复合剪力墙体系及GRC免拆模板力学性能

D01:10.13374j.ism100103x2006.06.003 第28卷第6期 北京科技大学学报 Vol.28 Na 6 2006年6月 Journal of University of Science and Technology Beijing Jum.2006 复合剪力墙体系及GRC免拆模板力学性能 曲俊义12刘艳萍) 乔兰) 1)北京科技大学土木与环境工程学院.北京1000832)河北省建设厅.石家庄050051 摘要为了研究玻璃纤维增强水泥(GRC)免拆模板复合剪力墙体系的可行性，对GRC平板与 混凝土粘结性进行实验研究.并对实验数据进行分析，结果表明两者之间具有良好的粘结性能.能 够协同工作，对作为免拆模板的GRC平板进行力学性能实验，结果显示其具有良好的抗折性能， GRC免拆模板剪力墙体系是可行的. 关键词玻璃纤维增强水泥：免拆模板：复合剪力墙：粘结性能：力学性能 分类号TU502.6 玻璃纤维增强水泥(GRC)是以玻璃纤维为增 强材料，以水泥净浆或水泥砂浆为基体而形成的 一种复合材料.利用耐碱玻璃纤维和低碱度水 泥制造的GRC制品，是人类社会运用高新技术对 】一扎免拆模板 2一百休暴米板 材料进行复合利用取得的重要成果习. 3一冷拔料丝网 4一带孔免拆模板 GRC制品不仅具有优良的抗拉、抗弯、抗冲 5一现浇湿凝土 6一连接固定两个 击性能，还具有抗裂性好、质量轻、易模性好、加工 钢丝网的女川件 7一樹定复合墙体的 方便、不怕潮、不燃烧等优点，且价格适中，因而 对议螺栓 获得了各国材料界的公认，在建筑、市政、农业、水 利和园林工程等许多领域的应用中取得了明显的 技术经济效果 图1复合剪力墙体 GRC免拆模板复合剪力墙体系是河北省建 Fig.1 Composite shear wall system 设厅科研项目，是一种新型的节能建筑结构体系， 11实验方法 体系的核心是免拆模板(GRC制品)、重体聚苯 考虑到粘结界面的剥离破坏类型，可设计4 板、冷拔钢丝网和混凝土复合而成的剪力墙体，如 种性能实验，即正拉粘结性能实验，推剪粘结性能 图1所示.利用此体系替代粘土砖墙，可以节约 实验、拉剪粘结性能实验和弯拉粘结性能实验，来 土地资源，并且能够充分利用粉煤灰、矿渣等工业 考察混凝土强度等级、粘结受力面积等因素对粘 废料，既节能又环保，经济效益和社会效益显著， 结强度的影响 具有广阔的发展前景， 本实验采用3种不同的受力形式：(1)正拉形 1 GC免拆模板与混凝土的粘结 式，拉力作用于粘结界面的法向：(2)拉剪形式，拉 性能 力作用于粘结界面的平面内：(3)推剪形式，压力 作用于粘结界面的平面内. 免拆模板剪力墙体系施工成型后，模板不拆 12试件准备 除，与混凝土要共同承受荷载，这就需要两者之间 试件选取的是复合剪力墙的墙体部分，但由 有较好的粘结性能.与钢筋混凝土类似，免拆模 于粘结性能实验与墙体有无配筋无直接联系，因 板与现浇混凝土之间的粘结力传递也主要通过粘 而为了简化实验步骤，本实验设计中将钢丝网架 结力、机械咬合力以及混凝土与玻璃纤维增强水 去除 泥板表面的凹凸不平之间的摩阻力来实现的4. 为了研究不同粘结形式对复合墙体粘结性能 收稿日期：2005-03-23修回日期.200509-05 的影响.实验中共设计了3种聚苯板截面形式： 作者简介：曲俊义(1957一)，男，级工程师，博士 (1)花槽形式，将聚苯板刻成2cm×2cm的花格

复合剪力墙体系及 GRC 免拆模板力学性能 曲俊义1, 2) 刘艳萍1) 乔 兰1) 1) 北京科技大学土木与环境工程学院, 北京 100083 2) 河北省建设厅, 石家庄 050051 摘 要 为了研究玻璃纤维增强水泥( GRC) 免拆模板复合剪力墙体系的可行性, 对 GRC 平板与 混凝土粘结性进行实验研究, 并对实验数据进行分析, 结果表明两者之间具有良好的粘结性能, 能 够协同工作.对作为免拆模板的 GRC 平板进行力学性能实验, 结果显示其具有良好的抗折性能. GRC 免拆模板剪力墙体系是可行的. 关键词 玻璃纤维增强水泥;免拆模板;复合剪力墙;粘结性能;力学性能 分类号 TU 502 +.6 收稿日期:2005 03 23 修回日期:2005 09 05 作者简介:曲俊义( 1957—) , 男, 高级工程师, 博士 玻璃纤维增强水泥( GRC) 是以玻璃纤维为增 强材料, 以水泥净浆或水泥砂浆为基体而形成的 一种复合材料 [ 1] .利用耐碱玻璃纤维和低碱度水 泥制造的 GRC 制品, 是人类社会运用高新技术对 材料进行复合利用取得的重要成果[ 2] . GRC 制品不仅具有优良的抗拉 、抗弯、抗冲 击性能, 还具有抗裂性好 、质量轻、易模性好、加工 方便、不怕潮、不燃烧等优点, 且价格适中 , 因而 获得了各国材料界的公认, 在建筑 、市政 、农业 、水 利和园林工程等许多领域的应用中取得了明显的 技术经济效果 [ 3] . GRC 免拆模板复合剪力墙体系是河北省建 设厅科研项目, 是一种新型的节能建筑结构体系, 体系的核心是免拆模板( GRC 制品) 、重体聚苯 板、冷拔钢丝网和混凝土复合而成的剪力墙体, 如 图 1 所示.利用此体系替代粘土砖墙, 可以节约 土地资源, 并且能够充分利用粉煤灰、矿渣等工业 废料, 既节能又环保, 经济效益和社会效益显著, 具有广阔的发展前景 . 1 GRC 免拆模板与混凝土的粘结 性能 免拆模板剪力墙体系施工成型后, 模板不拆 除, 与混凝土要共同承受荷载, 这就需要两者之间 有较好的粘结性能 .与钢筋混凝土类似, 免拆模 板与现浇混凝土之间的粘结力传递也主要通过粘 结力、机械咬合力以及混凝土与玻璃纤维增强水 泥板表面的凹凸不平之间的摩阻力来实现的 [ 4] . 图 1 复合剪力墙体 Fig.1 Composite shear wall system 1.1 实验方法 考虑到粘结界面的剥离破坏类型, 可设计 4 种性能实验, 即正拉粘结性能实验 、推剪粘结性能 实验 、拉剪粘结性能实验和弯拉粘结性能实验, 来 考察混凝土强度等级 、粘结受力面积等因素对粘 结强度的影响[ 5] . 本实验采用 3 种不同的受力形式:( 1) 正拉形 式, 拉力作用于粘结界面的法向;( 2) 拉剪形式, 拉 力作用于粘结界面的平面内;( 3) 推剪形式, 压力 作用于粘结界面的平面内 . 1.2 试件准备 试件选取的是复合剪力墙的墙体部分, 但由 于粘结性能实验与墙体有无配筋无直接联系, 因 而为了简化实验步骤, 本实验设计中将钢丝网架 去除 . 为了研究不同粘结形式对复合墙体粘结性能 的影响 .实验中共设计了 3 种聚苯板截面形式: ( 1) 花槽形式, 将聚苯板刻成 2 cm ×2 cm 的花格 第 28 卷 第 6 期 2006 年 6 月 北 京 科 技 大 学 学 报 Journal of University of Science and Technology Beijing Vol .28 No.6 Jun.2006 DOI :10.13374/j .issn1001 -053x.2006.06.003

。520· 北京科技大学学报 2006年第6期 槽：(2)键槽形式，将聚苯板刻成宽、厚各为2cm 且互相咬合，粘聚力和机械咬合力增加，从而提高 的条形槽：(3)普通形式，聚苯板的截面形式为 了承载力.图3为粘结界面发生破坏时，荷载一 平面. 侧向位移之间的变化关系曲线.由图可得出与上 为了研究免拆模板的形式对墙体粘结性能的 面相同的结论.这就说明聚苯板截面形式对其界 影响，将免拆模板制作为4种形式：(1)普通型 面间粘聚力有显著的影响，是决定其粘结性能的 一由唐山市宏利器材厂加工的普通GC平板， 影响因素之一 板厚8mm,截成200mm×200mm的板块；(2)清 4.5 洗型一将工厂制作的GRC板经过清洗，去除模 4.0 0 板表面的脱模剂：(3)拉毛型一将工厂同期制作 3.5 的免拆模板不光滑的一面拉毛，目的是增强其与 3.0 混凝土之间的粘聚力和磨擦力：(4)打孔型一在 25 空20 6 工厂同期制作的免拆模板上打中8mm的花孔，当 1.5 0 △一1普通试件 浇筑混凝土后，可起销栓作用，增加两者之间的粘 1.0 。1”键博试件 结力 ◇一"花槽试件 0.5 试件制作时首先将免拆模板和重体聚苯板在 0.5 0 六530 工厂采用粘结胶粘结在一起，待到接缝强度较高 线位kN 时，再截成200mm×200mm的试件待用.在事 图2不同聚苯板截面荷载顶端位移关系曲线 先准备好的模具腔内刷涂机油，再将粘结好的免 Fig.2 Relational curves of end displacement with load on the 拆模板重体聚苯板复合体或免拆模板立在模板腔 polytyrene-plank section 内并固定好.采用C25混凝土现浇，一次浇注6 个试件.在试件制作的同时制作标准混凝土试件 4.5r 4.0L 用来测量混凝土的强度.待24h后拆模，将试件 △一“普通试件 35 o一'键情试件 p 在恒温室养护28d后进行加载实验， 3.0 ◇一”花榜试作 13实验现象 目25 普20 A 在加载过程中，拉剪试件和正拉试件都是从 试件的顶部、混凝土与聚苯板或混凝土与免拆模 1.5- 板粘结界面的中部开始出现裂缝.初始裂缝很细 1.04 000 小，并伴有清脆的劈裂声，中间出现裂缝后，开始 0.5 向两端扩展，同时裂缝也由上向下，从两侧面开始 1.0 1.52.0 线作kN 发展，随着载荷的增加，裂缝发展很快，不断的出 现清脆的劈裂声，裂缝不断延伸扩展，全截面开始 图3不同聚苯板截面荷载一侧向位移关系曲线 Fig.3 Relatioml curves of lateral displacement with load on 出现裂缝.当裂缝贯通全截面时，聚苯板与混凝 the polytyrene-pl ank section 土撕脱，构件随之失去承载力. 1.4数据分析 图4及图5是由实验得到的不同免拆模板截 考虑到拉剪粘结状态是粘结界面单纯受面内 面形式发生剪切破坏时的荷载一位移关系曲线， 剪力作用，正拉粘结状态的界面是单纯法向受拉 由两图可知，由于免拆模板与混凝土材性相似，其 应力作用，而推剪粘结的界面除了受剪应力外，还 粘聚力比聚苯板与混凝土之间的粘结力大得多： 受压应力.属于复合受力状态，因而在实验中的数 免拆模板的截面形式显著地影响着界面间的粘结 据均采用拉剪粘结强度 性能.当截面形式为打孔免拆模板和拉毛免拆模 图2为试件剪切破坏时，极限承载力与顶端 板时，关系曲线平缓，这说明顶部裂缝随剪力增加 位移之间的关系.由图可知，当聚苯板的截面形 而缓慢增长，当裂缝宽度达到最大3.654mm破 式为键槽和花槽形式时，曲线比普通截面试件延 坏时，这两种形式下的粘结力显著增加.这是因 伸较缓，说明裂缝发展较为缓慢，界面间的粘结力 为拉毛使粘结面积和摩擦力增大而打孔使免拆模 显著提高.这是因为聚苯板的形式为键槽和花槽 板和混凝土之间形成销拴连接，这些都使界面间 时，现浇混凝土与聚苯板粘结时的接触面积增大， 的粘结力增加，从而成为影响粘结性能的主要

槽;( 2) 键槽形式, 将聚苯板刻成宽 、厚各为 2 cm 的条形槽;( 3) 普通形式, 聚苯板的截面形式为 平面 . 为了研究免拆模板的形式对墙体粘结性能的 影响, 将免拆模板制作为 4 种形式 :( 1) 普通型 ———由唐山市宏利器材厂加工的普通 GRC 平板, 板厚 8 mm, 截成 200 mm ×200 mm 的板块;( 2) 清 洗型 ———将工厂制作的 GRC 板经过清洗, 去除模 板表面的脱模剂 ;( 3) 拉毛型———将工厂同期制作 的免拆模板不光滑的一面拉毛, 目的是增强其与 混凝土之间的粘聚力和磨擦力 ;( 4) 打孔型———在 工厂同期制作的免拆模板上打 8 mm 的花孔, 当 浇筑混凝土后, 可起销栓作用, 增加两者之间的粘 结力 . 试件制作时首先将免拆模板和重体聚苯板在 工厂采用粘结胶粘结在一起, 待到接缝强度较高 时, 再截成 200 mm ×200 mm 的试件待用 .在事 先准备好的模具腔内刷涂机油, 再将粘结好的免 拆模板重体聚苯板复合体或免拆模板立在模板腔 内并固定好.采用 C25 混凝土现浇, 一次浇注 6 个试件.在试件制作的同时制作标准混凝土试件 用来测量混凝土的强度.待 24 h 后拆模, 将试件 在恒温室养护 28 d 后进行加载实验 . 1.3 实验现象 在加载过程中, 拉剪试件和正拉试件都是从 试件的顶部 、混凝土与聚苯板或混凝土与免拆模 板粘结界面的中部开始出现裂缝 .初始裂缝很细 小, 并伴有清脆的劈裂声, 中间出现裂缝后, 开始 向两端扩展, 同时裂缝也由上向下, 从两侧面开始 发展, 随着载荷的增加, 裂缝发展很快, 不断的出 现清脆的劈裂声, 裂缝不断延伸扩展, 全截面开始 出现裂缝.当裂缝贯通全截面时, 聚苯板与混凝 土撕脱, 构件随之失去承载力 . 1.4 数据分析 考虑到拉剪粘结状态是粘结界面单纯受面内 剪力作用, 正拉粘结状态的界面是单纯法向受拉 应力作用, 而推剪粘结的界面除了受剪应力外, 还 受压应力, 属于复合受力状态, 因而在实验中的数 据均采用拉剪粘结强度. 图 2 为试件剪切破坏时, 极限承载力与顶端 位移之间的关系 .由图可知, 当聚苯板的截面形 式为键槽和花槽形式时, 曲线比普通截面试件延 伸较缓, 说明裂缝发展较为缓慢, 界面间的粘结力 显著提高 .这是因为聚苯板的形式为键槽和花槽 时, 现浇混凝土与聚苯板粘结时的接触面积增大, 且互相咬合, 粘聚力和机械咬合力增加, 从而提高 了承载力.图 3 为粘结界面发生破坏时, 荷载 - 侧向位移之间的变化关系曲线.由图可得出与上 面相同的结论 .这就说明聚苯板截面形式对其界 面间粘聚力有显著的影响, 是决定其粘结性能的 影响因素之一 . 图 2 不同聚苯板截面荷载-顶端位移关系曲线 Fig.2 Relational curves of end displacement with load on the polytyrene-plank section 图 3 不同聚苯板截面荷载-侧向位移关系曲线 Fig.3 Relational curves of lateral displacement with load on the polytyrene-plank section 图 4 及图 5 是由实验得到的不同免拆模板截 面形式发生剪切破坏时的荷载-位移关系曲线. 由两图可知, 由于免拆模板与混凝土材性相似, 其 粘聚力比聚苯板与混凝土之间的粘结力大得多; 免拆模板的截面形式显著地影响着界面间的粘结 性能 .当截面形式为打孔免拆模板和拉毛免拆模 板时, 关系曲线平缓, 这说明顶部裂缝随剪力增加 而缓慢增长, 当裂缝宽度达到最大 3.654 mm 破 坏时, 这两种形式下的粘结力显著增加.这是因 为拉毛使粘结面积和摩擦力增大而打孔使免拆模 板和混凝土之间形成销拴连接, 这些都使界面间 的粘结力增加, 从而成为影响粘结性能的主要 · 520 · 北 京 科 技 大 学 学 报 2006 年第 6 期

Vol.28 No.6 曲俊义等：复合剪力墙体系及GRC免拆模板力学性能 521· 因素 成本.在使用粉煤灰的同时选用高效减水剂以降 4.5 低水胶比 4.0 制备GRC采用手动喷涂铺网法.施工工艺 3.5 0000-0 0 大致是：在涂有隔膜的平板上铺下层耐碱玻璃纤 3.0 维网格布，然后在上面抹适量的面层砂浆，在此过 2.5 苦 2.0 0-0-0 程中，敲击平板，目的是使得砂浆透过网格布，更 1.5 好的将其包裹：接着加中间层砂浆至适当高度，抹 △一普通免诉模板 1.0 0 水洗免拆模板 平，加抹面层砂浆至板材厚度，然后铺上层耐碱纤 。一孔免拆榄板 0.5 ◇拉毛免拆板 维网格布，轻轻按下至面层砂浆刚刚包裹住网格 3 布即可：最后找平，进行相应的养护 载竹kN 22实验方案设计 图4不同免拆模板馥面荷载顶端位移关系曲线 影响GRC平板物理力学性能的因素很多，每 Fig.4 Relational curves of end displacement with load on the 个因素又有不同的取值水平，若要做全面实验，实 stay-in-place mould section 验量将很大.为了用尽可能少的实验，得出具有 代表性的结果，拟采用正交法进行实验 4.5 正交设计的关键是选择出对实验结果有显著 4.0 3.5 影响的几个因素及其合理的水平.通过研究每种 0 3.0 原材料的特性，并考虑充分利用工业废料来降低 25 生产成本，从众多原材料及因素中，选取了粉煤 2.0 灰、珍珠岩、水胶比及减水剂4个因素作为研究对 1.5 ● 普通免所模板 象9.并对每种因素都选定了3个水平，其他因 1.0 D一水洗免拆模板 素则相对不变，即各组实验水泥用量为100%，砂 0.5 0一打孔免拆模板 ◇一拉毛免拆模板 子和107胶用量分别为水泥用量（质量）的15% 4 找值kN 和1.5%.因素及水平列表如表1所示. 根据所选因素及水平的数目，并依据正交表 图5不同免拆模板截面荷载侧向位移关系曲线 “当水平数、因素数满足后，实验次数越小越好”的 Fig.5 Relational curves of lateral displacement with load on the stay-in place mould section 原则，选用了正交表L9(3来安排实验，此表恰 可安排四因素三水平实验，实验次数为9次，实验 2 GRC免拆模板的力学性能 方案见表2所示.为了与此9组实验进行对比， 2.1GRC免拆模板的材料选用及试件制作 按厂家曾经使用过并认为效果尚可的配合比另做 玻璃纤维在水泥基体中易受侵蚀产生脆化作 了一组对比实验，实验中仍把水泥用量作为基数， 用9，为改善玻璃纤维增强水泥的长期耐久性， 粉煤灰、珍珠岩及减水剂的用量分别为水泥用量 本研究项目采用两种途径：一是选用耐碱玻璃纤 的10%，30.7%（折合成体积比为水泥的4倍）， 维网格布作为增强纤维；二是选用适当的胶凝材 07%,另加入与水泥等体积的矿渣（折合成质量 料.实验研究表明，掺入一定量的粉煤灰，可以提 比为水泥的1.302倍)，砂子和107胶的用量仍分 高板材的强度，同时有利于环保，节约资源，降低 别为水泥的15%和1.5%：由于珍珠岩和矿渣用 表1因素及水平表 Table 1 Table of facter and level 水平 因素 备注 2 今 粉煤灰用量，A 25% 30% 35% 占水泥用量的比例 膨胀珍珠岩用量，B 0 1.5% 3.0% 占水泥用量的比例 水胶比C 031 0.33 035 水与水泥和粉煤灰总量之比 减水剂用量，D 070% 0.75% 080% 占水泥用量的比例

因素 . 图 4 不同免拆模板截面荷载-顶端位移关系曲线 Fig.4 Relational curves of end displacement with load on the stay-in-place mould section 图 5 不同免拆模板截面荷载-侧向位移关系曲线 Fig.5 Relational curves of lateral displacement with load on the stay-in-place mould section 2 GRC 免拆模板的力学性能 2.1 GRC免拆模板的材料选用及试件制作 玻璃纤维在水泥基体中易受侵蚀产生脆化作 用 [ 6] , 为改善玻璃纤维增强水泥的长期耐久性, 本研究项目采用两种途径 :一是选用耐碱玻璃纤 维网格布作为增强纤维 ;二是选用适当的胶凝材 料.实验研究表明, 掺入一定量的粉煤灰, 可以提 高板材的强度, 同时有利于环保, 节约资源, 降低 成本 .在使用粉煤灰的同时选用高效减水剂以降 低水胶比 . 制备 GRC 采用手动喷涂铺网法 .施工工艺 大致是 :在涂有隔膜的平板上铺下层耐碱玻璃纤 维网格布, 然后在上面抹适量的面层砂浆, 在此过 程中, 敲击平板, 目的是使得砂浆透过网格布, 更 好的将其包裹 ;接着加中间层砂浆至适当高度, 抹 平, 加抹面层砂浆至板材厚度, 然后铺上层耐碱纤 维网格布, 轻轻按下至面层砂浆刚刚包裹住网格 布即可;最后找平, 进行相应的养护 . 2.2 实验方案设计 影响 GRC 平板物理力学性能的因素很多, 每 个因素又有不同的取值水平, 若要做全面实验, 实 验量将很大.为了用尽可能少的实验, 得出具有 代表性的结果, 拟采用正交法进行实验[ 7] . 正交设计的关键是选择出对实验结果有显著 影响的几个因素及其合理的水平 .通过研究每种 原材料的特性, 并考虑充分利用工业废料来降低 生产成本, 从众多原材料及因素中, 选取了粉煤 灰、珍珠岩 、水胶比及减水剂 4 个因素作为研究对 象[ 8] .并对每种因素都选定了 3 个水平, 其他因 素则相对不变, 即各组实验水泥用量为 100 %, 砂 子和 107 胶用量分别为水泥用量( 质量) 的 15 % 和 1.5 %.因素及水平列表如表 1 所示. 根据所选因素及水平的数目, 并依据正交表 “当水平数 、因素数满足后, 实验次数越小越好”的 原则, 选用了正交表 L9( 3 4 ) 来安排实验, 此表恰 可安排四因素三水平实验, 实验次数为 9 次, 实验 方案见表 2 所示.为了与此 9 组实验进行对比, 按厂家曾经使用过并认为效果尚可的配合比另做 了一组对比实验, 实验中仍把水泥用量作为基数, 粉煤灰 、珍珠岩及减水剂的用量分别为水泥用量 的 10 %, 30.7 %( 折合成体积比为水泥的 4 倍) , 0.7 %, 另加入与水泥等体积的矿渣( 折合成质量 比为水泥的 1.302 倍) , 砂子和 107 胶的用量仍分 别为水泥的 15 %和 1.5 %;由于珍珠岩和矿渣用 表 1 因素及水平表 Table 1 Table of facter and level 因素 水平 1 2 3 备注 粉煤灰用量, A 25% 30% 35% 占水泥用量的比例 膨胀珍珠岩用量,B 0 1.5% 3.0% 占水泥用量的比例 水胶比, C 0.31 0.33 0.35 水与水泥和粉煤灰总量之比 减水剂用量, D 0.70% 0.75% 0.80% 占水泥用量的比例 Vol.28 No.6 曲俊义等:复合剪力墙体系及 GRC 免拆模板力学性能 · 521 ·

。522 北京科技大学学报 2006年第6期 量都较大，导致拌和物所需的水胶比也很大.实 面朝上置于支座上，使平板中心线与加载杆中心 际的水胶比（质量比）为1.19. 线重合.控制加载速度使试件在15~30s内断 共需做10组实验.根据玻璃纤维增强水泥 裂，读取破坏荷载，测量断裂处试样宽度及对称两 平板性能实验标准中对板材各项性能实验的尺寸 点的厚度.然后将试件重新拼合，在垂直方向做 要求来计算，每张板裁边后的有效尺寸至少应为 第二次抗折，再测量断裂宽度及对称两点的厚度. 1000mm×1000mm.成型后切割成实验所需的 试件正反两面的破坏方式和破坏范围都不相 试件块 同.正面纵横两向都是在沿加载压杆方向有一条 2.3实验 很窄的破坏线，而背面出现的裂缝则较多，裂缝分 以水泥为基体的建筑材料的一个突出的特点 布的范围也较宽，纵横两向除在对应压杆的位置 就是抗压强度高，而抗弯（折强度、抗拉强度和抗 各有一条主裂缝外，两侧一定宽度范围内还分别 冲击强度低.采用纤维材料对水泥基材进行性能 有与之平行的几条次生裂缝，次生裂缝在宽度、长 改善是一种行之有效的方法0 度及深度上都小于主裂缝， 由于GC免拆模板是一种薄型板材，浇筑混 24实验数据收集整理 凝土时要承受冲击荷载，这就要求其具有良好的 收集实验数据，抗折强度按下式计算： 抗弯（折）强度.因此主要针对GRC平板抗折性 R=3pL 能进行实验研究. 2be 按国家标准GB/7019一1997纤维水泥之制 式中，R为抗折强度，MPap为破坏荷载N;L 品实验方法进行实验.抗折试件在距板边缘不小 为支距，mm;b为试件断面宽度，mm;e为试件断 于25mm的中间位置切取，试件的平面尺寸为 面厚度，mm;将抗折强度的实验方案及实验结果 250mm×250mm,支距215mm.实验时试件正 计算后列入表2. 表2正交实验方案的计算结果 Table 2 Calculated results of the orthogonal experimental scheme 因素及水平 抗折强度， 实验号 A(粉煤灰用量) B(珍珠岩用量) C(水胶比) D(减水剂用量) R/MPa 1(25%) 1(0) 1(031) 1(070%) 14.40 3 1(25%) 21.5%) 2(033) 2(0.75%) 1428 1(25%) 33.0%) 3(035) 3(0.80%) 13.28 4 2(30% 1(0) 2(033) 3(080%) 1297 2(30% 2(1.5%) 3(035) 1(070%) 13.75 6 2(30%) 3(3.0%) 1(031) 2(075%) 13.20 > 3(35%) 1(0) 3(035) 2(0.75% 11.77 8 3(35%) 2(1.5%) 1(03) 3(0.80%) 1406 9 3(35%) 3(3.0%) 2(033) 1(070%) 13.77 10(对比实验) 11.87 Ka 41.96 39.14 41.66 4192 K2 39.92 4209 41.02 39.25 Ka 39.60 40.25 3880 4031 Ka 1399 13.05 13.88 13.97 Ke 13.31 1403 13.68 1308 a 13.20 13.41 1294 1344 R=max K)-min(K 079 0.98 0.94 089 因素偏差平方和 1.0926 1.4800 1.5020 1.2050 因素自由度 2 2 2 2 均方差 05463 07400 07510 06025 R=13.50:K为i因素所有j水平所对应的实验指标之和，仁A,BC,D,=1,2,3K=3K

量都较大, 导致拌和物所需的水胶比也很大 .实 际的水胶比( 质量比) 为 1.19 . 共需做 10 组实验.根据玻璃纤维增强水泥 平板性能实验标准中对板材各项性能实验的尺寸 要求来计算, 每张板裁边后的有效尺寸至少应为 1 000 mm ×1 000 mm .成型后切割成实验所需的 试件块[ 9] . 2.3 实验 以水泥为基体的建筑材料的一个突出的特点 就是抗压强度高, 而抗弯( 折) 强度 、抗拉强度和抗 冲击强度低.采用纤维材料对水泥基材进行性能 改善是一种行之有效的方法 [ 10] . 由于 GRC 免拆模板是一种薄型板材, 浇筑混 凝土时要承受冲击荷载, 这就要求其具有良好的 抗弯( 折) 强度.因此主要针对 GRC 平板抗折性 能进行实验研究 . 按国家标准 GB/7019 —1997 纤维水泥之制 品实验方法进行实验 .抗折试件在距板边缘不小 于 25 mm 的中间位置切取, 试件的平面尺寸为 250 mm ×250 mm, 支距 215 mm .实验时试件正 面朝上置于支座上, 使平板中心线与加载杆中心 线重合.控制加载速度使试件在 15 ～ 30 s 内断 裂, 读取破坏荷载, 测量断裂处试样宽度及对称两 点的厚度.然后将试件重新拼合, 在垂直方向做 第二次抗折, 再测量断裂宽度及对称两点的厚度. 试件正反两面的破坏方式和破坏范围都不相 同.正面纵横两向都是在沿加载压杆方向有一条 很窄的破坏线, 而背面出现的裂缝则较多, 裂缝分 布的范围也较宽, 纵横两向除在对应压杆的位置 各有一条主裂缝外, 两侧一定宽度范围内还分别 有与之平行的几条次生裂缝, 次生裂缝在宽度、长 度及深度上都小于主裂缝 . 2.4 实验数据收集整理 收集实验数据, 抗折强度按下式计算: R = 3pL 2be 2 式中, R 为抗折强度, MPa;p 为破坏荷载, N ;L 为支距, mm ;b 为试件断面宽度, mm ;e 为试件断 面厚度, mm ;将抗折强度的实验方案及实验结果 计算后列入表 2 . 表 2 正交实验方案的计算结果 Table 2 Calculated results of the orthogonal experimental scheme 实验号 因素及水平 A( 粉煤灰用量) B( 珍珠岩用量) C( 水胶比) D( 减水剂用量) 抗折强度, R/ MPa 1 1( 25%) 1( 0) 1( 0.31) 1( 0.70%) 14.40 2 1( 25%) 2( 1.5%) 2( 0.33) 2( 0.75%) 14.28 3 1( 25%) 3( 3.0%) 3( 0.35) 3( 0.80%) 13.28 4 2( 30%) 1( 0) 2( 0.33) 3( 0.80%) 12.97 5 2( 30%) 2( 1.5%) 3( 0.35) 1( 0.70%) 13.75 6 2( 30%) 3( 3.0%) 1( 0.31) 2( 0.75%) 13.20 7 3( 35%) 1( 0) 3( 0.35) 2( 0.75%) 11.77 8 3( 35%) 2( 1.5%) 1( 0.31) 3( 0.80%) 14.06 9 3( 35%) 3( 3.0%) 2( 0.33) 1( 0.70%) 13.77 10( 对比实验) — — — — 11.87 K i1 41.96 39.14 41.66 41.92 K i2 39.92 42.09 41.02 39.25 K i3 39.60 40.25 38.80 40.31 K i1 13.99 13.05 13.88 13.97 K i2 13.31 14.03 13.68 13.08 K i3 13.20 13.41 12.94 13.44 R i =max( Kij ) -min( K ij ) 0.79 0.98 0.94 0.89 因素偏差平方和 1.092 6 1.480 0 1.502 0 1.205 0 因素自由度 2 2 2 2 均方差 0.546 3 0.740 0 0.751 0 0.602 5 注:R = 1 9 ∑ 9 i =1 R i =13.50;Kij为i 因素所有j 水平所对应的实验指标之和, i =A , B, C, D, j =1, 2, 3;K ij = 1 3 Kij . · 522 · 北 京 科 技 大 学 学 报 2006 年第 6 期

Vol.28 No.6 曲俊义等：复合剪力墙体系及GRC免拆模板力学性能 ·523· 综合性能最佳的玻璃纤维增强水泥平板的配 3 实验结果及讨论 合比为：水泥：粉煤灰：膨胀珍珠岩：砂子：减水剂： 3.1 GRC免拆模板与混凝土的粘结性能 107胶=10.31.0150.150.0070.015（质量 由实验可知试件发生的是脆性破坏，从裂缝 比).水胶比为0.31.用该配合比制得的水泥平 出现到破坏时间很短，聚苯板与混凝土和免拆模 板，其抗折强度可达15.37MPa平均含水率为 板与混凝土的破坏断面均为平面形式，断面基本 414%,平均吸水率为19.55%，干缩率为 光滑，属于直接剪断破坏. 0086%,湿胀率为0.17%，平均密度为 混凝土强度等级相同时，粘结强度值从大到 1.5gcm3左右，抗冻性能良好（抗冻前后强度保 小排列依次为推剪粘结强度、正拉粘结强度和拉 留率高达96.9%.GRC平板的抗折强度一般是 剪粘结强度. 素混凝土抗剪强度的4~5倍（素混凝土的抗剪强 通过实验研究测定，当粘结形式为免拆模板、 度一般是3~4MPa). 聚苯板与混凝土接触时，破坏发生在混凝土与聚 苯板粘结界面，抗剪强度值约为014MPa当免 4结论 拆模板与混凝土直接接触时，由于免拆模板与混 理论分析与实验结果均显示GRC平板具有 凝土材料属性相似，界面间的粘结力与聚苯板与 良好的物理力学性能，可以用作免拆模板承担浇 混凝土界面间的粘结力相比显著提高，破坏发生 注混凝土时所产生的外力，成型后，不拆除，与混 在两者之间，抗剪强度值大约是L.0MPa. 凝土有良好的粘结性能，能共同承受外部荷载. 由于不同形式的聚苯板和免拆模板改变了粘 因此GRC免拆模板剪力墙体系是可行的，并且还 结界面的形式，粘结力、机械咬合力以及混凝土与 具有自重轻，保温性能良好，施工方便快捷，经济 水泥增强板表面的凹凸不平之间的摩阻力均有不 性能良好等优点，是一种极具推广价值的结构 同程度的增加，从而显著的改变了界面粘结性能， 体系. 增强了界面间的粘聚力. 参考文献 3.2GRC免拆模板的力学性能 玻璃纤维增强水泥平板抗折破坏的特点是： 【刂崔玉忠.我国玻璃纤维增强水泥的发展现状与前景.房材 与应用.1998.4：13 加载面上，纵横两向在沿加载压杆方向都仅有一 【2习詹德雄.玻璃纤维增强水泥(GRC).广东建材.1994,3：26 条很窄的破坏线：而背面出现的裂缝较多，裂缝分 【3习王少南.GC制品发展前景广阔.墙材革新与建筑节能 布的范围也较宽，纵横两向除在对应压杆的位置 2000.6.12 各有一条主裂缝外，两侧一定宽度范围内还分别 【4董亮。免拆模板复合剪力墙粘结性能试验研究和数值模拟 有与之平行的几条次生裂缝，次生裂缝在宽度、长 【学位论刘·石家庄：石家庄铁道学院，2004 度及深度上都小于主裂缝.这种裂缝分布状况说 [匀高向玲，李杰.钢筋混凝士粘结锚固的研究进展.结构工程 师.2001(2)：29 明玻璃纤维对水泥平板具有明显的增强作用，不 【(崔玉忠.玻璃纤维增强水泥的发展现状与前景.玻璃纤维， 仅提高了抗弯折强度，而且极大地增强了平板的 1999.1:16 韧性，使其从素水泥板材的脆性破坏变为延性破 【7郑少华，姜奉华.试验设计与数据处理.北京：中国建材工 坏.因为主裂缝出现后，平板并不立即失去承载 业出版社，2004 能力，而是由纤维网格布进行了内力传递和分散， 【8陈俊玉，刘建平.建筑材料.北京：中国矿业大学出版社， 1999 使应力发生重分布，通过产生次生裂缝来吸收继 [9]全国水泥制品标准化技术委员会.GBT7019一97纤维水 续承载所积聚的能量，从而达到提高抗折强度的 泥制品试验方法.北京：中国标准出版社，1997 目的 【10卢哲安，罗国荣，陈应波，等.上下层布钢纤维混凝土抗折 实验所考虑的4个因素中，影响平板破坏抗 强度及增强机理研究.武汉理工大学学报.2001,23(1)： 折强度的主要因素为：膨胀珍珠岩用量和水胶比， 且粉煤灰掺量越低，水胶比越小，抗折强度越高. (下转第538页)

3 实验结果及讨论 3.1 GRC免拆模板与混凝土的粘结性能 由实验可知试件发生的是脆性破坏, 从裂缝 出现到破坏时间很短, 聚苯板与混凝土和免拆模 板与混凝土的破坏断面均为平面形式, 断面基本 光滑, 属于直接剪断破坏 . 混凝土强度等级相同时, 粘结强度值从大到 小排列依次为推剪粘结强度、正拉粘结强度和拉 剪粘结强度. 通过实验研究测定, 当粘结形式为免拆模板、 聚苯板与混凝土接触时, 破坏发生在混凝土与聚 苯板粘结界面, 抗剪强度值约为 0.14 M Pa;当免 拆模板与混凝土直接接触时, 由于免拆模板与混 凝土材料属性相似, 界面间的粘结力与聚苯板与 混凝土界面间的粘结力相比显著提高, 破坏发生 在两者之间, 抗剪强度值大约是 1.0 M Pa. 由于不同形式的聚苯板和免拆模板改变了粘 结界面的形式, 粘结力、机械咬合力以及混凝土与 水泥增强板表面的凹凸不平之间的摩阻力均有不 同程度的增加, 从而显著的改变了界面粘结性能, 增强了界面间的粘聚力. 3.2 GRC免拆模板的力学性能 玻璃纤维增强水泥平板抗折破坏的特点是: 加载面上, 纵横两向在沿加载压杆方向都仅有一 条很窄的破坏线 ;而背面出现的裂缝较多, 裂缝分 布的范围也较宽, 纵横两向除在对应压杆的位置 各有一条主裂缝外, 两侧一定宽度范围内还分别 有与之平行的几条次生裂缝, 次生裂缝在宽度 、长 度及深度上都小于主裂缝 .这种裂缝分布状况说 明玻璃纤维对水泥平板具有明显的增强作用, 不 仅提高了抗弯折强度, 而且极大地增强了平板的 韧性, 使其从素水泥板材的脆性破坏变为延性破 坏.因为主裂缝出现后, 平板并不立即失去承载 能力, 而是由纤维网格布进行了内力传递和分散, 使应力发生重分布, 通过产生次生裂缝来吸收继 续承载所积聚的能量, 从而达到提高抗折强度的 目的 . 实验所考虑的 4 个因素中, 影响平板破坏抗 折强度的主要因素为 :膨胀珍珠岩用量和水胶比, 且粉煤灰掺量越低, 水胶比越小, 抗折强度越高. 综合性能最佳的玻璃纤维增强水泥平板的配 合比为:水泥:粉煤灰 :膨胀珍珠岩 :砂子 :减水剂: 107 胶=1∶0.3∶1.015∶0.15∶0.007∶0.015( 质量 比) .水胶比为 0.31 .用该配合比制得的水泥平 板, 其抗折强度可达 15.37 MPa, 平均含水率为 4.14 %, 平 均 吸 水 率 为 19.55 %, 干 缩 率 为 0.086 %, 湿 胀 率 为 0.17 %, 平 均 密 度 为 1.5 g·cm -3左右, 抗冻性能良好( 抗冻前后强度保 留率高达 96.9 %) .GRC 平板的抗折强度一般是 素混凝土抗剪强度的 4 ～ 5 倍( 素混凝土的抗剪强 度一般是 3 ～ 4 MPa) . 4 结论 理论分析与实验结果均显示 GRC 平板具有 良好的物理力学性能, 可以用作免拆模板承担浇 注混凝土时所产生的外力, 成型后, 不拆除, 与混 凝土有良好的粘结性能, 能共同承受外部荷载. 因此 GRC 免拆模板剪力墙体系是可行的, 并且还 具有自重轻, 保温性能良好, 施工方便快捷, 经济 性能良好等优点, 是一种极具推广价值的结构 体系 . 参 考 文 献 [ 1] 崔玉忠.我国玻璃纤维增强水泥的发展现状与前景.房材 与应用, 1998, 4:13 [ 2] 詹德雄.玻璃纤维增强水泥(GRC) .广东建材, 1994, 3:26 [ 3] 王少南.GRC 制品发展前景广阔.墙材革新与建筑节能, 2000, 6:12 [ 4] 董亮.免拆模板复合剪力墙粘结性能试验研究和数值模拟 [ 学位论文] .石家庄:石家庄铁道学院, 2004 [ 5] 高向玲, 李杰.钢筋混凝土粘结锚固的研究进展.结构工程 师, 2001( 2) :29 [ 6] 崔玉忠.玻璃纤维增强水泥的发展现状与前景.玻璃纤维, 1999, 1:16 [ 7] 郑少华, 姜奉华.试验设计与数据处理.北京:中国建材工 业出版社, 2004 [ 8] 陈俊玉, 刘建平.建筑材料.北京:中国矿业大学出版社, 1999 [ 9] 全国水泥制品标准化技术委员会.GB T7019—97 纤维水 泥制品试验方法.北京:中国标准出版社, 1997 [ 10] 卢哲安, 罗国荣, 陈应波, 等.上下层布钢纤维混凝土抗折 强度及增强机理研究.武汉理工大学学报, 2001, 23 ( 1 ) : 55 ( 下转第 538 页) Vol.28 No.6 曲俊义等:复合剪力墙体系及 GRC 免拆模板力学性能 · 523 ·