TRC永久模板叠合混凝土梁界面性能试验研究

李存钱，孙舒

（1.正太集团有限公司，江苏 泰州 225300；2.泰州职业技术学院，江苏 泰州 225300）

0 引言

TRC织物增强混凝土是通过将碳纤维网、耐碱玻璃纤维网、玄武岩纤维网等与高性能细骨料混凝土相结合而成[1]。纤维网极好的耐腐蚀性不需要混凝土作为其保护层，从而TRC构件厚度可以做到极薄（厚度达到1 cm）。将TRC制成永久性模板，具有极好的力学性能和耐腐蚀性。试验主要研究了TRC板材界面处理方式对增强钢筋混凝土（RC）梁的影响。

1 试验材料

1.1 混凝土

本试验采用C40现浇混凝土，其配合比为水泥∶粉煤灰∶砂∶碎石∶减水剂=1∶0.44∶3.04∶4.28∶0.025∶0.7数字化材料。现浇混凝土采用海螺牌普通硅酸盐水泥（P·O 42.5），普通河砂（4.75 mm方孔筛过筛），碎石（最大粒径25 mm），Ⅱ级粉煤灰，减水剂（减水能力为20%），混凝土抗压强度平均值为41.3 MPa。

1.2 TRC高性能水泥基复合材料

细骨料采用表观密度为2.738 g/cm3、堆积密度为1.6 g/cm3、细度模数为2.7的河砂。实测砂的最大粒径为2 mm、含泥量为0.94%、含水率为2.04%。水泥、粉煤灰、减水剂同前文1.1。

水泥基复合材料配合比见表1。依据JGJ/T 98—2010《砌筑砂浆配合比设计规程》和GB/T7897—2008《钢丝网水泥用砂浆力学性能试验方法》制作40 mm×40 mm×160 mm的试件，测试其抗折强度为12.3 MPa、抗压强度为76.2 MPa。证明了按照试验配合比制备的水泥基体满足强度要求。

表1 水泥基复合材料配合比 /（kg/m3）

1.3 纤维织物

本试验采用的碳纤维织物增强材料是宜兴市宏光碳纤维厂生产，网格尺寸10 mm×10 mm，其增强作用主要由经向纤维束承担。

2 试验方案

根据GB/T50081—2019《普通混凝土力学性能试验方法标准规范》规定，普通混凝土梁和叠合梁截面尺寸如图1所示，梁长度为600 mm。首先根据试验方案制备不同的TRC模板，再与后浇筑混凝土形成叠合梁。对叠合梁与普通梁进行抗折试验，研究模板与混凝土梁协同工作能力，并与同尺寸普通混凝土梁的力学性能对照，分析表面处理方式对叠合构件力学性能的影响。试验方案如表2所示。表面处理方式采用当TRC模板初凝后，以一定厚度（2 mm、3 mm、4 mm、5 mm）模具在模板表面挤压形成。为了研究试验梁受力及变形，在梁底跨中截面处粘贴3个应变片。

图1 普通混凝土梁与TRC叠合梁截面

表2 试验方案

按图1安装试件和试验装置，试件安装的位置应准确无误。试件表面平整能够与加荷头平稳接触。加载程序为：达到整数荷载后持载60 s读数，加载速度控制在0.05 MPa/s。

3 试验结果分析

由于素混凝土梁中未配置钢筋，因此在加载过程中表现为明显的脆性破坏，即初中期变形小，裂缝几乎没有，后期试件突然破坏。TRC中纤维网的作用类似于钢筋，但由于配置量少且TRC模板与素混凝土的粘结性能影响，叠合梁的破坏形式也为脆性破坏，但是其承载能力有所提高，且和素混凝土梁相比，抗变形能力明显提高。

3.1 纤维网层数的影响

图2为素混凝土梁和永久模板中0、1、2层纤维网，表面处理深度为2 mm叠合梁的荷载-应变曲线。素混凝土梁表现出明显的脆性破坏，加载的初中期未出现明显裂缝，随着荷载增大至15 kN，试件梁底跨中应变达到240με时迅速破坏。T0C40S2试件（模板内不配置纤维网，表面处理深度为2 mm）极限荷载也基本相同，加载中期较素混凝土梁有一定的变形，但基本可以忽略不计。

图2 纤维网层数对叠合梁力学性能的影响

试件T1C40S2与T2C40S2分别配置1层和2层碳纤维网。其承载能力与抗变形能力均有明显提高。在荷载小于15 kN时，相同荷载条件下变形较素混凝土梁略大，推测其原因是叠合梁的模板与梁之间的变形存在一定的不协调。当荷载超过15 kN后，碳纤维网进入“紧绷”状态，形成“类钢筋”机制约束梁底变形，曲线变缓。当加载至后期时，可以听到纤维断裂的声音。极限荷载从15 kN提高到17 kN和18 kN，提高了13.3%和20%。更为显著的是其抗变形能力的提升，从240με提高至450με和530με。碳纤维网抗拉性能强、在叠合梁中充当了钢筋的作用，提高了叠合梁的抗折强度和抗变形能力。但是由于纤维网与水泥基的结合能力、模板与梁界面的结合能力较差，其力学性能并没有充分发挥。

3.2 TRC永久模板表面处理方式

图3为永久模板处理深度对素梁和模板不同处理深度叠合梁的荷载-应变曲线。随着永久模板表面处理深度的增加，梁的极限荷载迅速增加。素混凝土梁的极限荷载为15 kN，叠合梁表面未处理的极限荷载未增加，但抗应变能力有所增加，说明永久模板能有效提升抗变形能力。而随着表面处理深度增加至2 mm和4 mm，叠合梁的极限荷载和抗应变能力相比素混凝土梁均得到显著提高。

图3 结合面处理对叠合梁力学性能的影响

3.3 试件抗折强度

表3 各试件的抗折强度

4 结论

（1）叠合梁中模板与现浇混凝土粘结牢固，共同受力，协同工作。

（2）叠合梁中表面处理深度对梁的强度影响明显，模板表面自然粗糙与梁的粘结性能并不能够充分发挥TRC模板的性能。当表面处理深度达到2 mm和4 mm时，模板的力学性能显著改善。

（3）叠合梁中碳纤维网在加载后期起“类钢筋”的作用，增大了叠合梁的承载能力，提高了梁的抗变形能力，破坏前有预兆。

（4）后期将对碳纤维网采用环氧树脂和黏砂处理，提高碳纤维网与水泥基复合材料的粘结性能，从而提高叠合梁强度。