混凝土中進行改性增強效果分析，認為單摻GF能夠較好提升混凝土的抗折性能，摻入纖維在一定程度上會降低混凝土的抗壓強度，但總體影響趨勢不大。鄧宗才［4］設置一種動能沖量對纖維混凝土進行沖擊試驗，認為粗聚丙烯纖維和玻璃纖維能有效增強混凝土的抗沖擊性能。經過多次沖擊試驗后發(fā)現(xiàn)，粗聚丙烯纖維的帶縫工作能力優(yōu)于玻璃纖維。已有研究對整體板性能的關注較少，而玻璃纖維的增強效果不僅僅局限于抗折和抗壓強度，還體現(xiàn)在增加韌性上。本工作選擇建筑垃圾再生細骨料及自流平砂漿作為GRC墻板的基礎材料，研究玻璃纖維增強自流平砂漿墻板抗折強度和抗沖擊性能，進而分析玻璃纖維對再生細骨料砂漿墻板的作用效果。
1實驗
1．1原材料
試驗采用42．5快硬硫鋁酸鹽水泥，Ⅱ級粉煤灰，活性指數(shù)為115的硅灰，再生細骨料，表觀密度為0．5g/cm3的松木鋸末，耐堿玻璃纖維網格布(克重分別為130g、125g和100g)，憎水劑，聚羧酸減水劑等。
1．2配合比設計
表1為根據(jù)前期大量試驗確定的自流平砂漿配比，其中再生細骨料采用三種級配，即由4．75～1．18mm大顆粒、1．18～0．3mm中顆粒以及0．3mm以下的小顆粒按照一定的比例組合而成。表2為玻璃纖維增強板材中纖維的布置設計。
1．3試驗方法
1．3．1板的制作方法首先將水泥、木屑、礦物摻合料等粉料混合均勻，再將水、減水劑、憎水劑等液相混合均勻。在砂漿攪拌機中先加入液相再加入粉料，攪拌15s后加入再生細骨料，繼續(xù)攪拌4min制得自流平砂漿，將砂漿裝入自主設計的300mm!120mm!12mm矩形模具中，見圖1。用不同深度的刮板刮平，分別鋪設不同克重的二層或四層耐堿玻璃纖維網格布，網格布等分鋪設在板的內部，再填入砂漿刮平，重復以上步驟直至裝滿模具，24h后脫模，標準養(yǎng)護3d、7d后測試板材的抗折強度和抗沖擊性能。
1．3．2抗折強度測定方法抗折試驗選用四點加載的方式，板材抗折受力簡圖如圖2所示。支座距離為L，板材寬度為b，厚度為h，壓頭所提供的總力為F，每個壓頭的分力為F/2。根據(jù)公式(1)可計算抗折強度:mm，b=120mm，h=12mm?？拐墼囼瀶A具如圖3所示。
1．3．3沖擊性能試驗方法圖4a為沖擊試驗機。預先進行試驗確定合適的落錘和適宜的落錘高度。為了保證落錘下落中不翻滾，對沖擊面的沖擊較為穩(wěn)定，錘身選用圓柱形，錘頭為圓錐，如圖4b所示。落錘質量為5kg，直徑為30mm，下落高度為20cm。下落方式為自由落體，每次落錘下落的高度保持一致。記錄板試樣被破壞時的沖擊次數(shù)，并且記錄每次沖擊后板試樣的沖擊破壞面直徑(mm)。當落錘沖擊作用所形成的圓形凹痕直徑超過30mm(即落錘錘頭直徑)時停止沖擊。
2結果分析
2．1折彎對板材性能的影響規(guī)律
按照表1的配合比、表2所示的纖維種類制成玻璃纖維再生細骨料砂漿板材，測定標養(yǎng)3d和7d的抗折強度，結果見圖5和圖6。從圖5和圖6中可以看出，纖維的層數(shù)對板的抗折強度有顯著影響，隨著纖維層數(shù)的增多，抗折強度有明顯提高。此外，由于采用的水泥為快硬硫鋁酸鹽，因此3d和7d兩個齡期的強度差異非常小。當鋪設2層纖維網格布的纖維克重為165時，板材的3d和7d抗折強度較高。而當鋪設4層纖維網格布的纖維克重為135時，板材3d和7d抗折強度均最高，如其3d抗折強度達到了16．3MPa，相比另外兩組提高了約25%。綜上所述，對應于本試驗所選定的砂漿配比，應優(yōu)先選擇XW2纖維制作板材。
2．2沖擊對板材性能的影響規(guī)律
板材標準養(yǎng)護3d和7d時，測定每一次受沖擊面的直徑及沖擊破壞時的次數(shù)，結果見圖7～圖10。由圖7和圖8可知，鋪設2層纖維網格布的板材被破壞時，XW3纖維網格布板材的破壞面積最大;而XW2纖維網格布板材的破壞面積較小，且可以承受的沖擊次數(shù)最多，達到5次。在初始沖擊時，XW1纖維網格布板材出現(xiàn)較大的破壞面積，但隨著沖擊次數(shù)的增加，破壞面積增加速率逐漸減緩。觀察圖9和圖10可見，鋪設4層纖維網格布的板材被破壞時，XW3纖維網格布板材破壞面積最大;XW2纖維網格布板材可以承受的沖擊次數(shù)最多，3d齡期時為6次，7d齡期時達到7次，承受的沖擊次數(shù)超過了2層纖維網格布板材;XW1纖維網格布板材破壞時沖擊面直徑最小。綜上所述，采用XW2纖維制作的板材承受的沖擊次數(shù)最多，采用XW1纖維制作板材沖擊破壞面積最小，也能承受較多的沖擊次數(shù)。2．
3討論
板材的抗折強度及抗沖擊性能取決于纖維網格布的強度、砂漿的強度及砂漿與纖維的粘結強度等。采用相同砂漿時，板材的性能主要由纖維的強度和纖維與砂漿的粘結強度決定。通常纖維的克重越大，其抗拉強度越高。當鋪設2層纖維網格布時，觀察板材的破壞形式(見圖11)發(fā)現(xiàn)，破壞主要表現(xiàn)為纖維斷裂，板材的抗折強度主要由纖維抗拉強度保障。因此XW1纖維增強板材的抗折強度較高。當鋪設4層纖維網格布時，XW2纖維使板材的抗折強度最高，觀察板材破壞形式(見圖12)發(fā)現(xiàn)，主要為拉斷纖維，可以認為135克重纖維網格布鋪設4層時能夠顯著增強板材的抗折強度，其且與砂漿間的粘結作用強，可協(xié)同抵抗板受到彎曲的荷載，使纖維的抗拉性能得到很好發(fā)揮。觀察發(fā)現(xiàn)，XW1纖維板材整體破壞形態(tài)表現(xiàn)為纖維拔出，砂漿層斷裂。雖然XW1纖維網格布的抗拉能力更好，但是由于砂漿強度較低，兩者的協(xié)同作用較差，砂漿層先于纖維破壞，反而使板材的抗折強度較低。而XW3纖維自身抗拉伸能力較差，導致板材的抗折強度較低?？傊?，當砂漿強度和纖維抗拉強度相匹配時，才能夠很好發(fā)揮各自的作用，使板材的抗折強度達到最高。同理，板材的抗沖擊能力除了和纖維的強度有關外，更主要的是取決于砂漿強度與纖維強度的合理搭配。XW2纖維和砂漿的匹配度較高，板材的抗沖擊能力強;XW1纖維強度高，板材抗沖擊能力也較好，破壞面積小。較小克重的纖維板抗沖擊能力不佳。
3結論
(1)增加纖維網格布鋪設層數(shù)可以顯著提高纖維增強板材的抗折強度和抗沖擊性能。(2)纖維增強板材的抗折強度和抗沖擊性能主要取決于纖維與砂漿的合理匹配，也與纖維自身抗拉性能有關。(3)本試驗所選定的砂漿配比，應優(yōu)先選擇XW2纖維制作板材。
參考文獻
1臧奎春，王玉斌．磚瓦，2007(5)，55．
2賈東禮．福建建材，2012(2)，46．
3王中志，段長松，賈艷敏．山西建筑，2018，44(20)，103．
4鄧宗才，董智福．天津大學學報(自然科學與工程技術版)，2018，51(12)，1278．
作者：周文娟 侯云芬 鄭東昊 單位：北京建筑大學土木與交通工程學院
