永久性模板叠合构件研究综述

连筱钦

摘 要：本文总结国内外永久性模板的研究成果，重点围绕永久性模板与现浇混凝土构件试验研究的研究进展、存在的问题进行综述。最后总结永久性模板叠合构件的优势及现存在不足。

关键词：永久性模板；抗剪性能；抗弯性能

0 前言

建筑模板在施工过程中使用量大，面广的施工工具。我国传统的模板以木模板、竹木模板为主，在施工现场就地支模加工，散拆散支。由于木模板、竹木模板其周转次数低，损耗严重，而我国的木材资源又相对短缺。所以发展以钢模板和铝合金模板为主的“以钢代木”便应运而生，钢模板和铝合金模板大大提高了模板的周转次数缓解了钢筋混凝土结构快速发展时期模板需求量大的问题，但对于钢模质量重块体大吊装不方便以及铝模板块体面积小，拆裝效率低，拆模缝造成的混凝土表面不平整等问题一直难以得到很好的解决。同时，拆模后大部分柱子直接裸露在外界环境中，混凝土保护层及内部钢筋容易遭到腐蚀，严重影响了结构的使用寿命和人员的生命安全。

永久性模板作为一种的功能型模板，在混凝土浇筑时起支撑作用，浇筑后免拆模作为结构的一部分，提高构件的受力性能并且大大减少施工工期，降低工程造价。

国内外学者对永久性模板叠合柱在试验研究、理论分析、有限元模拟分析等进行大量研究。本文通过对织物增强永久性模板叠合构件、超高韧性混凝土永久性模板叠合构件、永久性模板的设计方法的研究进展进行分析，总结永久性模板优点以及对未来发展的展望。

1 织物增强永久性模板叠合构件研究

织物增强混凝土（textile reinforced concrete，TRC）是一种纤维复合材料，由纤维编织网和细骨料混凝土组成。常见的编织网格材料有玻璃纤维、碳纤维、玄武岩纤维，具有耐腐蚀、耐疲劳、轻质高强的优点。所以织物增强永久性模板叠合构件具有较好的抗裂性、抗腐蚀性和较高的延性[1-3]。TRC薄板作为永久性模板不仅起到模板的作用又可以与结构共同工作。

荀勇，徐业辉等[4]采用不锈钢网固定织物网增强细骨料混凝土设计2根永久性模板与现浇混凝土叠合圆柱与1根同等条件的普通混凝土柱。研究表明：永久性模板的“环箍效应”约束核心混凝土的横向变形，有效提高了柱的承载力；织物增强永久性模板和现浇混凝土能够较好的协同工作。

肖保辉，支正东等[5]通过对10根织物增强混凝土加固混凝土方形短柱进行轴压试验，得出：织物增强混凝土加固混凝土方柱能有效提高短柱延性，抑制裂缝的扩展；并考虑加固层数，截面形状，织物网粗砂间距和实际粗砂强度折减等因素的影响，提出了织物增强混凝土方柱在受压下的极限承载力计算模型。

王浩宇，田稳苓等[6]等采用TRC薄板作为永久性模板叠合RC结构体系。考虑结合面粗糙度、混凝土等级、火烧温度、腐蚀及碳化深度等对新旧混凝土结合性能的影响。研究表明：影响普通混凝土与新混凝土结合性能的因素主要有结合面粗糙率、普通混凝土与新混凝土强度等，当结合面粗糙率越大、新混凝土强度等级越高时 ，结合强度越高。

河北工业大学刘钟[7]通过改变TRC模板与后浇混凝土接触面的处理方式、后浇混凝土的强度和纤维网的数目三种因素来研究TRC叠合构件抗弯性能并采用ANSYS数值模拟软件进行分析。试验表明：TRC模板的使用可以使原设计的结构构件强度得到明显提升，由于增幅较大，这部分增量可以在计算承载力时应予以考虑；TRC模板运用于实际施工是可行的，能够满足规范对于模板强度和刚度方面的要求；免拆型TRC模板作为建筑构件的保留部分可以改善结构性能。

沈阳建筑工程学院的张巨松[8]在实验室进行了玻璃纤维永久性模板的试制，同时对玻璃纤维和混凝土复合梁的性能进行了测试，通过初步的实验得到：玻璃纤维材料能与混凝土很好地协同工作，并大幅度提高了混凝土/玻璃纤维复合梁的抗弯能力；素混凝土梁的破坏是典型的脆性断裂，而复合梁可以承受较大的变形，复合梁破坏时的挠度是素混凝土的3.32倍；玻璃纤维与混凝土能够形成良好的界面结构，从而保证两者共同工作，形成新的玻璃纤维结构，提高复合梁的综合效果。

同时，国外学者Julie Brennan和Remo Pedreschi[9]等人从纤维网的角度分析了结构的织网模板，得出了新制作工艺与其他工艺相比，其组成结构更能提高模板性能的结论；Brameshuber 和Wolfgang[10]通过研究证明了利用纤维网增强混凝土构件，其制作的模板构件有良好的力学性能；S. Verbruggen，O. Remy [11]等人通过四点抗弯试验和数值模拟模拟，证实了TRC模板使结构在抗剪方面得到增强；基于微观和细观的分析，考虑纤维束和基体材料的界面特性，模拟了TRC薄板的单轴张拉和四点弯曲试验[12]。

美国的Mirmiran教授和shahaw[13-14]等人认为使用FRP（纤维增强聚合物）作为永久性模板，最有效的用途是作为柱模板。他们采用长纤维卷绕法、自旋浇筑法或传递涂树脂模塑法将 FRP 制成环向密封的环形薄壁筒作为永久性柱模板，在其内部浇筑混凝土形成复合柱，并对这种复合柱的强度、延性、受力性能、长细比限制、抗冲击性能以及该模板对混凝土的横向约束性能进行了系统研究。

2 超高韧性混凝土永久性模板叠合构件研究

超高韧性水泥基复合材料（Ultra High Toughness Cementitious Composite，简称UHTCC）作为新型高性能混凝土材料，有着良好的物理力学性能，具有较高的抗拉、抗弯、抗剪、抗扭强度，以及具有卓越的抗冲击和抗疲劳性能[15-18]。同时，UHTCC材料具有良好的耐腐蚀性和抗渗性，超高韧性水泥基复合材料能够与混凝土粘结性能良好作为柱模板能有效防止钢筋的腐蚀和降低混凝土保护层的剥落。

普通混凝土抗拉强度较低，韧性差，开裂后裂缝难以控制且随着强度的提高，混凝土收缩和脆性问题突出使得当结构受到外部荷载时，混凝土保护层裂缝开展迅速且容易出现剥落严重影响结构耐久问题，减短结构使用寿命。超高韧性水泥基复合材料通过掺入纤维，通过纤维的桥联作用，能有效控制裂缝的产生和扩展。已有研究表明：1）UHTCC直接拉伸极限拉应变可稳定达到3%以上，且极限破坏时裂缝平均间距在3mm以下，具有超高韧性和高损伤容限； 2）在无界面剂、锚筋等增强界面粘结强度的措施下， UHTCC与混凝土两者间具有较好的粘结性能； 3） UHTCC在不掺加引气剂的条件下具有良好的抗冻性能，经过300次冻融循环仍能保持较高的弯曲抗拉强度和弯曲韧性，能在水工结构和海洋平台建设中得到良好的应用； 4）UHTCC在微裂缝状态下具有优越的抗渗性能，使得超高韧性水泥基复合材料在结构中具有广阔的应用前景。

重庆交通大学刘毅[19]研究PVA 纤维增强水泥复合材料作为结构型永久性模板，在连续刚构桥梁上的应用，分析模板结构的受力情况，以及结构成型后模板与结构之间的复合受力情况。研究表明：将用PVA 永久模板浇注的梁试件与素混凝土试件对比试验，得出 PVA永久模板对混凝土抗弯抗裂能力及梁破坏后的延性的增强作用；并且对试验进行了有限元模拟分析，得到了很好的契合。

哈尔滨工业大学的郑海勇[20]设计了三个截面为200mm×200mm，模板高度1m，厚度为30mm的用永久性柱模板，分别在模板中掺入了2%的玻璃纤维、1%玻璃纤维及钢丝网。研究表明：从试验得到的滞回性能、承载力、延性耗能系数、刚度强度退化等性能指标上来看，预制模板混凝土柱的性能要略差于普通混凝土柱，但是相差都很小，各项性能指标参数降低的幅度基本都控制在 10%的范围以内；从现场施工的角度出发，分析了预制模板在施工荷载下的应力应变

状态和裂缝开展情况。分析结果表明，预制模板在施工荷载下具有良好的工作性能，不会产生裂缝。可见此类预制模板完全可以满足一般工程的需要，该课题中所研制的预制模板用于永久性模板是可行的。

香港科技大学梁坚凝[21]等考虑了不同表面处理方法下模板与普通混凝土之间的粘结力，并分析了在GFRP Bar加固模板下构件的4点弯曲理论计算和试验结果。得出：预制浇筑的高延性永久性模板不仅施工方便，且作为结构构件的一部分参与受力提高了构件的受力性能，高延性水泥基复合材料很好的控制裂缝产生与扩展有效防止叠合梁的脱粘破坏。

吉林大学王彤[22]利用水泥基复合材料与钢丝网制作永久性模板，研究永久性模板与后浇混凝土之间的协同工作性能，考虑了在不同粘结处理方式下叠合梁的界面粘结性能和传力机理，试验表明：永久模板必须经过钻孔处理后，才能保证混凝土与模板的粘结性能；对于未进行任何处理方式的永久模板制作的混凝土叠合梁易剥离，不利于混凝土梁的正常工作；永久模板的钻孔处理中，钻孔深度越小，孔径大时，对于永久模板与混凝土之间的粘结性能越有利，叠合梁的承载力越大；具有较好粘结性能的叠合梁的变形性能相较普通混凝土的变形性能有所提高。因此，在实际工程中，进行界面处理的永久模板制作的混凝土构件，在承载力及正常使用情况下，要优于普通混凝土构件。

大连理工大学李贺东[23]采用不同的极限拉应变和抗压强度浇筑7种上表面不同的薄板以及3种不同内表面的形状的U型永久性梁模板初步研究使用UHTCC制作永久性模板的可行性。试验表明：UHTCC永久性模板的使用不仅提高混凝土构件的承载力，而且使素混凝十的破坏模式实现从准脆性到延性破坏的转变，使结构变得更安全，更能够有效地将混凝土中的单一裂缝分散到UHTCC中的多条细密裂缝，提高了构件的耐久性能和使用寿命；试验过程中，经过抹面成型表面光滑的永久性模板与后浇混凝土粘结良好，表明应变硬化水泥基复合材料水久性模板与后浇混凝土间的粘结性能得到很好的保障。

东北林业大学王钧[24]提出一种新型的钢纤维活性粉末混凝土永久性模板，并且基于现有的规范的模板侧压力理论，建立两端固接计算模型，提出了钢纤维活性粉末混凝土永久性模板合理的理论计算方法并根据试验结果分析给出永久性柱模板的壁厚取值与设计建议。

3总结与展望

超高韧性混凝土在制备方面上使用了大量的工业废料，在节约资源和环境保护方面具有重大意义。同时，永久性模板作为一种功能型模板，不仅起到支撑作用，浇筑后不用拆模与结构共同受力，增强结构的受力性能，保护结构内部不受侵蚀，大大提高了结构的使用寿命。永久性模板的使用不仅可以缩短施工工期，还可以变废为宝，解决了典型竹木模板、铝合金模板和钢模板在实际工程中的周转损耗，符合可持续发展，具有客观的社会经济价值。

采用UHTCC作为制作永久性模板的材料。我国开展纤维混凝土的研究起步较晚，大部分研究主要在纤维混凝土的配合比、增强机理、物理力学性能等方面，对于永久性模板的应用研究较少。

对于永久性模板的界面粘结效果、在循环荷载作用、长期荷载作用及在实际恶劣环境中的抗腐蚀性能研究还不够完善，仍需要大量的试验研究。

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【项目基金】华侨大学研究生科研创新能力培育计划资助项目（课题编号：1611404008）