0· 引言
    鉴于使用传统混凝土模板需耗用大量钢材、木材等材料的现实，探索新型混凝土模板体系及种类，节约资源、能源及人工，提高工程经济效益和社会效益就变得十分必要，其中用永久性模板代替传统模板是解决上述问题的一条新途径。目前，国内及国外在这方面进行较多研究［1-5］并取得了一定的效果，但都未见大规模的推广使用。目前房屋建筑的混凝土施工中，还是以使用传统模板为主，其原因固然很多，但其主要原因是经济、方便施工、是否有利于工厂化定型生产以及模板与混凝土结合等。本研究提出以高韧性预应力混凝土带肋模板作为永久性模板，其原理如图1 所示。
                  
    该种模板与其他模板相比，特点主要体现在以下几个方面:
    1) 带肋。适用于双向钢筋的构件，如板或墙等。肋间部分放置一个方向的钢筋，如图1 中的①，而另一方向钢筋放置于肋及已有钢筋之上，如图1中的②，符合板或墙类构件配筋要求，无需其他特殊构造要求; 同时，肋可增加模板的强度与刚度; 板或墙混凝土浇筑后，原永久模板的肋嵌于新浇混凝土之内，增加了新浇混凝土与模板的粘结，而且肋尺寸不需很大，可进行较密布置，不会影响新浇混凝土的密实度和新浇混凝土的收缩而产生永久模板与新浇混凝土间的裂缝。
    2) 预应力。因为模板的厚度毕竟较小，要使永久模板能够承受在新浇混凝土施工时的钢筋混凝土及施工期间的各种荷载，不至于在新浇混凝土施工期间模板产生过大变形和裂缝等，本研究通过在永久性模板中使用预应力钢筋来实现。
    3) 高韧性。因为模板在堆放、运输，特别是在安装使用过程中，要承受冲击力，使用高韧性混凝土后，混凝土模板的抗冲击能力将大为改善。
    新浇混凝土与永久混凝土模板的粘结( 抗拉、抗剪) 是该种模板使用和推广必须要解决好的关键问题之一。到目前为止，罕见有新老混凝土结合面直接抗拉研究，更没发现类似于本研究所涉及的带肋且掺有纤维的新老混凝土结合面抗拉研究，所以，本文通过试验确定带肋混凝土永久模板与新浇混凝土间的抗拉能力，以解决模板使用过程中由于模板自重等所引起的模板与新浇混凝土之间的抗拉能力问题。
    1· 试验
    1. 1 试件制作
    本试验试件新老混凝土均按C30 配置。为便于进行本课题所采用的抗拉试验方法进行抗拉试验，试件采用砂浆试模( 70. 7mm 立方体) 制作。试件共两类4 种，各种试件的做法及代号见表1。每种6 个试件，计24 个试件。其中mpa、mxa 试件一期混凝土带槽，该槽即为二期混凝土的肋。考虑板类构件钢筋多在10mm 左右，故本试验取槽深10mm( 如果钢筋直径大于10mm，肋高对其无影响) ，同时，肋宽也取10mm。槽子部位使用泡沫块，浇筑二期混凝土前去除泡沫块。第一期混凝土即老混凝土是将试模三格混凝土分格基本浇满，为与永久性模板制作条件相同，一期混凝土表面为在振动台振动完成时的自然表面，不作任何处理，以自然表面粗糙度作为新老混凝土结合面粗糙度，见图2。各种试件一期混凝土表面平均粗糙度见表1。
 
    二期混凝土全部为与一期混凝土配合比及使用的材料完全相同的C30 素混凝土。二期混凝土是在第一期混凝土养护28d 进行浇筑。其方法是在未拆模的第一期混凝土模板上，加上另一套去掉底模的砂浆试模，然后浇筑二期混凝土，将另加试模的混凝土浇满，每格形成70. 7mm × 70. 7mm × 141. 4mm抗拉试件。其中，对带槽的mpa、mxa 试块先将泡沫去掉，并清理干净，见图2 ( b) 、( d) ，然后浇筑二期混凝土。二期混凝土的养护时间也为28d。在浇筑二期混凝土同时，制作3 块与上述试件相同尺寸( 70. 7mm × 70. 7mm × 141. 4mm) 的混凝土整体试件。
    1. 2 试块加工及试验装置
    由于本试验试件结合面带槽( 肋) ，不在同一平面，用其他试验方法难以保证其结果精确，所以，本试验采用直接抗拉试验。为保证抗拉试件在试验过程中保持在同一轴线，本试验采用柔性的方法对试件进行抗拉加工，其方法是首先将玻璃纤维布剪成条状小块，每块长300mm，宽60mm，在每块长度中间部位围绕40 mm 直径钢管将其弯曲成小圆弧，然后用AB 胶将弯曲好的玻璃纤维网逐层粘贴，共4 层，形成带圆弧的抗拉带，最后将抗拉带用AB 胶粘贴于试件上下的两侧，其原理见图3。
                
    试验在电子万能试验机上进行，加载速度为5kN/min。试验装置见图4。
               
    1. 3 试件破坏形式及试验结果
    mpp 试件粘结面的一二期混凝土表面都比较完整，二期混凝土表面无粘接破坏; mpa 试件粘结面肋断裂部分痕迹比较清晰，且二期混凝土表面部分粘接损坏; mxp 试件粘结面一期混凝土有少许二期混凝土粘结痕迹，二期混凝土部分粘在一期混凝土上;mxa 试件一期混凝土在肋部断裂较为清晰，且中心部位有明显的二期混凝土拉断痕迹，二期混凝土面破坏较大，被粘在一期混凝土上。
    去掉每组6 个试件试验结果中的最大值与最小值，计算出各类试件的平均抗拉强度及整体混凝土3 个试件平均抗拉强度( 见表2) 。
              
    2· 试验结果比较及抗拉力分析
    2. 1 试验结果比较及分析
    由表2 可知，mpp、mxp 试块虽然都是自然平面粘结，但mxp 类试件抗拉强度比mpp 试件增加29. 5%，主要是由于mxp 试件一期混凝土掺有PVA纤维，在同样水灰比的条件下，掺入纤维导致混凝土坍落度变小，在混凝土浇筑完成后，表面混凝土自流平功能较差而导致一期混凝土表面粗糙度增加，同时，在一期混凝土振动完毕后，表面没做任何处理，部分PVA 纤维在自身刚度作用下，伸出混凝土表面，与二期混凝土产生了粘结。mpa、mxa 试件虽然都带槽，但由于mxa 试件的一期混凝土掺入PVA 纤维，除有mxp 试件一期混凝土表面特性之外，还由于一期混凝土在槽模分隔作用下，振动完毕后，表面砂浆流动性进一步减小，表面粗糙度比mxp 试件更大，导致平面部分粘结力比mxp 更大，同时在伸出的纤维及槽边大粗糙度的共同作用下，局部粘结力大于混凝土抗拉强度，所以mxa 试件的抗拉强度远比mpa 试件大，本试验增大22. 2%。
    根据表2 数据绘制新老混凝土粘结面及整体混凝土抗拉强度柱状图见图5。由表2 和图5 可知，mpp、mxp 试件抗拉强度最大、最小值之间相差较小，主要原因是这两类试件一期混凝土表面粗糙度比较均匀，新老混凝土结合面强度比较平均。mpa、mxa 试件由于一期混凝土带槽，二期混凝土的石子及砂浆在槽中分布不均，所以导致了最大、最小值相差相对较大，特别是mxa 试件，由于受靠近槽处平面部分粗糙度大小的影响，最大差值达到0. 74N/mm2。
              
    mpa、mxp、mxa 类试件的二期混凝土在试验中被拉破损的原因是，虽然一、二期混凝土都是按C30配置，且实际28d 抗压强度也相近，但一期混凝土毕竟凝固时间比二期混凝土时间多28d，试验时其强度肯定比二期混凝土要高，同时，mxp、mxa 试件中掺有PVA 纤维，其抗拉强度比不掺纤维的试件高。
    2. 2 抗拉强度计算
    理论上，带肋试件拉坏的情况可能有两种，即沿新老混凝土粘结面拉脱，肋拉断同时肋外部分新老混凝土粘结面拉脱。
    1) 沿新老混凝土粘结面拉脱平均抗拉强度计算。
    
    式中: fta为带肋试件平均抗拉强度; Ap为槽外部分平面面积; fp为槽外部分新老混凝土抗拉强度; Aa为槽侧部分每边面积; τ 为槽侧部分新老混凝土抗剪强度; Aap为槽底部分面积; Az为试块截面积; fap为槽底部分新老混凝土粘结面抗拉强度。
    2) 肋拉断同时肋外部分新老混凝土粘结面拉脱平均抗拉强度计算。
    
    式中，ft为混凝土抗拉强度; 其余符号同式( 1) 。
    式( 1) 中的2Aaτ + Aap fap是肋部分的粘结力，Aapfap为槽底部分的新老混凝土粘结抗拉力，2Aaτ 为槽侧部分新老混凝土粘结面的抗剪力。本试验的肋高和宽均取的是10mm，以本试验mpp 试件的平均抗拉强度1. 55N/ mm2 近似代替fap，以文献［7］未经处理新老混凝土结合面抗剪强度1. 68N/mm2 近似代替τ，计算得肋部位的粘结抗拉强度为4. 91N/mm2，而本试验的二期混凝土整体平均抗拉强度为3. 34N/mm2，所以本试验在肋部分表现为肋被拉断，这也是本文所要求的，否则模板是不安全的。所以，计算时不能按式( 1) 计算，只能按式( 2) 计算。此时将式( 2) 作如下变换:
    
    式中: qp为肋外部分平面面积占截面积权重; qap为肋部分平面面积占截面积权重。
    将mpp、mxp 及二期混凝土的抗拉强度代入式( 3) 算出的带肋试件mpa、mxa 平均抗拉强度与试验结果均应比较接近。但事实上相差较大，与文献［6］的抗剪性能试验结果相似。究其原因主要有:
    1) 尽管带肋与不带肋试件制作工艺相同，但由于在制作沟槽( 肋) 时，中间有肋模分隔，表层混凝土及表面砂浆的流动性均较各自不带肋试件要差，因而粗糙度增加，这是引起抗拉强度增加的主要原因之一。
    2) 新老混凝土结合面的一期混凝土表面的凹凸就是二期混凝土的凸凹，两者程度相同。在试件抗拉过程中，在新老混凝土结合面，抵抗拉力由三部分组成，即①槽( 肋) 身混凝土; ②槽外部分的粘结面; ③槽中混凝土与一期混凝土凸出部分在槽( 肋)侧产生的抗剪能力，由于该抗剪能力的存在，增大了肋部混凝土的抗拉能力，同时也是由于该抗剪能力的存在，导致在抗拉过程中，肋部发生在最薄弱部位即一期混凝土凹部平面断裂。而对于掺有PVA 纤维的肋形结合面，当局部区域的一二期混凝土结合面、肋部混凝土、部分纤维的伸出和该抗剪能力共同作用，其抗拉能力大于二期混凝土局部抗拉能力时，即产生成片二期混凝土被拉断现象。文献［6］的加固工程试验中采用α2系数的原因应该如③所述。
    由于上述因素共同影响，带肋试件平均抗拉强度实测值均大于按式( 3) 计算的计算值，说明带肋试件结合面平均抗拉强度不能按式( 3) 计算。所以本文采用综合系数α 表示由于使用肋对混凝土结合面平均抗拉强度综合影响的系数，则式( 3) 可改为:
    
    式中符合含义同前。 
    α 值与肋的数量、结合面粗糙度等因素有关，要精确计算非常困难，需根据试验确定。本试验结果，当肋截面积占试件总截面积14. 3% 时，普通混凝土为2. 21，加PVA 混凝土为2. 48。在实际工程中，为保证结构安全，α 值可取1. 0 ～ 1. 5。
    3· 结语
    1) 掺PVA 纤维混凝土的自由表面由于粗糙度的增大和少量纤维的伸出，增强了新老混凝土粘结面的抗拉强度。
    2) 带肋混凝土结构结合面的抗拉能力不是简单的平面部分与肋部分的抗拉能力之和，其值与粗糙度大小有关。
    3) 带肋粘结面的新老混凝土粘结，由于肋中后浇混凝土与肋侧的剪力和肋底的粘结力之和大于肋部混凝土的抗拉能力，因此，在抗拉过程中，肋部呈拉断破坏。而混凝土的抗拉强度一般都大于新老混凝土粘结面的抗拉强度，所以带肋以后，整个新老粘结面的平均抗拉强度提高。
    4) 本试验带槽掺PVA 纤维试块粘结面的抗拉强度为2. 92N/mm2，而此时混凝土的抗拉强度为3. 34N/mm2，两者之比为87. 5%，如果按真实模板做法，肋部混凝土掺PVA 纤维，同时，在进行混凝土永久性模板设计时，适当调整肋宽及间距，其抗拉强度可更接近于混凝土的抗拉强度，能够保证混凝土永久性模板不因粘结面抗拉强度不够而脱落。
    5) 本试验所采用的混凝土抗拉强度试验方法对于小型试件应是切实可行的。