李 季

（中煤科工重慶設(shè)計(jì)研究院（集團(tuán)）有限公司，重慶 400042）

GRC 材料與混凝土是當(dāng)前裝配式建筑最常用的兩種構(gòu)筑材料，因?yàn)槠洳男圆煌?，因此，將GRC 材料和混凝土復(fù)合使用時(shí)，會(huì)因?yàn)楦髯允湛s性能不同使得構(gòu)筑物出現(xiàn)一定程度的開裂，不僅影響構(gòu)筑物的美觀，甚至可能會(huì)對(duì)構(gòu)筑物使用者的生命安全帶來(lái)一些威脅。因此，如何提升GRC 與混凝土復(fù)合材料的收縮性能，是當(dāng)前裝配領(lǐng)域研究的熱點(diǎn)。針對(duì)以上問題，吳志濤[1]從GRC 材料的膠凝組成成分出發(fā)，研究了膠凝材料組成成分對(duì)GRC 材料干燥收縮和自收縮性能的影響，結(jié)果表明，GRC 材料收縮性能與水泥成分有關(guān)，摻入礦物摻合料對(duì)降低GRC 收縮產(chǎn)生積極作用；程新[2]則研究了玄武巖纖維體積摻量與長(zhǎng)徑比對(duì)泡沫混凝土收縮開裂的影響。以上專家的研究在一定程度上優(yōu)化了GRC 材料的收縮性能，但在GRC 復(fù)合墻板方面的研究還存在一定的不足。基于此，本文以新型PLC-GRC 復(fù)合墻板為主要研究對(duì)象，探討了對(duì)新型PLC-GRC 復(fù)合墻板收縮性能的影響因素，為復(fù)合墻板收縮性能的提升提供可行性方法。

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 材料與儀器

鈦白粉（純度≥99.0% 河南銘之鑫化工產(chǎn)品有限公司）；膨脹劑（AR 萍鄉(xiāng)市云游科技新材料有限公司）；膠粉（CP 廊坊富億保溫材料有限公司）；減水劑（AR 云南潤(rùn)澤鋼材有限公司）；粉煤灰（CP 靈壽縣泰岳礦產(chǎn)品加工廠）；偏高嶺土（一級(jí) 靈壽縣梓燁礦產(chǎn)品有限公司）；玻璃纖維（標(biāo)準(zhǔn)品 濟(jì)寧紅君玻璃纖維有限公司）；石英砂（二級(jí) 石家莊匯德利礦產(chǎn)品有限公司）；白水泥（CP 云南卓一化工建材有限公司）。

JZC 型混凝土攪拌機(jī)（河南長(zhǎng)興順達(dá)機(jī)械有限公司）；YAW 型壓力試驗(yàn)機(jī)（濟(jì)南文騰試驗(yàn)儀器有限公司）；YD32-40 型萬(wàn)能液壓機(jī)（鄭州大眾機(jī)械制造有限公司）。

1.2 試驗(yàn)方法

1.2.1 新型PLC-GRC 復(fù)合墻板的制備

（1）將白水泥、膨脹劑、膠粉、粉煤灰、玻璃纖維和偏高嶺土按一定比例置于JZC 型混凝土攪拌機(jī)里，干拌8min[3]。

（2）待干物料攪拌均勻后，將適量減水劑和水置于攪拌機(jī)內(nèi)。待物料完全混合后，加入石英砂，繼續(xù)攪拌，得到均勻的GRC 材料。

（3）將輕質(zhì)混凝土倒入提前涂刷脫模油的木模具中。利用振動(dòng)棒在木模板內(nèi)振搗密實(shí)，然后用瓦刀抹平。靜置一段時(shí)間，待其有一定硬度后，在澆筑混凝土正中一半深度位置放置埋入式應(yīng)變計(jì)。選擇一塊輕質(zhì)混凝土，對(duì)其表面進(jìn)行拉毛處理，另一塊輕質(zhì)混凝土表面進(jìn)行鋼絲網(wǎng)的鋪設(shè)[4]。

（4）將混合均勻的GRC 材料倒入澆筑好的輕質(zhì)混凝土中，利用GRC 材料的自流特性自己進(jìn)行平整。然后用滾筒毛刷在木模板內(nèi)順著一個(gè)方向進(jìn)行多次滾刷，趕出GRC 材料內(nèi)的氣泡，保證成品表面平滑潔凈。

（5）將裝有GRC 材料的模具靜置，待其具有一定硬度后，在澆筑混凝土正中位置將表面式應(yīng)變計(jì)的兩只腳埋入GRC 材料中。然后在安裝好表面式應(yīng)變計(jì)的模具中安裝靜態(tài)液壓測(cè)試儀，并進(jìn)行調(diào)試。安裝完成后在所有復(fù)合墻板表面蓋上塑料薄膜，然后每日早中晚3 次霧樁灑水進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。墻板規(guī)格尺寸參數(shù)見表1。

表1 墻板規(guī)格尺寸參數(shù)（mm）Tab.1 Specification and dimension parameters of wallboard

（6）將澆筑好的墻板靜置于室內(nèi)環(huán)境，記錄早中晚應(yīng)變計(jì)的數(shù)據(jù)變化，同時(shí)觀察墻板外表面是否有裂紋出現(xiàn)。

2 結(jié)果與討論

2.1 單一材料數(shù)據(jù)分析

圖1 為單一材料收縮應(yīng)變值隨時(shí)間的變化曲線。

圖1 單一材料試件收縮應(yīng)變變化Fig.1 Shrinkage strain change of single material specimen

由圖1 可知，T1試件在養(yǎng)護(hù)早期收縮應(yīng)變明顯增加，28d 后慢慢趨于穩(wěn)定，然后呈現(xiàn)為穩(wěn)定波狀變化。這是因?yàn)轲B(yǎng)護(hù)早期的GRC 材料水化熱反應(yīng)劇烈，使得收縮應(yīng)變值表現(xiàn)出增長(zhǎng)趨勢(shì)，28d 后水化熱趨于穩(wěn)定，因此，收縮系數(shù)逐漸趨于穩(wěn)定，但此時(shí)材料開始收縮，因此，就表現(xiàn)出穩(wěn)定的波狀變化。T2試件在養(yǎng)護(hù)早期，收縮應(yīng)變較T1試件較小，這是因?yàn)槭懿牧嫌绊?，T2試件水化熱反應(yīng)劇烈程度低。隨養(yǎng)護(hù)時(shí)間增加，混凝土在膨脹作用下受拉，混凝土呈現(xiàn)收縮狀態(tài)，應(yīng)變開始降低。綜合T1試件和T2試件收縮應(yīng)變變化可知，兩者材料不同，線膨脹系數(shù)不同，收縮應(yīng)變不同，因此，需要進(jìn)行后續(xù)試驗(yàn)，探討復(fù)合墻板收縮應(yīng)變。

2.2 不同厚度GRC 材料對(duì)復(fù)合墻板的影響

圖2 為單一GRC 材料與復(fù)合墻板的收縮性能對(duì)比。

圖2 T2～T4 試件表面收縮應(yīng)變隨時(shí)間變化Fig.2 Variation of surface shrinkage strain of T2～T4 specimens with time

由圖2 可知，在28d 后，純GRC 材料試件為波形曲線變動(dòng)，而復(fù)合墻板基本趨于直線變動(dòng)。這就證明，GRC 材料厚度對(duì)復(fù)合墻板表面收縮性能存在一定影響。同時(shí)，T4試件收縮應(yīng)變比T2、T3試件小。T2～T4試件表面最大收縮應(yīng)變分別是1594.3×10-6，703.9×10-6，675.9×10-6。對(duì)T2～T4試件的最大應(yīng)變值進(jìn)行比較可知，T3、T4試件的最大壓縮應(yīng)變分別比T2試件的最大壓縮應(yīng)變降低了56%和58%。這就證明了GRC 材料裝飾層厚度對(duì)新型復(fù)合墻板的收縮性能影響沒有太大差別。但T4試件收縮曲線與自由收縮狀態(tài)下曲線較為接近。

圖3 為單一輕質(zhì)混凝土材料與復(fù)合墻板收縮性能對(duì)比圖。

圖3 T1、T3、T4 試件表面收縮應(yīng)變隨時(shí)間變化Fig.3 Variation of surface shrinkage strain of T1, T3 and T4 specimens with time

由圖3 可知，養(yǎng)護(hù)28d 后，所有試件內(nèi)部收縮應(yīng)變都為曲線變動(dòng)，后期表現(xiàn)為下降趨勢(shì)。后期T4試件的收縮應(yīng)變始終比T1和T3試件小。T1、T3、T4內(nèi)部最大收縮應(yīng)變分別為903.6×10-6，914.7×10-6和897.2×10-6。這再次證明了GRC 涂層厚度對(duì)復(fù)合墻板收縮性能影響沒有太大的差別[6,7]。但T4試件對(duì)GRC 層收縮約束相對(duì)較小，能夠一定程度降低裂縫產(chǎn)生的可能性。

綜上，不同厚度GRC 裝飾層曲線變化趨勢(shì)幾乎保持一致，但是15mm GRC（T4試件）裝飾層復(fù)合墻板收縮應(yīng)變曲線變化與自由收縮GRC 層收縮應(yīng)變曲線接近。也就是說(shuō)，15mm GRC（T4試件）裝飾層復(fù)合墻板收縮性能較優(yōu)。

2.3 復(fù)合界面的連接方式對(duì)復(fù)合墻板的影響

圖4 為T2、T4～T6試件表面收縮應(yīng)變隨時(shí)間變化圖。

圖4 T2、T4～T6 試件表面收縮應(yīng)變隨時(shí)間變化Fig.4 Variation of surface shrinkage strain of T2, T4～T6 with time

由圖4 可知，養(yǎng)護(hù)28d 后，4 個(gè)試件表面收縮曲線變化趨勢(shì)幾乎趨于一致，T4～T6曲線幅度也基本相同，但T5試件的表面收縮應(yīng)變值始終比T4試件和T6試件的表面收縮應(yīng)變值小。這就證明新型PLCGRC 復(fù)合墻板表面收縮性能受界面連接方式的影響。4 條曲線達(dá)到應(yīng)變最高峰值時(shí)間相差不大，其中T2、T4～T6試件表面收縮應(yīng)變最高峰值分別是1594.7×10-6，675.9×10-6，612.0×10-6和780.2×10-6。T4～T6試件表面收縮應(yīng)變均比T2試件表面收縮應(yīng)變最高峰值下降50%以上，且T5試件表面收縮應(yīng)變比T2試件表面收縮應(yīng)變最高峰值下降62%左右，這說(shuō)明當(dāng)兩種材料連接方式為平接或鋼絲網(wǎng)連接時(shí)，復(fù)合墻板收縮性能得到明顯提高。

圖5 為T1、T4～T6試件內(nèi)部收縮應(yīng)變隨時(shí)間變化圖。

圖5 T1、T4～T6 試件內(nèi)部收縮應(yīng)變隨時(shí)間變化Fig.5 Variation of internal shrinkage strain of T1, T4～T6 with time

由圖5 可知，T1、T4～T6試件內(nèi)部收縮應(yīng)變曲線變化趨勢(shì)基本一致。且T6試件內(nèi)部收縮應(yīng)變始終小于T4、T5試件的內(nèi)部收縮應(yīng)變，這就證明PLC-GRC復(fù)合墻板內(nèi)部收縮性能受界面連接方式的影響[8,9]。4 條曲線達(dá)到應(yīng)變最高峰值時(shí)間相差不大，其中T1、T4～T6試件表面收縮應(yīng)變最高峰值分別是903.7×10-6、897.2×10-6、791.8×10-6和773.6×10-6。T4～T6試件內(nèi)部收縮應(yīng)變明顯低于T1試件內(nèi)部收縮應(yīng)變，且T6試件內(nèi)部收縮應(yīng)變比T1試件內(nèi)部收縮應(yīng)變最高峰值下降14%左右，且T6試件曲線變化與T1試件曲線變化更為貼合。這再次證明平接方式明顯優(yōu)化看PLC-GRC 復(fù)合墻板的收縮性能[10]。

綜上，采用平接和鋼絲網(wǎng)連接方式對(duì)GRC 層收縮約束相對(duì)較小，能夠有效緩解裂縫產(chǎn)生。同時(shí)，平接（T6）試件與自由狀態(tài)（T1）試件更為貼合，證明平接方式對(duì)復(fù)合墻板收縮性起有效改善作用。

3 結(jié)論

通過(guò)對(duì)PLC-GRC 復(fù)合墻板的收縮研究試驗(yàn)，得到以下結(jié)論：

（1）兩種線膨脹系數(shù)不同，收縮應(yīng)變不同，因此，可能造成復(fù)合墻板開裂現(xiàn)象。

（2）GRC 裝飾層厚度不同，PLC-GRC 復(fù)合墻板的收縮曲線變化趨勢(shì)相差不大。當(dāng)裝飾層厚度為15mm 的試件對(duì)GRC 材料約束較小，能夠有效降低裂縫的產(chǎn)生。

（3）平接和鋼絲網(wǎng)連接方式皆對(duì)GRC 層約束較小，但平接方式更能改善復(fù)合墻板的收縮性能。