鄧鑫，李建錕

（1.武漢市中心工程檢測(cè)有限公司，武漢 430014；2.武漢科技大學(xué)，武漢 430070）

1 引言

織物增強(qiáng)混凝土(Fabric Reinforced Concrete，TRC)[1]是指一種較新研發(fā)的高性能纖維水泥基復(fù)合材料，它實(shí)際上是一種多股軸聯(lián)纖維紡織物和高性能精細(xì)增強(qiáng)混凝土體系的理想結(jié)合，具有極良好的纖維定向增強(qiáng)能力和抗限裂增強(qiáng)能力[2-6]。TRC不僅能夠用來(lái)提高混凝土構(gòu)件自身的耐久性、抗裂性、韌性、承載負(fù)荷能力等以及混凝土各項(xiàng)工程力學(xué)性能，它的抗腐蝕、放電磁化能力等物理特性，還可以使其較好地直接被運(yùn)用在許多具有特殊工程環(huán)境要求的大型建筑物中[7-13]。我國(guó)作為建筑大國(guó)，對(duì)于建筑材料的質(zhì)量要求尤其高，所以研究TRC各項(xiàng)性能以及將其正確運(yùn)用在建筑物中尤為重要。本文將在前人的研究基礎(chǔ)上對(duì)TRC的受拉性能進(jìn)行總結(jié)論述。

2 TRC受拉力學(xué)性能影響因素

柴旭、王伯昕在文獻(xiàn)[14]中研究了板件厚度不同對(duì)TRC抗拉性能的影響。為了考慮厚度對(duì)TRC薄板抗拉性能的影響，制作了3種不同尺寸的TRC薄板試件。實(shí)驗(yàn)結(jié)果表明，不同厚度的TRC薄板的應(yīng)力-應(yīng)變曲線的形狀特征相近，并且TRC薄板的受拉性能與試件厚度密切相關(guān)，其抗拉強(qiáng)度隨著TRC薄板厚度的增加而逐漸降低。

徐世、閻軼群在文獻(xiàn)[15]中研究了薄板配網(wǎng)率對(duì)TRC抗拉強(qiáng)度的影響。根據(jù)Aveton-Cooper-Kelly理論，對(duì)TRC單軸拉伸應(yīng)力-應(yīng)變曲線[16]進(jìn)行了模擬。試驗(yàn)結(jié)果表明，對(duì)于配網(wǎng)率為0.85%、0.96%的試件，即配網(wǎng)率大于臨界配網(wǎng)率的試件，隨著配網(wǎng)率的提高，試件裂縫寬度減小，裂縫間距增大，最高承載力有所提高[17]，TCR單軸拉伸極限荷載大于開(kāi)裂荷載，TRC結(jié)構(gòu)有很好的開(kāi)裂形態(tài)。

姚一鳴等[18]利用ABAQUS數(shù)值計(jì)算方法，研究了織物層數(shù)和短纖維摻量對(duì)TRC拉伸性能的影響，分別建立了TR-ECC拉伸本構(gòu)模型、TR-UHPC拉伸本構(gòu)模型[19]進(jìn)行模擬分析。研究結(jié)果表明，兩層纖維織物能顯著增加模型的拉伸強(qiáng)度，同時(shí)加入合適配比的鋼纖維能取得更好的協(xié)同效應(yīng)。

殷夢(mèng)緹等[20]系統(tǒng)研究討論了混凝土在氯鹽干濕、氯鹽凍融循環(huán)[21]和其他常規(guī)環(huán)境下纖維網(wǎng)層數(shù)、種類(lèi)對(duì)纖維編織網(wǎng)增強(qiáng)混凝土的拉伸性能變化的影響。研究分析結(jié)果表明：無(wú)論處在哪個(gè)環(huán)境系統(tǒng)中，纖維混凝土編織的層數(shù)增加均可大大提高纖維混凝土的抗拉伸性能，并且碳纖維比玄武巖纖維的增強(qiáng)作用更明顯；摻入短切AR-glass纖維混凝土能大幅提高纖維混凝土的拉伸極限荷載。

Barhum R和Mechtcherine V在文獻(xiàn)[22]～[24]中研究了摻入短纖維對(duì)TRC薄板抗拉性能的影響。結(jié)果表明，外摻短切玻璃纖維和碳纖維對(duì)TRC薄板的抗拉性能有顯著的改善，TRC薄板的斷裂強(qiáng)度也有顯著提高，但摻入短切纖維對(duì)TRC薄板極限強(qiáng)度的提高幅度不明顯。另外，摻入短纖維的TRC薄板的裂縫形態(tài)明顯改善，當(dāng)摻入的短切玻璃纖維呈分散式時(shí)，TRC薄板多裂縫開(kāi)展階段的應(yīng)變?cè)黾?倍，裂縫呈現(xiàn)多而細(xì)的特點(diǎn)；當(dāng)摻入的短切玻璃纖維呈束狀時(shí)，基體混凝土與編織網(wǎng)之間的界面性能得到很好的改善。

綜上所述，織物增強(qiáng)混凝土的抗拉力學(xué)性能是由多方面的因素影響的，可以是板件的厚度，也可以是織物的種類(lèi)、層數(shù)和織物的配網(wǎng)率，抑或是外摻的短纖維類(lèi)型和狀態(tài)。改變不同的影響因素都可以增強(qiáng)TRC抗拉力學(xué)性能，性能的增強(qiáng)體現(xiàn)在試件開(kāi)裂形態(tài)更好，試件裂縫寬度減小、裂縫間距增大；基體混凝土和織網(wǎng)的界面性能得到很好的改善；混凝土的拉伸極限荷載大幅提高。

3 TRC材料受拉力學(xué)性能的理論計(jì)算模型

Hegger J等[25]采用只考慮兩層纖維的分層模型來(lái)模擬TRC的抗拉性能，并根據(jù)模型提出了表層纖維和核心纖維的應(yīng)力計(jì)算表達(dá)式。

此模型研究了兩層纖維的TRC的抗拉性能，模型考慮了兩層的一個(gè)分層情況，得出的應(yīng)力計(jì)算公式考慮了纖維絲的周長(zhǎng)、面積、所占比例和黏結(jié)系數(shù)等，整體來(lái)說(shuō)是比較全面具體而且整潔的。

尹世平、徐世在文獻(xiàn)[26]中首次通過(guò)TRC薄板拉伸的試驗(yàn)方法確定求出了纖維束之間的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，并分別以此結(jié)果進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)做了分析驗(yàn)證。為了全面有效地改善細(xì)粒混凝土[27]和纖維編織網(wǎng)的連接性能，對(duì)混凝土纖維編織網(wǎng)表面[28]分別設(shè)計(jì)并進(jìn)行了不沾砂、沾細(xì)沙和沾粗砂的技術(shù)處理方式，對(duì)于不沾砂試件，采取了僅在細(xì)粒混凝土砂漿摻量加入含量約在1.0 kg/m3的聚丙烯纖維改性[29]。當(dāng)纖維編織網(wǎng)直接埋入混凝土構(gòu)件之中后，碳纖維束之間存在的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系可直接簡(jiǎn)化為如式（1）和式（2）所示的雙線性本構(gòu)方程：

式中，σf為纖維束的拉應(yīng)力；εf為纖維束的拉應(yīng)變；εfy為纖維束開(kāi)始單獨(dú)承載時(shí)應(yīng)變；εfu為纖維束的極限拉伸應(yīng)變；σfy為與εfy對(duì)應(yīng)的應(yīng)力；參數(shù)m和k是與εfy有關(guān)的參數(shù)，由式（3）和式（4）確定：

為更好地驗(yàn)證雙線性本構(gòu)方程的合理性，尹世平、徐世用兩種具有不同尺寸、跨度和纖維編織網(wǎng)層數(shù)的系列試件進(jìn)行了四點(diǎn)彎曲試驗(yàn)[30]，基于受彎構(gòu)件計(jì)算理論，采用碳纖維束拉伸模型得到的兩種系列試件的計(jì)算值與試驗(yàn)值基本一致，論證了雙線性本構(gòu)方程的合理性。

此模型利用雙線程本構(gòu)方程簡(jiǎn)潔直觀地反映了碳纖維束TRC薄板拉伸的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，試驗(yàn)中充分考慮了不同的編織網(wǎng)表面處理方式，并用兩種不同的系列試件進(jìn)行驗(yàn)證，證明了該雙線性方程的合理性。此模型可以作為織物增強(qiáng)混凝土受拉力學(xué)性能計(jì)算依據(jù)。

4 結(jié)論與展望

本文對(duì)織物增強(qiáng)混凝土抗拉力學(xué)性能的多種影響因素和各個(gè)影響因素對(duì)織物增強(qiáng)混凝土抗拉力學(xué)性能增強(qiáng)的表現(xiàn)以及TRC薄板拉伸的應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系計(jì)算模型進(jìn)行了論述，討論分析了近年來(lái)國(guó)內(nèi)外學(xué)者在這方面的研究成果，主要有以下幾點(diǎn)。

1）織物增強(qiáng)混凝土克服了普通混凝土抗裂性差等諸多缺點(diǎn)，結(jié)合了纖維的高韌性和極強(qiáng)的定向增強(qiáng)能力，作為混凝土構(gòu)件，抗拉力學(xué)性能得到提高，是一種非常好的新型建筑材料。

2）試件厚度，配網(wǎng)率，短纖維摻量，織網(wǎng)的配網(wǎng)率、層數(shù)和種類(lèi)等都會(huì)對(duì)TRC的抗拉性能產(chǎn)生影響。

3）TRC的抗拉力學(xué)性能提高主要表現(xiàn)是試件開(kāi)裂形態(tài)更好，如試件裂縫寬度減小、裂縫間距增大，以及混凝土的拉伸極限荷載得到大幅提高。

4）利用分層模型模擬TRC的抗拉性能，提出了表層纖維和核心纖維的應(yīng)力計(jì)算表達(dá)式，利用TRC薄板拉伸的試驗(yàn)方法得出了碳纖維束之間的拉伸應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系，初步揭示了織物增強(qiáng)混凝土的理論計(jì)算模型。

目前，對(duì)織物增強(qiáng)混凝土受拉本構(gòu)模型的研究不夠深入，對(duì)其研究相對(duì)較少，沒(méi)有精確的理論公式來(lái)描述其抗拉強(qiáng)度，應(yīng)加強(qiáng)本構(gòu)關(guān)系模型的建立和定量計(jì)算方法的研究。