纖維增強水泥板的受力性能研究

龔勝利

摘 要：近些年，隨著纖維制品的大量使用，國內外專家學者對纖維制品的增強混凝土的研究也日趨增多，將纖維摻入到混凝土中，可以有效增加混凝土的力學性能。為此，本文通過三項試驗對纖維增強水泥板的受力性能進行了分析與探討。

關鍵詞：纖維增強水泥板;受力性能;剪切性能

1 纖維增強多層水泥板剪切性能

因為此結構板是水泥板和纖維網格布的復合材料，為驗證兩者結合的復合性能，進行剪切試驗進行測試，即粘結試驗。測試的原理為利用復合材料內部的剪切應力對試件的影響，因為復合材料之間的應力主要由粘結材料承擔，因此通過測定復合板的軸向承載力，即可得到粘結應力。

粘結試驗中纖維網格布采用5mm網眼玻璃纖維網格布、5mm網眼玄武巖網格布和10mm玄武巖網格布。截取兩塊300mm×600mm的水泥板，涂抹J---302粘 結劑，此時將水泥和結構膠 1：0.6 配比并攪拌均勻，涂抹在底部水泥板毛面上（約 3mm），鋪貼網格布，此時再次在網格布上覆蓋同樣厚度的水泥膠，使網格布能 夠全部浸在水泥膠中，并可以使上下層水泥膠凝固為一體，加蓋上部水泥板，同時與水泥板毛面凝固在一起，將所作試件放在室內干燥的地方并施加均布荷載養(yǎng)護。其中底部水泥板在其上部200mm處截斷，上部水泥板在其下部200mm處截斷，待其養(yǎng)護好后在萬能試驗機上再次進行粘結強度試驗，檢測其中間部分的粘結強度。

粘結試驗為驗證兩者結合的復合性能，進行粘結試驗進行測試。測試的原理為利用復合材料內部的剪切應力對試件的影響，因為復合材料之間的應力主要由粘結材料承擔，因此通過測定復合板的軸向承載力，即可得到粘結應力。試驗過程中水泥板之間的粘結作用力隨著受壓而急劇增加，當達到粘結作用力的極限時，試件破壞，粘結作用力迅速下降，粘結作用力失效。

試驗的數(shù)據(jù)整理及結果：粘結試驗中，不同類型的纖維網格布的抗剪能力不同，通過計算公式：

T=V/A

式中：

T —剪切應力;

V —粘結面剪力;

A —粘結面面積。

試驗結果如下：

試件1：承載力平均值為4.276，平均粘結強度為5.35MPa;

試件2：承載力平均值為4.189，平均粘結強度為5.24MPa;

試件3：承載力平均值為3.350，平均粘結強度為4.19MPa;

試件4：承載力平均值為3.700，平均粘結強度為4.63MPa。

經試驗可知，粘結作用力的極限承載力為 5.35MPa。水泥板與纖維之間的粘結隨著施加荷載而增加，當達到極限狀態(tài)時，纖維網格布與水泥板發(fā)生剝離現(xiàn)象，粘結作用消失，試件破壞。試驗過程中，水泥板端部受壓，然后將荷載傳遞到測試部位。試件發(fā)生破壞時，由于水泥板之間發(fā)生相對滑移，滑移時體積變大，而夾具提供試件一定的膨脹約束力，這就加大了水泥板之間的摩擦力，因此水泥板之間的實際粘結力應小于試驗值。

2 纖維增強多層水泥板的彎折性能

纖維增強水泥板是一種復合材料，屬于板材，測試復合板材的彎曲性能是板材一項重要的力學指標，通過試驗方案設計，采用三點抗彎試驗測量纖維增強多層水泥板的受彎性能，試驗采集記錄跨中變形撓度、荷載等，繪制荷載—位移曲線和應變—撓度曲線。試件尺寸為360mm×60mm×20mm，根據(jù)三點抗彎試驗要求，支座距離為 180mm;分配梁距離兩端的支座距離均為90mm。

抗彎試驗在加載時，荷載通過壓頭加載，加上支座，試件受到三點的集中荷載，參考三點抗彎試驗，荷載以 2mm/min 位移的方式加載。試驗通過萬能試驗機自身的傳感器采集荷載及位移，利用 Strain Book616 數(shù)據(jù)采集儀采集應變。

試件在受到三點集中荷載的作用力時，試件類似簡支梁受到跨中兩個集中荷載，隨著壓頭上的荷載增加，復合板下部處于受拉狀態(tài)，上部處于受壓狀態(tài)，因為纖維不具備抗壓能力，所以復合板中的纖維網格布均受到拉力作用，此拉力由水泥板提供，即水泥板之間的粘結作用。隨著試驗力的增加，下部水泥板首先出現(xiàn)裂縫，然后上部水泥板因受壓而擠壓破壞，水泥板破壞后，因水泥板提供粘結作用， 促使纖維還在繼續(xù)承擔外部荷載，此時復合板的破壞屬塑性破壞。當荷載達到纖維的抗拉強度時，纖維斷裂，整個系統(tǒng)破壞，實驗結束。

3 纖維增強多層水泥板的沖擊韌性性能

纖維增強水泥板的抗沖擊性能也是墻體材料的重要力學指標。沖擊韌性試驗采用自由落體沖擊試驗方法。試件：試件尺寸為600mm× 600mm×厚度，每組4 個。抗沖擊試驗中，采用重1.5 kg的圓球，圓球從600mm高度處自由下落沖擊水泥板。在復合板的跨中位置粘貼應變片，采集復合板在受到沖擊過程中受到的變形。復合板放置在支座上，兩支座之間的距離為600mm， 使復合板呈簡支狀態(tài)。圓球從靜止狀態(tài)自由下落沖擊復合板，記錄水泥板發(fā)生初裂時圓球的沖擊次數(shù)，經多次沖擊后，直至擊穿復合板時記錄擊穿次數(shù)。當裂縫貫穿整個截面延伸到試件上表面時的沖擊次數(shù)視為破壞沖擊次數(shù)。

纖維增強水泥板受到圓球沖擊時，因水泥板本身的抗沖擊性能不良，因此圓球第一次沖擊纖維增強水泥板時，下層水泥板就發(fā)生斷裂破壞，水泥板發(fā)生破壞后，由于纖維本身的良好的抗拉性能發(fā)揮作用，繼續(xù)使復合板呈整體性。這就說明纖維增強水泥板中纖維能夠吸收足夠的破壞能量，雖然纖維增強水泥板受到沖擊作用的瞬間就發(fā)生破壞，但纖維的優(yōu)異性能能夠保證整個系統(tǒng)的安全性能。通過抗沖擊試驗，對纖維增強多層水泥受到沖擊作用力時的性能進行分析，得到水泥板發(fā)生破壞的次數(shù)，根據(jù)試驗測得復合水泥板的抗沖擊能234千焦，延性指標為 25;延性指標數(shù)值的大小直接體現(xiàn)復合板的抗沖擊性能大小，數(shù)值越大，說明復合板在受到沖擊后直至完全破壞所能承受的能力越大，反之越小。

4 結束語

綜上所述，通過纖維增強混凝土抗壓、抗拉等力學性能研究發(fā)現(xiàn)，將纖維等增強材料摻加到水泥基材料，可有效提高水泥基材料抗拉、抗彎、防裂及防變形能力。為此，本文提出了通過三項不同的試驗方法，更好地分析與掌握纖維增強水泥板的受力性能，提高纖維增強水泥板的應用效果。

參考文獻：

[1]郭培培，黃俊，田國鑫，等.劍麻纖維水泥基復合材料彎曲力學性能[J].桂林理工大學學報，2019，39（01）：141-145.

[2]李培兵.天然纖維增強水泥基復合材料的力學性能與介質傳輸規(guī)律研究[D].青島：青島理工大學，2018.