纤维编织网增强ECC夹芯保温复合墙板抗弯性能研究

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随着国家大力推行绿色建筑,建筑结构也面临优化升级。预制夹芯保温复合墙板是装配式建筑理想的围护构件。目前,限制夹芯结构应用于高层建筑的主要因素是墙体太厚、易开裂、耐久性差。为解决这一问题,对墙体材料进行革新,将墙板变薄尤为重要。工程水泥基复合材料(Engineered Cementitious Composites,简称ECC)是一种高性能水泥基复合材料,韧性好、重量轻,具有优异的拉伸性能和耐久性。但由于ECC基体中的短纤维杂乱分布,受力方向不明确,导致构件的承载能力受限。在纤维编织网中,可以沿着构件的主应力方向布置连续粗纱,使其具有明确的承载方向。将纤维编织网与ECC相结合,形成一种新型复合材料,即纤维编织网增强ECC(Textile Reinforced Engineered Cementitious Composites,简称TRE)。纤维编织网可替代钢筋,其保护层厚度只需达到粘结锚固的要求,简化了施工工艺,且在薄壁结构有着广泛的应用领域,因此TRE非常适合作为夹芯墙板的面层。TRE面板与保温材料结合制成轻质薄壁保温的“三明治(Sandwich)”结构,在建筑围护结构领域有着广泛的应用前景。风荷载和地震荷载是影响夹芯墙板结构使用安全的重要因素,因此在新型夹芯保温复合墙板的研究上要重点关注该墙板的抗弯性能。本文结合徐州市重点研发计划“纤维编织网/ECC新型墙体材料的受力机理与退化制研究”,研究了常规、冻融以及热雨环境下TRE夹芯保温复合墙板的抗弯性能,主要工作及内容如下:(1)研究了常规环境下面板厚度、纤维编织网处理方法、保温板类型和厚度、有无连接件以及连接件角度对TRE夹芯保温复合墙板抗弯性能的影响。结果表明,增加面板厚度或保温板厚度,均能不同程度地提高试件的抗弯承载力;保温材料的变化对试件的抗弯承载力有所影响:采用XPS板的试件承载力最高,EPS板的试件次之,岩棉板的试件最低;但与采用XPS板的试件相比,EPS板的试件表现出良好的变形能力,且破坏时具有一定的延性。连接件的加入能为试件提供一定的抗弯刚度和承载力;连接件的角度影响试件的承载力和延性;插入角度为45°的试件承载力最高,延性略低,而插入90°的试件承载力最低。与未处理和浸渍过的碳玻混编网试件相比,浸胶黏砂过的碳玻混编网试件极限荷载和挠度都较高,且具有良好的韧性。(2)研究了冻融环境下冻融循环次数、冻融环境、面板厚度、保温板类型和厚度、纤维编织网处理方式对TRE夹芯保温复合墙板抗弯性能的影响。结果表明,随着清水冻融循环次数的增多,试件的抗弯性能变差;在相同次数的冻融循环下,相比于清水冻融环境,硫酸盐冻融循环导致试件的初始抗弯刚度和开裂荷载下降,但极限荷载和极限挠度有所上升;增加面板厚度或保温板厚度依然能提高试件的抗弯承载力;浸胶黏砂过的碳玻混编网试件的抗弯承载力比其他两种处理方式下的试件都要高,但是极限挠度相对较低,延性较差;与常规环境下结论有所不同,采用EPS板的试件承载力最高,XPS板的试件次之,岩棉板的试件最低。(3)研究了热雨环境下热雨循环次数、面板厚度、冻融环境、保温板类型和厚度、加热-冷冻循环对TRE夹芯保温复合墙板抗弯性能的影响。结果表明,随着硫酸盐热雨循环次数的增加,试件的抗弯性能下降;当经历相同次数的热雨循环时,试件在硫酸盐热雨环境下的抗弯性能比在清水热雨环境下略好;增加面板或保温板的厚度能改善试件的抗弯承载力;加热-冷冻循环后,试件的初始抗弯刚度没有受到影响,热雨循环作用比热雨-热冷循环组合作用对抗弯性能的影响更大;与冻融环境一样,采用EPS板的试件极限承载力较高,XPS次之,岩棉试件最低,并且EPS试件的延性最好。(4)对TRE夹芯保温复合墙板的复合程度和抗弯承载力进行了理论计算分析,计算结果进一步验证了试验参数分析的结论。
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