玻璃纤维编织网增强混凝土耐久性试验研究 6页

学兔兔www.xuetutu.com2015年第7期(总第309期)混凝土原材料及辅助物料Number7in2015(TotalNo．309)ConcreteMATERIALANDADMINICLEdoi：10．3969／j．issn．1002—3550．2015．07．021玻璃纤维编织网增强混凝土耐久性试验研究田稳苓。王浩宇，孙雪峰(1．河北工业大学土木工程学院，天津300401；2．河北省土木工程技术研究中心，天津300401；3．东南大学材料科学与工程学院，江苏南京2l1189)摘要：从材料的组成出发，以水泥基体、温度和表面涂层为影响因素，研究了玻璃纤维编织网增强混凝土构件在不同环境下的耐久性能，并应用扫描电子显微镜观察老化后的玻璃纤维表面，从微观角度说明纤维编织网增强混凝土构件的耐久性机理。关键词：玻璃纤维编织网增强混凝土；耐久性；拉伸试验；扫描电子显微镜(SEM)中图分类号：TU528．041文献标志码：A文章编号：1002—3550(2015)07—0084—05StudyondurabilityofglassfiberwovenfabricreinforcedconcreteTIANWenling，WANGHaoyu，SUNXuefeng(1．ColegeofCivilEngineering，HebeiUniversityofTechnology，Tianjin300401，China；2．CivilEngineeringTechnologyResearchCenterofHebeiProvince，Tianjin300401，China；3．SchoolofMaterialsScienceandEngineering，SoutheastUniversity，Nanjing211189，China)Abstract：Usescementmatrix，temperatureandoutercoatingastheinfluencefactorsandembarksfromthecompositionofthemated—a1．Studiesthedurabilityofglassfiberwovenfabricreinforcedconcretememberindifferentenvironments．Andtheagedglassfibersur—faceisobservedbyscanningelectronmicroscope．Fromthemicroscopicpointofview，itdeclaresthedurabilityofglassfiberwovenfab—ricreinforcedconcre~member．Keywords：glassfiberwovenfabricreinforcedconcrete；durability；tensiletest；scanningelectronmicroscope(SEM)0引言1加速老化试验纤维编织网增强混凝土(TextileReinforcedConcrete，本次试验分别以普通硅酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥简称TRC)是将玻璃纤维网埋置在精细}昆凝土中形成的和低碱度硫铝酸盐水泥为基体制作铺设四层纤维网的一种新型水泥基复合材料，其具有抗拉强度高、质轻、延TRC构件，置于两种不同温度(50℃和80℃)、RH=98％性好、体积小、方便施工等诸多优点，但玻璃纤维网与水泥进行加速老化，部分构件内的玻璃纤维网涂有环氧树脂涂基材料结合存在的耐久性能不足问题很大程度上限制了层，达到不同老化龄期后将构件取出，放置常温环境下这种材料的应用前景。针对这种情况，本研究从材料72h，进行拉伸试验。水泥砂浆配合比如表1所示。组成方面人手，将玻璃纤维网埋入不同水泥基体中制成标1．1试验现象和结果准试件，在不同温度和高湿环境下进行加速老化试验，通不同水泥基体制成的构件所产生的拉伸试验现象及过抗拉试验测得不同龄期的比例极限和抗拉强度，并通过试验结果有很大差别，相同水泥基体老化的龄期不同，试电子显微镜观察不同老化龄期玻璃纤维网表面腐蚀情况，验现象及结果也差距较大。推断不同组合构件在不同时期的老化机理。以快硬硫铝酸盐水泥和低碱度硫铝酸盐水泥为基体表1水泥砂浆配合比制成的TRC薄板，加载初期构件处于弹性阶段，应力迅速一条裂缝宽度没有明显增加，曲线又一次出现应力回弹现上升，构件表面没有裂缝出现。随着应力增长构件达到弹象。如此反复，裂缝数目不断增加。在标准环境下养护性极限，在有效拉伸区域内出现一条水平裂缝，并且发出28d的构件，当出现6到7条水平裂缝时，裂缝数量不再增一声清脆声响，构件在一定范围内出现应力回弹现象，这加。随着试验的进行拉力不再上升，裂缝宽度开始显著增时纤维开始发挥桥接作用，应力继续增加。当荷载达到某加，并开始出现纤维丝断裂的响声。当裂缝宽度大于5mm一值时，在有效拉伸区域形成了第二条水平裂缝，此时第后，纤维网发生断裂，构件无法继续承担拉力。整个过程收稿日期：2014—10—22·84· 学兔兔www.xuetutu.com中，裂缝的问距比较均匀，并且在断裂前裂缝的宽度较小。以普通硅酸盐水泥为基体制作的TRC薄板，加载初不同老化龄期构件出现的裂缝数量有很大差异，在标期构件处于弹性阶段，应力上升很快，无裂缝生成。但是随准环境下养护28d的构件，裂缝数量可达6到7条，在着应力继续增加，达到构件弹性极限，水平裂缝瞬间生成，50℃蒸汽中老化6～12d以后，裂纹数量为4到5条，而在其宽度也迅速扩展，纤维没有起到应有的桥接作用，也没80℃蒸汽老化24d的构件，只出现2条裂缝后，构件就无有纤维丝断裂时产生的劈啪声，而是随着一声闷响，构件法继续承受荷载。以快硬硫铝酸盐水泥和低碱度硫铝酸盐瞬间断裂。整个加载过程只产生了一条裂缝，并且构件在水泥为基体制成的TRC薄板，受拉时的拉力一位移曲线破坏时没有任何征兆，属于脆性破坏。以普通硅酸盐水泥可简化为图1所示。为基体制作的TRC薄板受拉时的拉力一位移曲线可简化为图2所示，不同基体TRC构件标养28d后的弹性强度和拉伸强度如表2所示。肋迥∞位移／mm图1快硬硫铝酸盐水泥和低碱度硫铝酸盐位移／mm水泥TRC构件拉力一位移简图图2普通硅酸盐水泥基体TRC拉力一位移简图表2不同基体TRC构件标养28d后的弹性强度和拉伸强度注：p一普通硅酸盐水泥；ph一普通硅酸盐水泥+环氧树脂涂层；k一快硬硫铝酸盐水泥；kh一快硬硫铝酸盐水泥+环氧树脂涂层；d二碱度硫铝酸盐水泥；dh一低碱度硫铝酸盐水泥+环氧树脂涂层。1．2水泥基体对TRC耐久性能的影响每一次裂缝的出现都会产生应力回弹，应力在上下波动中在拉伸荷载下，以普通硅酸盐水泥为基体的TRC构保持上升趋势。这样不仅使得构件的抗拉强度远远大于以件破坏形式属于脆性破坏。随着老化龄期的增加，整个构普通硅酸盐水泥为基体的TRC构件，而且应力的多次反件的断裂拉力值不但没有减少反而增加了，这说明埋置在复使得整个构件不再出现原来的脆性破坏。但是随着老化普通硅酸盐水泥的玻璃纤维网不仅失去了原有的桥连作龄期的增长，基体中产生的裂缝数量开始减少，宽度增大，用，而且对整个构件而言没有起到增强作用，构件的力学最后的拉伸强度也有明显下降，这说明在高温高湿环境性能完全是由水泥砂浆提供。随着老化龄期的增加，普通中，TRC构件的性能有所降低。裂缝数量的减少表明纤维硅酸盐水泥的水化程度越来越充分，强度越高，导致整个桥接作用的下降，而抗拉强度的降低表明了纤维增强性能构件的抗拉强度不但没有下降，反而升高。这也从侧面可的减弱。以快硬硫铝酸盐水泥和低碱度硫铝酸盐水泥为基以说明埋置在普通硅酸盐水泥的玻璃纤维网早已受到腐体的TRC构件，在老化初期材料的比例极限就相对较高，蚀，无法达到预期的增强效果。同时，随着老化龄期的增随着老化龄期的增长，比例极限值也有所上升，但是幅度长，水泥的水化程度变高，使得基体的孔隙率相对减少，基较小。这是由于快硬硫铝酸盐水泥和低碱度硫铝酸盐水泥体的密实会使其与纤维的黏结变得越来越紧密，纤维失去均属于早强水泥，其强度的增加在前期比较明显，但后期了原有的韧性，在与基体共同承受拉力时，容易发生同时强度的增长十分缓慢。在各个老化龄期下以低碱度硫铝酸脆断现象，这也是构件出现脆性破坏的原因之一。盐水泥为基体的TRC构件，其拉伸强度都高于快硬硫铝而以快硬硫铝酸盐水泥和低碱度硫铝酸盐水泥为基酸盐水泥。3种水泥基体TRC构件在不同老化龄期下的体的TRC构件在拉伸过程中，纤维网能够起到应有的桥比例极限曲线和拉伸强度曲线如图3、4所示。连作用。当第一道水平裂缝出现后，由于纤维的存在，使得比例极限的走向反映了基体在高温高湿环境中自身水泥砂浆基体并没有很快的退出工作，而是和纤维网共同性质的变化，以快硬硫铝酸盐水泥和低碱度硫铝酸盐水泥承受拉力。直到后续裂缝的相继出现，水泥砂浆才渐渐失为基体的TRC构件，随着老化龄期的增长，比例极限相对去承载能力，由纤维网单独承受荷载，TRC构件在破坏前稳定，并有少量增加。以普通硅酸盐水泥为基体的TRC构出现了多重裂缝现象。从对应的拉力一位移图可以看出，件，随着老化龄期的增长，比例极限有较大提升。而在高温·85． 学兔兔www.xuetutu.com高湿环境中，以普通硅酸盐水泥为基体的TRC构件的抗碱度硫铝酸盐水泥为例，在80℃环境下老化3d，构件的拉强度一直维持在较低水平。以快硬硫铝酸盐水泥和低碱拉力就下降到了779．59kg，是标养28d的73．66％。当老度硫铝酸盐水泥为基体的TRC构件，随着老化龄期的增化24d后，构件的拉力降至458．06kg，仅为标养28d构件加，抗拉强度从原来的7MPa以上降低到了3MPa左右，的43．28％，玻璃纤维网基本失去增强作用，并且构件的脆逐渐接近比例极限值。再结合不同龄期的拉力一位移曲线，性变得明显。可以说明TRC构件在高温高湿环境中加速老化后，基体总体上看，在相同龄期下，80℃环境中的TRC构件的的性能没有降低，被老化的是构件中的玻璃纤维网。随着老化程度要远高于50℃环境中的构件。以低碱度硫铝酸老化龄期的增长，不仅整个构件的抗拉强度有所降低，构盐水泥基体的TRC构件为例(加涂层)，在5O℃环境下老件的变形能力也会变弱，接近脆性。化12d后，其抗拉强度下降到了989．69kg，而在80℃环境下老化12d后的TRC构件，其抗拉强度仅剩696．62，老化龄期越长两种温度下的老化程度差距越大。从微观角度考虑，温度越高分子运动越强烈，越容易发生腐蚀瞬作用，因此这样的结果是合理的。稻1．4环氧涂层对TRC耐久性能的影响教本试验还对部分构件内的纤维网表面进行环氧树脂涂层处理，放置高温高湿环境一定龄期后，与未受涂层处时间，d理的TRC构件进行对比。如图6、7所示。图38O℃、RH=98％]5境下3种基体TRC的弹性极限强度老化时间，d图680℃、RH=98％环境下涂层对构件的影响时I"~q／d图480℃、RH=98％环境下三种基体TRC的抗拉强度1．3温度对TRC耐久性能的影响本试验将TRC构件分别放入5O℃和80℃两种温度下进行加速老化，2种温度下构件在不同龄期的抗拉强度画走势如图5所示。堪老化时间，d图75OoC、RH=98％环境下涂层对构件的影响注：实线代表构件经过涂层处理，虚线代表构件未经过涂层处理。在80oC、RH=98％环境下的TRC构件，是否在玻璃纤维网表面进行环氧树脂涂层处理对整个构件的抗拉性时l司／d能有显著影响。尤其在老化初期，环氧树脂涂层对整个构图52种温度下构件在不同龄期的抗拉强度曲线件的加强作用十分明显。以低碱度水泥基体的TRC构件以普通硅酸盐水泥为基体的TRC构件，无论在50℃为例，在80℃老化6d，经过涂层后构件的拉力比同龄期还是8O℃，抗拉强度都维持在较低水平，构件中的玻璃纤未涂层构件的拉力值高149．97kg，高出值相当于未涂层维网基本失去增强作用。以快硬硫铝酸盐水泥和低碱度硫构件的24．18％。老化18d后，涂层构件的拉力值比同龄期铝酸盐水泥为基体的TRC构件，在50℃、RH=98％环境未涂层构件的拉力值高出27．07％。快硬硫铝酸盐水泥为下，抗拉强度有所下降，但程度相对平缓。以快硬硫铝酸盐基体的TRC构件与低碱度硫铝酸盐水泥类似，龄期在6～水泥为例，在50℃环境下老化18d，构件的拉力为18d内，经过涂层的构件的拉力值要比未经涂层构件的拉937．83kg，是标养28d的89．42％，老化36d后，构件的拉力高出140kg左右。但是到了老化后期，涂层的加强作用力为840．59kg，仍能达到标养28d的80．15％。在80℃、逐渐减弱。当龄期到达24d后，涂层构件的拉力值与未涂RH=98％环境下，构件的抗拉强度的降低十分明显。以低层构件的拉力值相比仅有少量增加。·86· 学兔兔www.xuetutu.com 学兔兔www.xuetutu.com 学兔兔www.xuetutu.com