玻璃纤维对再生骨料板力学性能的作用

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摘要：本工作选用165g、135g和100g三种不同克重的纤维网格铺设制成再生细骨料纤维增强板，纤维铺设层数选用2层和4层，研究纤维种类、铺设方式对再生细骨料板材的抗折强度和抗冲击性能的影响规律。研究表明，纤维网格布有助于提升板材的抗折强度，增加纤维网格布的铺设层数可以显著提高纤维增强再生细骨料板材的抗折强度和抗冲击性能。纤维增强板材的抗冲击性能并不随着纤维克重的增加而线性增加。本试验中XW2板材抗折强度和抗冲击性能良好。

关键词：玻璃纤维；抗折强度；抗冲击；自流平砂浆

引言

装配式建筑是现阶段建筑发展的主要趋势，而预制墙板是装配式建筑必不可少的组成部分。玻璃纤维增强水泥(Glassfiberreinforcedcement，简称GRC)墙板，具有轻质、高强、抗冲击、防火、耐水、易于加工成型及装饰效果好等优点。采用GRC板外墙保温系统具有自重轻、厚度薄、施工方便、节能效果显著、无污染等优点，其可用于高层建筑，多层建筑以及旧房屋节能改造［1］。贾东礼［2］通过理论计算推出公式，对GRC板的制作工艺和施工进行了优化改进，将转角处薄弱部分的内侧板变为实心板并用膨胀塑料钉加固，一定程度上改善了GRC墙板的抗震性能，增强了板的抗裂能力。王宗志［3］将高性能的无机非金属材料GF纤维和半透明集束状的纤维PPF材料加入混凝土中进行改性增强效果分析，认为单掺GF能够较好提升混凝土的抗折性能，掺入纤维在一定程度上会降低混凝土的抗压强度，但总体影响趋势不大。邓宗才［4］设置一种动能冲量对纤维混凝土进行冲击试验，认为粗聚丙烯纤维和玻璃纤维能有效增强混凝土的抗冲击性能。经过多次冲击试验后发现，粗聚丙烯纤维的带缝工作能力优于玻璃纤维。已有研究对整体板性能的关注较少，而玻璃纤维的增强效果不仅仅局限于抗折和抗压强度，还体现在增加韧性上。本工作选择建筑垃圾再生细骨料及自流平砂浆作为GRC墙板的基础材料，研究玻璃纤维增强自流平砂浆墙板抗折强度和抗冲击性能，进而分析玻璃纤维对再生细骨料砂浆墙板的作用效果。

1实验

1．1原材料

试验采用42．5快硬硫铝酸盐水泥，Ⅱ级粉煤灰，活性指数为115的硅灰，再生细骨料，表观密度为0．5g/cm3的松木锯末，耐碱玻璃纤维网格布(克重分别为130g、125g和100g)，憎水剂，聚羧酸减水剂等。

1．2配合比设计

表1为根据前期大量试验确定的自流平砂浆配比，其中再生细骨料采用三种级配，即由4．75～1．18mm大颗粒、1．18～0．3mm中颗粒以及0．3mm以下的小颗粒按照一定的比例组合而成。表2为玻璃纤维增强板材中纤维的布置设计。

1．3试验方法

1．3．1板的制作方法首先将水泥、木屑、矿物掺合料等粉料混合均匀，再将水、减水剂、憎水剂等液相混合均匀。在砂浆搅拌机中先加入液相再加入粉料，搅拌15s后加入再生细骨料，继续搅拌4min制得自流平砂浆，将砂浆装入自主设计的300mm!120mm!12mm矩形模具中，见图1。用不同深度的刮板刮平，分别铺设不同克重的二层或四层耐碱玻璃纤维网格布，网格布等分铺设在板的内部，再填入砂浆刮平，重复以上步骤直至装满模具，24h后脱模，标准养护3d、7d后测试板材的抗折强度和抗冲击性能。

1．3．2抗折强度测定方法抗折试验选用四点加载的方式，板材抗折受力简图如图2所示。支座距离为L，板材宽度为b，厚度为h，压头所提供的总力为F，每个压头的分力为F/2。根据公式(1)可计算抗折强度:mm，b=120mm，h=12mm。抗折试验夹具如图3所示。

1．3．3冲击性能试验方法图4a为冲击试验机。预先进行试验确定合适的落锤和适宜的落锤高度。为了保证落锤下落中不翻滚，对冲击面的冲击较为稳定，锤身选用圆柱形，锤头为圆锥，如图4b所示。落锤质量为5kg，直径为30mm，下落高度为20cm。下落方式为自由落体，每次落锤下落的高度保持一致。记录板试样被破坏时的冲击次数，并且记录每次冲击后板试样的冲击破坏面直径(mm)。当落锤冲击作用所形成的圆形凹痕直径超过30mm(即落锤锤头直径)时停止冲击。

2结果分析

2．1折弯对板材性能的影响规律

按照表1的配合比、表2所示的纤维种类制成玻璃纤维再生细骨料砂浆板材，测定标养3d和7d的抗折强度，结果见图5和图6。从图5和图6中可以看出，纤维的层数对板的抗折强度有显著影响，随着纤维层数的增多，抗折强度有明显提高。此外，由于采用的水泥为快硬硫铝酸盐，因此3d和7d两个龄期的强度差异非常小。当铺设2层纤维网格布的纤维克重为165时，板材的3d和7d抗折强度较高。而当铺设4层纤维网格布的纤维克重为135时，板材3d和7d抗折强度均最高，如其3d抗折强度达到了16．3MPa，相比另外两组提高了约25%。综上所述，对应于本试验所选定的砂浆配比，应优先选择XW2纤维制作板材。

2．2冲击对板材性能的影响规律

板材标准养护3d和7d时，测定每一次受冲击面的直径及冲击破坏时的次数，结果见图7～图10。由图7和图8可知，铺设2层纤维网格布的板材被破坏时，XW3纤维网格布板材的破坏面积最大;而XW2纤维网格布板材的破坏面积较小，且可以承受的冲击次数最多，达到5次。在初始冲击时，XW1纤维网格布板材出现较大的破坏面积，但随着冲击次数的增加，破坏面积增加速率逐渐减缓。观察图9和图10可见，铺设4层纤维网格布的板材被破坏时，XW3纤维网格布板材破坏面积最大;XW2纤维网格布板材可以承受的冲击次数最多，3d龄期时为6次，7d龄期时达到7次，承受的冲击次数超过了2层纤维网格布板材;XW1纤维网格布板材破坏时冲击面直径最小。综上所述，采用XW2纤维制作的板材承受的冲击次数最多，采用XW1纤维制作板材冲击破坏面积最小，也能承受较多的冲击次数。2．

3讨论

板材的抗折强度及抗冲击性能取决于纤维网格布的强度、砂浆的强度及砂浆与纤维的粘结强度等。采用相同砂浆时，板材的性能主要由纤维的强度和纤维与砂浆的粘结强度决定。通常纤维的克重越大，其抗拉强度越高。当铺设2层纤维网格布时，观察板材的破坏形式(见图11)发现，破坏主要表现为纤维断裂，板材的抗折强度主要由纤维抗拉强度保障。因此XW1纤维增强板材的抗折强度较高。当铺设4层纤维网格布时，XW2纤维使板材的抗折强度最高，观察板材破坏形式(见图12)发现，主要为拉断纤维，可以认为135克重纤维网格布铺设4层时能够显著增强板材的抗折强度，其且与砂浆间的粘结作用强，可协同抵抗板受到弯曲的荷载，使纤维的抗拉性能得到很好发挥。观察发现，XW1纤维板材整体破坏形态表现为纤维拔出，砂浆层断裂。虽然XW1纤维网格布的抗拉能力更好，但是由于砂浆强度较低，两者的协同作用较差，砂浆层先于纤维破坏，反而使板材的抗折强度较低。而XW3纤维自身抗拉伸能力较差，导致板材的抗折强度较低。总之，当砂浆强度和纤维抗拉强度相匹配时，才能够很好发挥各自的作用，使板材的抗折强度达到最高。同理，板材的抗冲击能力除了和纤维的强度有关外，更主要的是取决于砂浆强度与纤维强度的合理搭配。XW2纤维和砂浆的匹配度较高，板材的抗冲击能力强;XW1纤维强度高，板材抗冲击能力也较好，破坏面积小。较小克重的纤维板抗冲击能力不佳。

3结论

(1)增加纤维网格布铺设层数可以显著提高纤维增强板材的抗折强度和抗冲击性能。(2)纤维增强板材的抗折强度和抗冲击性能主要取决于纤维与砂浆的合理匹配，也与纤维自身抗拉性能有关。(3)本试验所选定的砂浆配比，应优先选择XW2纤维制作板材。

参考文献

1臧奎春，王玉斌．砖瓦，2007(5)，55．

2贾东礼．福建建材，2012(2)，46．

3王中志，段长松，贾艳敏．山西建筑，2018，44(20)，103．

4邓宗才，董智福．天津大学学报(自然科学与工程技术版)，2018，51(12)，1278．

作者：周文娟 侯云芬 郑东昊 单位：北京建筑大学土木与交通工程学院