鋼板網-纖維織物網增強混凝土薄板抗沖擊性能試驗研究

張喜

【摘 要】對分別采用纖維織物網、鋼板網、纖維織物網與鋼板網聯合增強的混凝土薄板的抗沖擊性能進行了試驗研究，得出結論：混凝土薄板采用纖維織物網和鋼板網增強均能大幅度提高其抗沖擊性能;不同型號的鋼板網對薄板抗沖擊性能的增強效果有一定的差別。

【關鍵詞】織物增強混凝土;鋼板網增強混凝土;沖擊試驗;薄板

中圖分類號：TU528.043? TU375.1 文獻標識碼： A 文章編號： 2095-2457（2019）11-0177-003

DOI：10.19694/j.cnki.issn2095-2457.2019.11.084

0 引言

永久性模板，亦稱為免拆模板，在工程中使用時，既作為現澆混凝土的模板、混凝土澆筑完后也作為結構構件的一部分，不予拆除。永久性模板的使用，簡化了現澆鋼筋混凝土結構支拆模板的施工工藝、大大減少了模板的支拆工作量，有效節(jié)約資源、減少環(huán)境污染、降低施工成本、縮短工期和提高施工效率[1-2]。

國外研究與應用的永久性模板按制作材料不同主要分為以下幾類：壓型鋼板類、鋼筋（或鋼絲）網混凝土薄板類、木材水泥板類、聚苯乙烯泡沫塑料類和纖維增強聚合物板類等。采用不銹鋼板網與纖維織物網聯合增強混凝土薄板作為永久性模板是一種較新的思路，其中不銹鋼板網既可以作為柔性的織物網的支架，便于制作各種形狀的模板，同時可以提高構件的承載力和變形能力[3]。

本文對分別采用纖維織物網、鋼板網、纖維織物網與鋼板網聯合增強的混凝土薄板的抗沖擊性能進行了試驗研究，目的在于為該類材料的工程應用提供理論依據。

1 試驗概況

1.1 試驗材料

1.1.1 細骨料混凝土

試驗采用的細骨料混凝土配合比為水泥（c）：砂（s）：水（w）：外加劑（JM-PCA（I））=1：1.5：0.32：0.015[4]。水泥采用鹽城東臺水泥廠生產的磊達牌P.Ⅱ52.5普通硅酸鹽水泥。砂為普通河砂，用4.75mm方孔篩過篩，級配合格，細度模數約為2.5的Ⅱ區(qū)中砂。減水劑采用JM-PCA（I）型超塑化劑。水采用自來水。細骨料混凝土的抗折和抗壓強度測值見表1。

1.1.2 纖維織物網

本次試驗采用碳纖維和耐堿玻璃纖維混合編織的纖維織物網，兩種纖維相互垂直水平鋪設，經緯向分別為碳纖維粗紗和耐堿玻纖粗紗，網格間距為12.5mm×12.5mm，用紗線縫編交結處，見圖1。纖維束的主要力學性能參數見表2。

1.1.3 不銹鋼板網

本次試驗采用了四種不同型號不銹鋼鋼板網，材質為304不銹鋼、菱形孔，由河北安平縣貴翔絲網廠生產，其網孔大小、板厚等技術參數見表3，參數含義見圖2。

1.2 試驗方法及試驗裝置

薄板抗沖擊試驗參考美國混凝土學會委員會提出的彎曲沖擊試驗法和借鑒鋼絲網水泥板抗沖擊性能試驗方法實施[5]，采用自制落錘裝置自由落體沖擊薄板的方法進行，加載示意如圖3所示。

試驗裝置由型鋼加工而成，如圖4所示。落錘設計原則為[5]：（a）落錘作用在薄板全寬上;（b）落錘與試件接觸為線接觸。本次試驗落錘質量取0.5kg（A錘）、1kg（B錘）、2kg（C錘）、3kg（D錘）四種，硬度為HRC58～65，誤差為±1%。落距H取0.5m、1m兩種。加載方式為，先取落距H=0.5m，依次使用A、B、C、D四種錘沖擊試件，每種錘沖擊次數n=10，如果在這過程中試件破壞，則試驗結束;若試件未破壞，則換落距H=1m，使用D錘沖擊試件，直至試件最后破壞，記錄下落錘的沖擊次數。試件最終破壞的標志為試件的永久撓度f達到50mm[5]。試驗過程中，落錘自由落下，每次沖擊落錘對準試件中心線。為防止落錘沖擊部位集中破壞，預先在試件表面跨中位置放一塊尺寸為100mm×100mm，厚1mm的軟玻璃。試驗記錄試件初裂和最終破壞時的落錘沖擊次數和相對應的落錘高度，并進行每一級沖擊荷載下的裂縫觀測。

1.3 試件設計

本次試驗以鋼板網型號、鋼板網和織物網鋪設層數為主要變化參數，制作了尺寸為500mm×100mm×25mm的20個試件。試件編號及分組、數量等情況見表4。

2.1 沖擊耗能計算方法

薄板抗沖擊初裂耗能和抗沖擊破壞耗能分別按式（1）、（2）計算，精確至0.1J。

式中：Wi為初裂沖擊耗能（J）;Wu為破壞沖擊耗能（J）;mii為開裂前，每次沖擊使用的落錘質量（kg）;hii為開裂前，每次沖擊落錘的落距（m）;ni為開裂前，總的沖擊次數;mui為開裂后，每次沖擊使用的落錘質量（kg）;hui為初裂后，每次沖擊落距（m）;nu為初裂后，累計沖擊次數;g為重力加速度，取9.81m/s2。

2.2 試驗結果及分析

試驗結果見表5，試件耗能對比見圖5。

由表5和圖5可知：

（1）素混凝土薄板在較小的沖擊勢能作用下即發(fā)生脆性斷裂，沖擊耗能僅為4.9J;

（2）薄板采用纖維織物網和鋼板網增強均能大幅度提高其抗沖擊性能，且纖維織物網的增強效果好于鋼板網，纖維織物網和鋼板網聯合增強效果好于纖維織物網。相比1層鋼板網增強，1層纖維網增強的薄板的初裂耗能值和破壞耗能值分別提高33.6%、28.7%，1層鋼板網和1層纖維網聯合增強則分別提高78.2%、48.1%;

（3）根據BI12和BI11的試驗結果，采用2層織物網和1層鋼板網聯合增強的薄板的抗沖擊性能明顯優(yōu)于1層織物網和1層鋼板網聯合增強，初裂耗能值和破壞耗能值分別提高8.2%、19.3%;

（4）根據第二組試件的試驗結果，鋼板網的型號變化對薄板抗沖擊性能的增強效果有一定的影響。采用1層鋼板網和2層織物網增強的薄板的初裂耗能值和破壞耗能值，相比AI型，BI型分別提高-7.4%、3.7%，CI型分別提高-21.3%、8.7%，DI型分別提高14%、24.3%。

3 結論

（1）混凝土薄板采用纖維織物網和鋼板網增強均能大幅度提高其抗沖擊性能，且鋪設1層纖維織物網的增強效果好于鋪設1層鋼板網，鋪設1層纖維織物網和1層鋼板網的增強效果好于鋪設1層纖維織物網;

（2）采用2層織物網和1層鋼板網聯合增強的薄板的抗沖擊性能明顯優(yōu)于1層織物網和1層鋼板網聯合增強;

（3）不同型號的鋼板網對薄板抗沖擊性能的增強效果有一定的差別。

【參考文獻】

[1]詠梅.活性粉末混凝土作永久性模板研究[D].北京：北京交通大學，2005.

[2]張大長，支正東，盧中強，等.外殼預制核心現澆RC梁抗彎承載力的試驗研究[J].工程力學，2009（5）：164-170.

[3]荀勇，徐業(yè)輝.纖維織物與鋼板網聯合增強混凝土薄板四點抗彎性能試驗研究[J].混凝土與水泥制品，2015（6）：50-53.

[4]張勤.織物增強混凝土（TRC）加固RC梁正截面抗彎性能試驗研究[D].鎮(zhèn)江：江蘇大學，2009.

[5]JC/T 631-1996.鋼絲網水泥板抗沖擊性能試驗方法[S].北京：國家建筑材料工業(yè)局，1996.※基金項目：中鐵建設集團有限公司2018年度科技研發(fā)計劃項目資助（LX18-37）。