唐世標(biāo) 張 健 劉文昌

（1 廣州立墻墻體材料有限公司)

(2 廣州大學(xué)土木工程學(xué)院)

(3 廣州番禺喬興建設(shè)安裝工程有限公司）

玻璃纖維增強(qiáng)水泥（簡(jiǎn)稱GRC）是以水泥砂漿或水泥凈漿為基體、以耐堿玻璃纖維為增強(qiáng)材料制成的復(fù)合材料。GRC 制品價(jià)格低、自重輕、阻燃性好、比強(qiáng)度較高，作為一種具有發(fā)展?jié)摿Φ膹?fù)合材料廣泛應(yīng)用于建筑工程、市政工程、城市景觀、農(nóng)用構(gòu)件、水利工程等領(lǐng)域。GRC 制品的抗彎強(qiáng)度和韌性是影響用戶選用的關(guān)鍵因素，也是研究人員關(guān)注的重點(diǎn)[1-2]。由于玻璃纖維的強(qiáng)韌化作用，GRC 具有較高的強(qiáng)度，斷裂韌性有顯著改善[3-4]。GRC 破壞過程不同于普通混凝土的脆性破壞，呈現(xiàn)彈塑性特征，有一個(gè)塑性延展過程[5]。

關(guān)于砂膠比對(duì)GRC 抗彎性能影響的研究較少，崔琪[6]認(rèn)為在水灰比為0.38 和0.4 的兩種情況下，GRC 抗彎強(qiáng)度隨砂膠比的增加而有所降低，但砂膠比的增加對(duì)工藝成型影響較大，一般選擇砂膠比為1.0 比較適宜。玻璃纖維加入方式的不同對(duì)于GRC 性能有很大影響，預(yù)混法可應(yīng)用于有一定坡度甚至立面成型，易于制作細(xì)膩復(fù)雜表面的GRC 制品[7]。本文通過實(shí)驗(yàn)研究膠砂比對(duì)預(yù)混澆注法GRC 抗彎強(qiáng)度的影響，以及通過彎曲應(yīng)力-撓度曲線分析GRC 的破壞過程，以期掌握砂膠比對(duì)GRC 彎曲性能的影響規(guī)律。

1 材料與方法

1.1 實(shí)驗(yàn)材料

⑴耐堿玻璃纖維，纖維單絲直徑15μm，玻璃纖維長(zhǎng)度為12mm，單股線密度98tex，湖北匯爾杰新材料科技股份有限公司產(chǎn)品（圖1）。

圖1 玻璃纖維

⑵低堿度硫鋁酸鹽水泥（L.SAC），強(qiáng)度等級(jí)42.5，廣西云燕特種水泥建材有限公司產(chǎn)品。

⑶河砂，經(jīng)2.36mm 方孔篩過篩，市售。

⑷減水劑，聚羧酸系高性能減水劑，中交第四航務(wù)工程局有限公司下屬材料公司。

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)GRC 試樣采用預(yù)混澆注法成型。將水泥、砂、水加入攪拌機(jī)，攪拌1min 后加入短切玻璃纖維繼續(xù)攪拌3min，澆注入試模制成10mm 厚大板。將大板置于養(yǎng)護(hù)室恒溫養(yǎng)護(hù)4d 后，再切割成6 塊規(guī)格為250mm×50mm 的抗彎試件，置于通風(fēng)良好的室內(nèi)風(fēng)干6d，對(duì)試樣進(jìn)行四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)（圖2）。試驗(yàn)參照《玻璃纖維增強(qiáng)水泥性能試驗(yàn)方法》GB/T15231－2008 進(jìn)行。支座間距210mm，試樣上方有兩個(gè)對(duì)稱的加載點(diǎn)，加載點(diǎn)間距離70mm。用微機(jī)控制全自動(dòng)測(cè)試系統(tǒng)上進(jìn)行抗彎實(shí)驗(yàn)，加載過程的荷載-撓度曲線利用實(shí)驗(yàn)機(jī)自帶傳感器和軟件系統(tǒng)記錄。

1.3 配合比設(shè)計(jì)

圖2 GRC 抗彎試驗(yàn)

為研究砂膠比對(duì)預(yù)混澆注GRC 抗彎性能的影響，試驗(yàn)設(shè)計(jì)了從0.75 到1.75 的五個(gè)不同砂膠比GRC 樣。GRC 拌合物水膠比為0.40，玻璃纖維用量為固體組分的2.5%（質(zhì)量比）。為研究玻璃纖維對(duì)GRC 抗彎強(qiáng)度的影響程度，還設(shè)計(jì)了分別與上述不同砂膠比GRC 配合比相對(duì)應(yīng)的五種無玻璃纖維對(duì)比砂漿。當(dāng)砂膠比較高時(shí)，適當(dāng)添加減水劑來調(diào)整拌合物的流動(dòng)度。為減少玻璃纖維的加入對(duì)拌合物流動(dòng)性的影響，實(shí)驗(yàn)采用內(nèi)摻法，即加入玻璃纖維的同時(shí)相應(yīng)減少等質(zhì)量的砂子。

不同砂膠比GRC 和對(duì)比砂漿試樣的配合比如表1所示。

表1 不同砂膠比GRC 和對(duì)比砂漿試樣的配合比

2 砂膠比對(duì)GRC 抗彎強(qiáng)度的影響

圖3 所示為砂膠比對(duì)GRC 和對(duì)比砂漿抗彎強(qiáng)度的影響。從圖3 可以看出，水膠比為0.4 時(shí)，隨著砂膠比增大，無玻璃纖維的對(duì)比砂漿試樣抗彎強(qiáng)度呈下降趨勢(shì)。砂膠比從0.75 增加至1.75，對(duì)比砂漿的抗彎強(qiáng)度從10.2MPa 下降到7.8MPa，降幅為23.5%。這是由于砂膠比增大，用于包裹砂粒的水泥漿體不夠，從而降低了對(duì)比砂漿的強(qiáng)度。但砂膠比偏大時(shí)，水泥漿體不足以密實(shí)砂粒間的空隙，拌合物的流動(dòng)性反而下降，成型變得越來越困難，成型后試樣內(nèi)部有較多空隙，導(dǎo)致強(qiáng)度不降低。

圖3 砂膠比與GRC 抗彎強(qiáng)度的關(guān)系

圖3 顯示GRC 抗彎強(qiáng)度-砂膠比曲線整體較平緩，表明隨著砂膠比的增加，GRC 抗彎強(qiáng)度也略有下降。與砂膠比對(duì)砂漿抗彎強(qiáng)度的影響相比，其對(duì)GRC 抗彎強(qiáng)度的影響較小。砂膠比從0.75 增至1.75，GRC 抗彎強(qiáng)度從8.5MPa 下降至7.9MPa，降幅僅為7.1%。考慮到水泥用量增加導(dǎo)致GRC 收縮增大，成本上升，采用較高的砂膠比是有利的。

3 砂膠比對(duì)GRC 彎曲韌性的影響

圖4 所示為不同砂膠比GRC 的典型彎曲應(yīng)力-撓度曲線。從圖4 可以看出，砂膠比不同的GRC 抗彎破壞時(shí)表現(xiàn)出不同的韌性特征。不同砂膠比GRC 的應(yīng)力-撓度曲線頂部特征不同，當(dāng)砂膠比為1.00 和1.25 時(shí)，應(yīng)力-撓度曲線頂部呈弧形，表明GRC 具有韌性特征；而砂膠比為0.75、1.50 和1.75 時(shí)，應(yīng)力-撓度曲線頂部尖銳，表面應(yīng)力達(dá)到峰值時(shí)試件迅速破壞，表現(xiàn)較為明顯的脆性破壞特征。當(dāng)砂膠比較低時(shí)，富足的水泥漿體將玻璃纖維緊密包裹，使玻璃纖維難以從基體中拔出而表現(xiàn)為脆性斷裂，不能起到分散裂紋的效果，GRC 表現(xiàn)為脆性破壞；而砂膠比很高時(shí)，砂粒對(duì)玻璃纖維產(chǎn)生擠壓彎曲的物理破壞作用，使玻璃纖維斷裂而不能夠拔出，也降低了GRC 的韌性。因此，過高或過低的砂膠比對(duì) GRC 的增韌效果都起負(fù)作用。

圖4 不同砂膠比配制GRC 的典型彎曲應(yīng)力- 撓度曲線

4 結(jié)論

本文研究了砂膠比對(duì)預(yù)混法GRC 抗彎性能的影響，得出如下結(jié)論：

⑴隨著砂膠比的增加，GRC 抗彎強(qiáng)度也略有下降。砂膠比從0.75 增至1.75，GRC 抗彎強(qiáng)度從8.5MPa 下降至7.9MPa，降幅為7.1%?？紤]到水泥用量增加導(dǎo)致GRC收縮增大，成本上升，采用較高的砂膠比是有利的。

⑵不同砂膠比GRC 的應(yīng)力-撓度曲線頂部特征不同，當(dāng)砂膠比為1.00 和1.25 時(shí)，GRC 具有較好的韌性特征，過高或過低的砂膠比對(duì)GRC 的增韌效果都起負(fù)作用。