制作grc欧式构件需要哪些材料_百度知道
制作grc欧式构件需要哪些材料
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水泥，沙，钢筋，网格布等等，主要是要先有模具
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热门问答123456789101112131415161718192021222324252627282930GRC实用设计指南
&&&&grc 实 用 设 计 指 南------------应用极限状态理论版本：1.0目术语与符号 1. 引言 范围录…………………………………………………………………………………………1 …………………………………………………………………&&&&………………………2 …………………………………………………………………………………………2 ………………………………………………………………………………3 ………………………………………………………………………………6 …………………………………………………………………8条款和定义 grc 的类型生产工艺及原材料的选择 耐碱玻璃纤维 水泥 砂 面层拌合料中的砂或集料 外加剂 聚合物 水 火山灰质材料 颜料涂料、表面保护层及粘结剂 工程应用 2. grc 的物理性能 ……………………………………………………………………………13 ……………………………………………………………………15配合比及纤维含量的影响 抗弯强度 抗拉强度 抗剪强度 收缩及徐变 抗冲击性 吸水率及抗渗性 耐火性能 隔声性能 隔热性能 防碳化性能 热膨胀 力学性能概要 和时间有关的性能 3. 条板的结构形式 单层结构 简单的单层条板 ………………………………………………………………………24加强肋的单层条板 立柱框架结构 夹心条板结构 4. 固定系统 ………………………………………………………………………………………32固定系统规定的参数 封装固定 粘结固定 表面固定 隐藏固定 辅助固定 固定所用的材料 5. grc 构件的极限状态设计 设计原理 部分安全系数 破坏的极限状态 极限状态的适用性 收缩及热应力 抗弯及抗剪 直接拉力 辅助设计 sectrib 软件 sectprop 软件 前景 6. 安装的极限状态设计 固定的作用 设计原理综述 固定的类型 极限状态 极限状态的适用性 立柱框架结构中的重力锚固 地震的影响 7. 设计实例 ………………………………………………………………………55 …………………………………………………………………50 ……………………………………………………………36术语与符号σ x，均方根 样品的平均值 极限设计荷载 极限特征荷载 极限部分安全系数 极限设计强度 极限特征强度,fd fk γk fd fk γf γtv γb γc fsk fsd γm γss γts极限部分荷载系数 计算 grc 厚度的极限部分系数 计算实际尺寸的截面与试验试件的抗弯的差异的极限部分系数 计算破坏与最终断裂方式差异的极限部分系数 特征荷载的适用性 设计荷载的适用性 总的安全系数 收缩应力 热应力１1引 言1.1 范围 本设计指南是由玻璃纤维增强混凝土协会（grca）技术委员会编制的，出版该设计指南的主 要目的是：为专业人士、设计人员、生产商及 grc 制品安装人员提供实用的参考指导，提倡进一 步使用优秀的设计，此外，该指南也是对 grca 发布的其它技术刊物的一个补充，其它的刊物有：&&&&grc 外墙挂板的安装指南 grc 制品的生产、养护及测试规范 grc 原材料的试验方法 grc 及其组成材料的相关国内及国际测试标准已经发布了，将来还会进一步制定相关的一些 标准。在建筑和土建工程中 grc 作为功能材料和装饰材料，已在全球广泛使用。该指南将针对一 些典型的制品的相关设计过程进行讨论。 grc 是一种复合材料，该材料是由水泥、石英砂、耐碱玻璃纤维（ar）和水组成。其中玻璃 纤维能有效对砂浆起到增强作用，提高砂浆的抗拉、抗弯性能。grc 是一种备受关注和耐久性好的 饰面材料，它可以浇注成各种复杂的外形和断面，它十分适合在现代建筑物的外部快速安装和使 用这种轻质、 预制的外墙挂面板。 条板和相应的预应力混凝土板相比的最主要的优点是重量轻， grc 这就大大减少了制品的运输、装卸、安装的费用。因此对于高层建筑的地基及上部结构的设计， 如果考虑 grc 重量的优势，就有可能节约很大的建筑费用。grc 外墙挂板的其它的显著优点是具有 好的耐久性、耐化学腐蚀性、不燃性以及好的隔声、隔热性能。 grc 被广泛应用于建筑和土建工程领域中，其主要制品包括： 外墙挂板 永久性模板 石板瓦屋面 挑檐 屋面顶盖 顶蓬 柱廊 屋顶/墙间的通道 遮阳板 人造石 排水沟 街道设施 花盆 拱顶 栏杆 箱梁２-电缆支架 温室墙壁 圆形屋顶 围栏 天沟 声障板 带状构件该指南的设计要素是以极限状态理论为基础，由此设计的 grc 制品能够满足破坏时的极限状 态，同时满足使用合理的部分安全系数的极限状态的适用性。指南还引用了一些设计实例来证明 使用部分安全系数。 1.2 条款和定义外加剂：加入一种材料，对水泥浆体和砂浆进行改性。 气密性：空气通过一种材料的流动速率。 耐碱（ar）玻璃纤维：由玻璃拉制而成，其氧化锆的最小含量为 16%，该成分的主要作用是提高纤 维在碱性水溶液的耐腐蚀性能。 环境温度：物体周围空气的温度。 锚件：用于立柱框架系统中固定 grc 面板的配件，它包括重力、柔性、地震锚件。 人工老化：将试验试件暴露在模拟的自然气候条件下（使用加速的试验方法） 。 底层：含有纤维和水泥浆体的 grc 层，其厚度必须等于或大于设计的厚度。 袋式和斗式测试：校准 grc 喷射设备的非常重要的方法。 粘结垫块：一种 grc 材料制成的附加的覆盖层，确保锚件和 grc 主构件固定牢固（典型的如外墙 挂板） 。 抗拉初裂强度 （bop） 即当 grc 试件在直接拉力测试中， ： 当应力/应变曲线偏离直线变化时的应力。 碳化：二氧化碳与氢氧化物或者氧化物之间的反应，形成碳酸钙，特别是在水泥浆体或砂浆中， 二氧化碳与氢氧化钙发生反应，产生碳酸钙。grc 能有效地阻止碳化反应的发生。 特征性能：置信度在 95%以上的性能的数值。 短切纤维：非连续、多股玻璃纤维原丝，它是在喷射过程中通过切割无捻粗纱而得的。 外墙挂板：一种轻质、非承重的 grc 预制建筑构件，通过喷射工艺生产，包括内墙及外墙板。 密实：将 grc 的面层料或底层料，通过振动、敲击、辊压等其它方法，将料浆中的气泡减少到最 小的过程。 混合物：由两种或两种以上的材料组成，它们构成一个有机的整体，例如 grc。 试块：测试的试件。 徐变：在持续荷载的作用下，尺寸和形状随时间发生变化。 养护：保持 grc 制品周围的湿度，使制品能充分水化。 干养：在 grc 拌合料中加入一定量的丙烯酸聚合物的养护方法。 干容重：烘干后试件的每立方米的重量。 e 玻璃纤维：大量用于塑料的增强中的硼硅酸盐玻璃纤维，但是不推荐在普通水泥浆中使用。３风化：盐类的沉积物，通常是白色的，在制品的表面形成。这种物质是由 grc 面层和底层拌合料 中水分的蒸发，而发生的沉积现象。 工程师：负责设计 grc 制品的人员或专家。 面层：在 grc 最外层，不含纤维，但有装饰集料和常用的颜料。 纤维：玻璃单丝，通常平均尺寸在 13-20 微米，直径不小于 9 微米。 纤维含量：纤维占总的组份的比率，通常用百分含量来表示，可以是重量比，也可以是体积比。 柔性锚固：在立柱框架结构中，grc 条板和支撑立柱框架之间的钢联接件，它们通常设计为横向固 定，仅仅是为了抵抗风力和地震的影响，同时允许 grc 绕垂直面转动。 玻璃纤维的掺量（wf） ：玻璃纤维的重量和未养护的 grc 的重量的比率（或百分比） 。 重力锚固：立柱框架结构中，grc 条板和支撑立柱框架之间的钢联接。它们通常设计为支撑 grc 条板的全部重量，它们被安放在靠近 grc 条板底部的位置。 grc/grfc：玻璃（纤维）增强混凝土。 grca：玻璃增强混凝土协会。 ams：grca 备案体系，它是对生产商的生产能力的评估。生产商提供必需的资源和设备，来满足生 产 grc 产品的质量水平。 高剪切搅拌机：在喷射工艺中，能将细砂和水泥浆体充分搅拌均匀，具有较高剪切力的搅拌机。 lop：比例极限（抗弯等） ，指的是应力/应变曲线在直线上的转折点。 基材：加入各种不同掺量的集料或玻璃纤维的水泥浆体。 mfft：最低成膜温度（例如丙烯酸聚合物） 。 罩面涂层：不含玻璃纤维的最表面的浆体。 mor：断裂模量（抗弯） ，在四点弯曲测试中的极限弯曲应力。 预拌 grc：在搅拌过程中，将预先切割好的玻璃纤维和水泥浆体混合的生产工艺。 预拌搅拌机：具有二级搅拌功能的搅拌机，第一级是先搅拌细砂和水泥浆体，第二级是将料浆和 短切玻璃纤维混合搅拌。 聚合物改性 grc：加入热塑性的丙烯酸聚合物对 grc 进行改性，一方面使 grc 能够干养，另外一方 面能提高 grc 的性能。 生产商：签订生产 grc 产品合同的人或专业人士。 买方：购买 grc 产品的人或专业人士。 无捻粗砂：由若干股连续玻璃纤维原丝不经加捻直接平行分股集束而成。 无捻粗砂号数：指 1000 米长度短切纤维的克数。 砂/灰比：所有的砂干量和水泥干重的比率。 夹心板：在预制条板的二层中间有一层隔热层。 网格布：由耐碱玻璃纤维原丝编制，网格尺寸大于 4mm，用人工铺在 grc 层内起到增强作用。 地震锚固：金属棒或平盘，它的作用是将地震对条板表面产生的荷载传递到立柱框架。 极限状态的适用性：指 grc 条板在使用时的状况。当核查 grc 是否符合极限状态时，通常主要是 在指极限的允许偏差。 坍落度试验：测试水泥浆体的稠度的试验方法。 喷射 grc：喷射胶结浆体的同时喷射短切玻璃纤维来生产 grc 产品的生产工艺。４加强肋：在 grc 表面进行局部加厚，以提高条板的硬度和强度。 立柱框架：一种框架结构，通常是钢结构，通过柔性锚固和重力锚固来支撑 grc 条板，这种框架 直接安放在承重结构上。 塑化剂：一种高效减水外加剂，不需要额外加水，就能大大提高水泥浆体的流动性。 供应商：供应产品或提供产品服务的人或专业人士。 试验板：在生产 grc 时用来评估 grc 产品而制作的测试板。如果有可能，测试板应该是产品本身， 如果不是，测试板应该是在生产 grc 产品的同时或采用相同的方法制作而成，这样才能真正代表 grc 产品的质量和厚度。 试验板的平均值：一个试验板的得出的各个试验结果的算术平均值，用于统计分析，该平均值只 能代表一个结果。 试验试件：从试验板上取下来的试件，用于测试各项性能。 试验试样：所有从试验板上取下来的试件，用于测试试验板的各项性能。 允许偏差：对规定的性能所能允许的误差，如尺寸和强度等。 抹面：用抹刀将模板或模具中的 grc 表面抹平。 极限状态：就是指破坏时的状态，使用部分安全系数来核查 grc 拌合料及所受荷载是否符合极限 状态。 水灰比：总的用水量（包括聚合物和塑化剂中的水）和水泥的干重的比率。５1.3grc 的类型 grc 是一种复合材料，它是由水硬性的普通硅酸盐水泥和细集料组成，并用耐碱玻璃纤维来增强。由于 grc 的定义很广，所以在材料的配比和性能、生产工艺上就会有很大的差异，这样我 们就可以生产出不同性能的 grc 制品。grc 制品的原材料的性能、配合比和生产工艺之间是息息相 关的。 grc 的性能在很大程度上是可变的。它受 grc 生产的工艺、配合比、纤维的类型、长度和方 向和使用的外加剂等因素的影响，所以 grc 材料可以根据具体的应用来调整，以满足不同场合的 需要。在本指南中的数据主要引用的 grc 材料：集料：水泥为 1：1，耐碱玻璃纤维的掺量为 2～ 5%，采用的是喷射和预拌工艺。grc 中可以掺入其它的填料或外加剂。grc 材料已经被广泛使用了 许多年，它们的性能和特性也被人们深入研究。 grc 也可以说是由许多复合材料组成，其内部的水泥砂浆有较高的抗压强度，而掺入纤维增 强后，又大大地提高 grc 的抗冲击性、抗弯和抗拉强度。grc 材料的增强可以通过基材随机地分布 在整个 grc 中，而增强混凝土，它内部的增强钢筋主要铺放在抗拉区域，并预先布置好，离开混 凝土表面有一定的距离，确保有一定的钢筋保护层。这就意味着在实际应用中，grc 可以当成一种 匀质材料进行设计。 grc 制品非常安全，具有较好的耐化学腐蚀性能，不会生锈，也不会腐烂。它是由无机材料 制作而成，所以不会燃烧，并只会放出极少量的烟雾。它具有极好的耐火性能。但是由于条板的 厚度较薄，需要加入其它的材料来确保 grc 的绝热性能。在一些情况下，grc 中会掺入一定量的丙 烯酸聚合物，但这对 grc 的耐火性能只有很轻微的影响。 grc 一般横截面相对比较薄，通常厚度在 10～15mm 之间，这样制品的重量就很轻，和传统的 混凝土制品相比，在装卸、储存、运输和安装上就能节约许多费用。 生产 grc 有二种主要的工艺。 即： （1） 喷射工艺： 采用人工或机械的方法， 将纤维和料浆同时注入模具中， 接着用抹刀或辊子将 grc 料浆压实。通过喷射工艺生产的典型的制品有：建筑外墙挂板、导水管、储水槽、饰面构件、管 道以及永久性模板等。图 1.1在模具中喷第一道雾状薄层６图 1.2向模具内喷射 grc图 1.3使用锯齿形的辊子压实 grc图 1.4测量 grc 的厚度７（a） 图 1.5(b)（2）预拌工艺：将玻璃纤维预先切割好，接着在搅拌机内将纤维和其它原材料充分搅拌均匀，并 将料浆倒入模具中，通过振动成型，挤出成型或注入成型等工艺来生产 grc 制品。如图 1.5（a） 和（b）所示。这种生产工艺十分通用，通过使用多种模具，在很短的时间内生产小型建筑制品十 分理想。 1.4 生产工艺及原材料的选择 原材料、配合比的设计和使用的生产工艺取决于所要生产特定性能的制品，它和工程设计也 息息相关。 选择配合比设计时，可以在以下方面进行改变：纤维的掺量和类型、砂灰比、水灰比、聚合 物含量。通过改变料浆的组成和纤维的掺量，就可以生产出不同物理力学性能的材料。这些不同 的物理力学性能必须由设计者和生产商加以考虑，在工程应用中才能选择好合适的 grc 制品。 1.4.1 耐碱玻璃纤维 耐碱玻璃纤维经过特殊处理，它在水泥中具有很好的耐碱性能和强的耐久性能。水泥浆体具 有很高的碱性（ph 值通常在 12.9） ，对于玻璃纤维有很强的腐蚀。用于塑料制品增强的 e 玻璃纤 维在水泥浆体中很快就会被破坏。经过特殊处理的耐碱玻璃纤维，尤其是掺有一定量的氧化锆， 能抵抗这种腐蚀环境的破坏。实验表明，耐碱玻璃纤维中的氧化锆的含量至少要达到 16%，这种耐 碱玻璃纤维才具有足够好的耐碱性能。８·耐碱玻璃纤维·e 玻璃纤维图 1.6耐碱玻璃纤维和 e 玻璃纤维的耐碱腐蚀对比。（玻璃纤维在 80℃的饱和水泥浆体中浸泡 200 小时） 耐碱玻璃纤维最初生产时用的连续单丝直径一般为 13～20 微米，将这些单丝集束成玻璃纤 维原丝。集束时，采用涂层被覆并使用不同尺寸单丝。通过改变集束时单丝的数量及尺寸的大小 就可以生产出不同性能，适合在不同条件下使用的玻璃纤维。 典型的耐碱玻璃纤维的性能&&&&单丝的拉拉强度 原丝的抗拉强度 杨氏弹性模量 比重 原丝断裂点的应变 单丝的直径 3.0～3.5 gn/m 1.3～1.7 gn/m 72～74 gn/m 2.60～2.70 2.0～2.5% 13～20μm2 2 2以下测试是由玻璃纤维生产商完成。 生产 grc 制品时，主要采用两种不同型式的耐碱玻璃纤维，一种是用于预拌 grc 的短切玻璃 纤维原丝，另一种是在喷射工艺中使用的无捻粗纱。 短切原丝是将连续的原丝切割成相同长度，它保持了原丝的完整性。短切原丝的尺寸和被覆 涂层有较好的力学性能，尤其是在搅拌过程中，不易损坏。 无捻粗纱是由若干股连续玻璃纤维原丝不经加捻直接平行分股集束而成， 通常含有 18～20kg 的纤维，它在使用时： （1） 在喷枪中切割，同时和水泥基材喷射入模具内。９（2） 在预拌工艺中进行现场切割。 网格布、短切纤维原丝毡和一些缝制的纤维产品也可以应用于需要在不同方向和位置上增强 的 grc 制品中。 表 1.1 性 典型规格 能 标 准 值 最小 16% 2.7+/-0.3 g/cm 1.0～1.7gn/m 9～20+/-μm 由供应商提供的标称 值+/-10% 由供应商提供的标称 值+/-3mm 由供应商提供的标称 值+/-20% 由供应商提供的标称 值 +/-20% ， 或 高 于 +/-3% 原丝在水泥中的强 度保留率 在 80℃（+/-1℃）的水 中浸泡 96+/-1 小时后， 最小值为 330n/mm2 2 3测 试 方 法 x 射线萤光分析 astm d 3800 astm d 2343 原丝测 试 频 率 每月 每年 每年 每 20 吨氧化锆含量 密度 原丝的抗拉强度 单丝的直径 无捻粗砂的号数 切割长度 经线密度 烧失量astm d 861每 20 吨 每 20 吨实地计数每 20 吨每 20 吨 玻璃纤维在水泥和砂浆中 的强度保留率测试方法 grca so104/0184 ， 1984 年1月 每月1.4.2 水泥 在 grc 生产中最普遍使用的水泥是普通硅酸盐水泥（opc） 、快硬硅酸盐水泥（rhpc）和白色 硅酸盐水泥。它们应符合相应的国内或国外标准。欧洲水泥标准最近已经发布，该标准等同于英 国水泥标准（cem i～cem v） 。快硬硅酸盐水泥的化学成份和普通硅酸盐水泥的基本相同，只是前 者磨得更细一点，所以在水化初期的强度增长更快些。 白色硅酸水泥在是生产时使用只含有极少量的铁质的原材料。当 grc 表面需要白色或浅颜色 的场合时，就可使用白色硅酸盐水泥。其它水泥，例如高铝水泥、抗硫酸盐水泥、快硬水泥也可 以用于某些场合，但也必须符合相应的标准。在选择水泥的时候，必须注意应该用于适合的制品 中，同时也要符合法定规范。 水泥正确的储存十分重要。 水泥必须保持干燥， 潮湿的空气和直接接触水气同样对水泥有害。 水泥应储存在容器或料仓中，一般可以保存 3 个月以上。水泥通常装在 3 层纸袋中，在保存较好 的条件下，经过 4～6 周，强度会下降 20%左右。因此袋装水泥经过运输后或储存到期后，就应立 即使用完。 1.4.3 砂１０细集料或砂应该用水洗干净，并将水份去除至干燥，这样才能准确控制水灰比。砂的颗粒形 状应是圆形或不规则形状，砂的表面应该光滑，不能是蜂窝状。 对于喷射 grc，集料颗粒的最大尺寸通常小于 1.2mm，对于预拌 grc，集料颗粒的最大尺寸可 以达 2.4mm。两种生产工艺中的集料都应过 150 微米的细筛，其中细颗粒部分最好小于砂子总重量 的 10%。 石英砂也被大量使用，典型规格如下： 二氧化硅的含量 含水率 可溶性盐类 烧失量 硫酸根离子 最大浓度 氯离子 最大浓度 &96% &2% &1% &0.5% 4000ppm 600ppm对于使用含水率较高的砂，应测出其含水率，配合比也应相应进行调整。 如果使用的不是石英砂，而是其它砂，生产商应提供所使用砂的适合的依据。不能使用软质 建筑砂，因为它会降低制品的力学性能。砂中的二氧化硅的含量没有必要高达 96%。有些砂的二氧 化硅含量虽然低，但质量较高，同样适合生产 grc。 砂的烧失量也可以高于 3%， 所使用的砂应质地坚硬、 没有粉碎 （这种砂具有很好的力学性能， 并有一定级配，而粉碎的砂会提高料浆的需水量） ，不发生化学反应、形状相似以及好的级配。 1.4.4 面层拌合料中的砂或集料 当使用面层拌合料来生产建筑饰面制品时，需要使用一些特殊的集料和砂。集料的颜色对于 整体的饰面尤其重要，它的级配和 grc 拌合料中的砂的级配不同，后者通常使用 0～3mm 的砂，而 前者在喷射工艺中浇注和振动时，砂的最大尺寸可以大于 10mm。由于面层拌合料的配合比和底层 拌合料的不同，考虑到两者的收缩大小不一致，因此可以通过调整拌合料中的水泥掺量来实现。 一些石子如石灰石、花岗岩、长石、方解石或大理石，经破碎后，具有一定级配，就十分适合作 为面层拌合料中的集料使用。 1.4.5 外加剂 我们也提倡使用一些外加剂，如塑化剂、超塑化剂，它们可以用于提高 grc 的性能。 在生产 grc 时，标准混凝土外加剂或其它一些特殊外加剂必须正确加以使用。在 grc 拌合料 中加入外加剂后，通常具有以下效果。 在生产 grc 制品时：
在不增大水灰比时，提高料浆的工作性； 提高料浆的内聚力 减少离析 减少搅拌时间 延长凝结过程 加快凝结过程硬化后的 grc 的性能１１
提高早期强度增长率 提高强度 降低渗透性外加剂的掺量很低，因此生产商必须规定使用时的合适掺量，才能保证产品的质量。 如果 grc 制品中有钢筋（或固定件） ，就不能使用含有氯化钙的早强剂，否则会造成钢筋腐 蚀。 1.4.6 丙烯酸聚合物 水硬性制品必须保证在一定湿度条件下养护，才能确保水泥完全水化。这对于较薄的 grc 制 品尤其重要。推荐的养护制度是在相对湿度在 95%的条件下养护 7 天。在很多情况下，如果工厂没 有足够的空间，这种制度就很难实现。 在 grc 拌合料中加入丙烯酸聚合物可以实现制品的干养护，它有助于提高制品的性能，尤其 能够减少制品表面的裂缝。 在 grc 拌合料中加入推荐掺量的丙烯酸聚合物后，在养护初期的几个小时内，就能在基材内 部形成聚合物膜，这种聚合物膜能够降低渗透性，因此可以减少水份的蒸发，确保水泥有充足的 水份完全水化。 表 1.2 聚合物标准规格 化合物的类型 聚合物类型 最低成膜温度 固体含量 外观 机械稳定性 耐碱性 1.4.7 水 水应该洁净，没有杂质，并应符合混凝土拌合水的相关标准。通常可以使用饮用水。 1.4.8 火山灰质材料 粉煤灰、矿碴、偏高岭土和硅灰都是一些具有火山灰活性的材料，它们有利于提高 grc 的性 能。在水化过程中，火山灰质材料会和游离的氢氧化钙发生反应，生成其它水化产物。 1.4.9 颜料 在生产彩色 grc 时，可以加入一些粉状的颜料或可再分散粉未。颜料通常为氧化铁红类，应 符合相应的国内和国外的标准。这些颜色通常不是很刺眼，彩色遮光板在工程上使用得很成功。 我们也期待着在这方面有更进一步的发展。 1.4.10 涂料、表面保护层、粘结剂 水溶性、热塑性聚合物 丙烯酸类 7～12℃ 45～55% 乳白色、没有结块 好 好１２对于 grc 制品， 也需要使用一些合适的涂料和粘结剂。 选择这类合适的涂层产品也十分重要， 通常在混凝土上设计的涂层产品完全能够满足 grc 制品的涂层性能的需要。一般说来，使用的涂 料要求有一定的透气性能。生产商推荐的对 grc 表面的处理和涂刷底漆的工艺应该严格遵守。 1.5 工程应用 grc 作为是一种功能性和装饰性的材料，已经在建筑上和土木工程领域大量应用。grc 同时 也是一种备受关注和耐久性好的饰面材料，它可以浇注成各种复杂的外形和断面，它十分适合在 现代建筑物的外部快速安装和使用这种轻质、预制的外墙挂面板。grc 条板和相应的预应力混凝土 板相比的最主要的优点是重量轻，这就大大减少了制品的运输、装卸、安装的费用。因此对于高 层建筑的地基及上部结构的设计，如果考虑 grc 重量的优势，就有可能节约很大的建筑费用。grc 外墙挂板的其它的显著优点是具有好的耐久性、耐化学腐蚀性、不燃性以及好的隔声、隔热性能。 下面介绍一些工程实例：图 1.7 建筑外墙挂板图 1.8 工业用外墙挂板图 1.9建筑特色图 1.10遮阳板图 1.11抹灰在土木工程、农业及景观设计方面，利用了 grc 的许多的性能特点，如显著的耐侯性、薄的 断面却具有较高的强度、易于运输、在使用寿命期间免于维护等。图 1.12人造石１３图 1.13隔声屏障图 1.14管道和排水管图 1.15永久性模板图 1.16 建筑制品图 1.17 街道设施图 1.18 下水道内衬 grc 的优点可以总结如下：
图 1.19 多功能箱体吸引力和多功能：能制作出细致的表面和饰面，是对其它建筑风格的补充。 轻质：易于运输和安装，减少地基和上部结构的建设费用。 较好耐化学腐蚀性能 不会腐蚀或腐烂 较好的抗紫外老化性能，耐高温、适于干燥环境 好的抗冻融循环性能１４2grc 的物理性能grc 不是一种单一材料， 它的性能可以进行调整以满足不同的需要。 因此在 grc 设计过程中， 我们必须认识到这一点，可以根据材料的物理性能对 grc 进行分级。grc 的物理性能取决于水泥浆 体的组成，纤维的含量、生产工艺及养护的方法。 grca 根据材料的 28 天抗弯强度将 grc 分为 3 个等级。分别为 18、10、5 级，它们之间有很 大的区别，下图为三个等级的荷载和挠度关系图。图 2.1不同等级 grc 荷载和挠度关系图选择合适的等级要根据制品的应用与工程设计相一致，但也不能夸大选择等级的重要性。 2.1 配合比及纤维含量的影响 最简单 grc 配合比中是由水泥、砂、水、塑化剂和耐碱玻璃纤维所组成。 使用火山灰质水泥（磨细粉煤灰）来替代水泥在许多国家很普通。丙烯酸聚合物乳液也被大 量用于干养护。颜料也和传统混凝土一样可以加入 grc 中，用来调配各种不同的颜色。 根据强度性能的影响，在 grc 中使用的耐碱玻璃纤维的质量和型式是一个重要的因素，这和 纤维的生产工艺有关。喷射 grc 是一种强度很高的材料，玻璃纤维的典型掺量为 4～5%，长度为 25～40mm。通过预拌工艺（振动浇注成型）生产的 grc，玻璃纤维的典型掺量为 2～3.5%，长度通 常为 12～13mm。 2.2 抗弯强度 概要１５抗弯强度对 grc 来说也许是最重要的物理性能。抗弯强度是测试最频繁的性能，也是在大多 数 grc 设计中最基本的性能。而混凝土测试和设计中用得多的是混凝土抗压强度，如 c40/50，grc 是根据抗弯强度进行分类。 其中 18 级的意义是： 的 28 天特征抗弯强度 grc （断裂模量） 18n/mm 。 为 抗弯强度受很多因素的影响，如玻璃纤维的掺量、配合比、生产工艺和养护方法，所有这些 都非常重要。抗弯强度的结果不能凭空想象，对于生产商来说，对该性能的测试是保证产品质量 的重要措施之一。 测试方法 grc 的抗弯强度的测试采用四点弯曲试验方法。测试方法可参见： “grca 关于玻璃纤维增强 水泥材料的测试方法” ，以及以下标准：bs en 1170 parts 4 和 5、astm c947（修订版） 表 2.1 28 天的测试结果 grc 类型 喷射工艺 预拌工艺 2.3 抗拉强度 概要 以往的经验表明，grc 试样的抗拉强度的测试结果很难有可重复性，由于这个原因，抗弯强 度的测试显得更为重要。在常规质量控制中，通常不对抗拉强度进行测试。 测试方法 虽然在许多文章中对抗拉强度的测试方法进行了研究，但仍没有一个标准的试验方法。 表 2.2 测试结果 grc 类型 喷射工艺 预拌工艺 2.4 抗剪强度 概要 虽然对于许多制品来说，抗剪强度在设计上是一个非常重要的因素，但抗剪强度的测试仍不 是一个常规的试验方法。尤其是在固定时有支撑的永久性模板、含带肋的单层外墙挂板中。 试验方法 没有专门的试验方法来测试抗剪强度。 bop（n/mm ） 4～6 3～52 2lop（n/mm ） 5～10 5～102mor（n/mm ） 18～30 5～142uts（n/mm ） 8～12 3～62１６表 2.3 测试结果 grc 类型 喷射工艺 预拌工艺 2.5 收缩和徐变 概要 收缩 所有水泥基的材料，当它们处于干燥或潮湿的状态时，其尺寸都容易发生变化。这些材料经 过生产和养护后，当开始干燥时，它们相对于原始尺寸出现尺寸收缩。而材料一经潮湿后，体积 又发生膨胀，但却恢复不到原始的尺寸。因此，在初期出现一部分不可逆转的收缩，接着，由于 受水泥中含水率的影响，又出现一部分可逆转的收缩。在 grc 中，不可逆转的收缩占总收缩量的 1/4～1/3。在砂灰比为 1：1 的 grc 拌合料中，不可逆转的收缩为 0.03%，而最终总的收缩值约为 0.12%。收缩和湿度的变化的关系图如下。 冲击剪切 （n/mm ） 25～35 4～62水平剪切 （n/mm ） 7～12 4～62层间剪切 （n/mm ） 2～4 4～62图 2.2 a湿度的变化对收缩的影响需要注意的是，以上讨论的较大的可逆转的收缩是要试验室的条件下，试件完全干燥和充分 浸泡的情况下测得的，而实际上，虽然相对于原始尺寸的有效收缩的平均值的上下有一定的波动， 但在日常的气候条件下，不会出现如此大的收缩。 而材料的含水率和材料周围环境的相对湿度是相关的，因此，我们可以很方便地使用相对湿 度来表示材料的尺寸的变化。图 2.2a 表示的是纯水泥的 grc 在各种相对湿度的条件，达到完全的 干燥平衡后的可逆收缩（来自于公开发表的数据） 。１７图 2.2 (b) 测试方法 bs en 1170-7 测试结果 根据配合比的不同，最终总的收缩在 0.2%以上。 设计值 在设计过程中，尤其是在设计制品的固定时，充分考虑 grc 较大的收缩和含水率的变化是最 基本的，通常在拼缝和固定设计中，制品允许的尺寸收缩值为 1.5mm/m。 2.6 抗冲击性 概要 grc 的抗冲击性能较好，当出现破坏后也只发生在局部区域。grc 中的纤维能够阻止裂缝向 未受力区域的进一步扩展。这些破坏通常能够自我修复，对 grc 制品没有多大的损害。 当许多长的纤维断裂并从基材中拔出时， 的抗冲击强度就很高， grc 而只有少量的纤维从 grc 中拔出时，这时 grc 的抗冲击强度就较低。如果纤维的长度短于临界值，在抗冲击时，grc 就变成 了脆性材料了。 测试方法 grc 的抗冲击强度测试通常使用摆锤试验机，试样的尺寸为宽 25～50mm，厚 6～12mm。在这 种测试条件下得出的结果一般不能用于任何设计计算，但它可以与在相同条件下测试的其它材料 的结果进行很好的对比。从比较的结果我们发现，grc 和其它类似的材料相比，具有较高的抗冲击 强度。 最重要的是， 我们应使用生产出的制品来模拟制品在使用中会碰到的情况， 进行抗冲击测试。１８这些测试要专门制定，通常设计时包括在落下和摆动的荷载的各种不同冲击情况。 表 2.4 28 天的典型值 grc 类型 喷射工艺 预拌工艺 设计值 对抗冲击强度进行计算十分困难，一般我们也不计算。如上所述，grc 的抗冲击强度较高， 在设计时通常不作为一个重要因素考虑。 2.7 容重、吸水率和抗渗性 概要 标准 grc 材料的容重通常在 2000kg/m ，这比普通混凝土的容重要低。由于 grc 制品的横截 面较薄，所以它的重量较轻，虽然它可以用低容重的轻质材料来制备，但它却不同于这些轻质材 料。 容重的重要意义不仅仅在于重量这个概念的本身，它可以表示材料的质量的好坏。较高的容 重意味着加入了更多的纤维，更重要的是，它表明 grc 更为密实，使用了合理的水灰比。 grc 的吸水率和表观孔隙率要比普通的混凝土要高许多，普通混凝土的吸水率通常低于 10%。 这是由于 grc 中的水泥含量要比普通混凝土高很多的原因。但是 grc 的渗透性却要比普通混凝土 大大降低。 grc 是一种防水材料，它可用于挡水的结构中。grc 外墙挂板在较严酷的条件下，可以用来遮挡雨 水。 测试方法 容重、吸水率和表观孔隙率这三项性能可以使用同一种测试方法，这种测试方法也可以用来 进行常规质量控制。 测试的方法为： “grca 关于玻璃纤维增强水泥材料的测试方法” ，以及以下标准：bs en 1170 第六部分，bs6432、astm c948。 虽然水蒸气渗透性的测试不是一个常规的测试方法，但可采用 bs 3177 中的测试方法。 表 2.5 28 天标准值 grc 类型 喷射工艺 预拌工艺 2.8 耐火性能 概要 grc 是一种耐火的材料。许多 grc 设计的配合比中不含任何有机材料，除了只有少量的超塑 化剂和在玻璃纤维表面的极少量的粘结剂。这些配比中的材料应符合国内和 eu 测试标准中的不燃１９3摆锤法抗冲击强度（n/mm/mm ） 15～25 7～122干容重（t/m ） 1.8～2.1 1.8～2.03吸水率（%） 8～13 8～13表观孔隙率（%） 16～25 16～25性的标准指标。为了使 grc 能够干养，掺加了一些丙烯酸聚合物，虽然这种 grc 不能列入不燃性 材料的范畴，但同样也有较好的耐火性能。在可燃性试验中，火焰在 grc 的表面扩散的速率很高 的，符合英国建筑规范是的 0 级的要求。在以上所有情况下，grc 的烟雾释放量都很低，有毒的烟 雾也只有微量。 当 grc 用于条板制品中时，它的耐火性能取决于整个条板的构造。在常规的耐火测试中，单 层 grc 并不能确保整个条板具有很好的耐火性能，除非对 grc 的配合比进行调整，在耐火测试的 初期，使 grc 能轻易释放出板中的水气。如果设计条板中的其它材料与 grc 协同作用，条板的耐 火极限能够超过 4 小时。 2.9 隔声 声波通过 grc 或隔板时，会出现传输损失，它们都遵守质量定律。在以下约一半的部分临界 频率下，声波的传输的损失通常仅仅与材料或隔板的质量有关。质量定律有助于在这些频率下对 传输的声波损失进行量化。在这些频率下，根据质量定律，隔墙条板的单位面积的质量加倍或通 过给定单位面积质量条板的声波频率加倍，声波的传输损失就会增加 6 分贝。图 2.3 在临界频率下，声波通过隔板时的传输损失非常大。临界频率指的是空气中声波的波长等于 声波通过隔板或材料的弯曲波长时的频率。因此临界频率取决于所使用的固定体系（见图 2.3） 。 grc 常用于道路和铁路两边的声障。对于这些声障，质量定律并不起作用。grc 在满足最小 抵抗风荷载的重量的条件下，即使增加 grc 的面密度，隔声的效果也并不明显，这主要是由于声 音的衍射造成的。在声波的区域范围内，障碍物（声障）对声波的波前阵干扰，产生声音的衍射。 。 如果声障的面密度高于 12kg/m ，对提高隔声没有效果（见图 2.4） 所以设计 grc 条板作为声障材料时， 条板必须足够重， grc 10mmgrc 的面密度一般为 20kg/m ， 在能抵抗风荷载的同时，发挥较好的作用。 grc 声障的作用：2 2２０图 2.4 吸声：在 grc 声障板前面有敞开的格子，内有吸声材料，内部最终层才是 grc 层（见图 2.5） 。图 的强度（见图 2.6） 。2.5反射声音：grc 声障板的表面做成各种形状，这样在 grc 内部能结声音进行反射，因此能降低声音图 2.10 隔热 概要2.6grc 的容重通常在 kg/m 之间，热传导率的在 0.5～1w/m℃的范围，这取决于 grc 的含水率。较高的热传导率意味着 grc 自身不是一种较好的隔热材料。但是，设计时，在不增加 整个条板的厚度的情况下，可在单面板或立柱框架结构的 grc 外墙挂板中加入隔热材料，来提高 grc 的隔热性能。 当需要特别的 u 值，热阻应该由专家进行计算。２１32.11防碳化 概要 一般认为 grc 的碳化并不太重要。grc 制品通常不采用低碳钢钢筋进行增强，所以不用钢筋保护层。和混凝土相比，grc 的碳化速度十分缓慢，一些研究发现：没有任何证据表明 grc 会发生 碳化现象。 和普通混凝土相比，grc 碳化的速度较低是由于 grc 的水泥用量较高，渗透性较低。 以下数据来自于英国水泥协会对 grc 用于永久性模板的研究，在这个工程应用中，grc 通过 防止混凝土的碳化，来阻止钢铁架的腐蚀。图 2.7 2.12 热膨胀加速碳化试验grc 的热膨胀值为 10～20×10 /℃。在相对湿度最大或最小时，其热膨胀值最小。而在相对 湿度为 50～80%时，热膨胀值最大。在设计 grc 制品时，含水率和收缩的变化应加以考虑。 表 2.6 28 天的力学性能 性 能2 2 2 2-6手工喷射工艺 18～30 5～10 8～12 4～6 2～4 7～12 25～352预拌工艺 5～14 5～10 3～6 3～5 n/a 4～6 4～6 7～12 18～20 8～13 16～25断裂模量（mor28） n/mm 比例极限 （lop28）n/mm极限抗拉强度（uts28）n/mm 抗拉初裂强度（bop28） 层间剪切 n/mm2 2 2n/mm水平剪切 n/mm 冲击剪切n/mm3摆锤抗冲击强度 n/mm/mm 干容重 kg/m 吸水率（%） 表观孔隙率（%）15～25 18～21 8～13 16～25２２2.14和时间有关的长期性能 在干燥环境下 grc 的性能很稳定，如果 grc 材料长时间处于干湿条件下，大多数 grc 强度会有一定程度的下降。这个结果已经被证实过。在这种情况下，极限抗弯、极限抗拉强度和断裂应 变下降至稳定状态。使用的设计应力低于预测的长期强度和基材的开裂强度（lop） 。 只要 grc 所受的应力低于 lop 值，grc 就不会出现循环的应力疲劳。 一些专门设计的 grc 配合比，随着时间发生变化，性能很少会发生改变。 在 grc 的设计和安装中很重要的一点是确保固定体系在使用中，能适应湿度的变化和热胀冷 缩。如果这些很小的变形也被限制住，那么就会产生应力集中，grc 有可能会出现裂缝。 根据设计和环境的要求不同，grc 外墙挂板或模板的表面应该洁净，这和对混凝土的要求极 为相似。一些外饰面有一定的使用寿命，因些需要进行维护。图2.9２３3条板的结构形式在设计的初期，设计者必须确定 grc 构件应满足其性能要求的最基本的形状。这和选择生产 工艺和材料，最终使用的固定方法密切相关。 grc 条板最简单的形状是单面条板，一般厚度在 10～15mm 之间。但是，根据设计的需要和条 板的尺寸要求，有可能需要使用更厚一点或强度更高的 grc 层。设计建筑工程中使用的 grc 层的 最小厚度一般不能小于 10mm。 如果条板本身的的形状不能辅助提高条板的强度和刚性，为了提高 grc 条板的承载力。通常 可以使用如下方法：
在条板的背部加入垂直的单层边框。 通过喷射于隐藏的肋模具（例如膨胀聚苯乙烯条）内，最终和条板成为一整体肋。 预制，冷压成型钢立柱或钢管（立柱框架体系） 。 采用夹心构造，在 grc 中间加入轻质的隔热材料，例如膨胀聚苯乙烯。 这些方法使 grc 实现了更多功能，例如增大了抗风荷载时的支撑跨距，及便于条板和支撑结 构相联接。 3.1 3.1.1 单层结构形式 简单的单层条板 对于尺寸相对较小的条板，具有一定的形状能够保证刚性和强度，通常使用 grc 单层条板， 在固定部位的厚度较薄，这些条板通常是在沿着板的四周加以边框来辅助连接，这也有利于提高 条板的强度。对于小型构件或异形构件，这是一种简单而又经济的方法。 （见图 3.1）平板波纹板折边板 图 3.1 单层条板的种类异形板（檐口构件）２４图 3.2 单面平板 3.1.2 含肋单层条板图 3.3波纹单层条板对于大型条板，如果不使用钢立柱框架，就有必要在条板中加上刚性肋。它的目的是让 grc 层远离条板的中轴位置，使 grc 层位于抗拉、抗压应力集中区域。这样在条板的中轴位置，grc 层 对条板的强度和刚性的贡献就很小，但在拉、压应力集中区域，刚性肋却有助于提高条板的强度 和刚性。图 3.4 含加强肋的单层条板 在喷射 grc 时，直接将 grc 喷入加强肋的模具中，这些模具通常是由聚苯乙烯材料制成的， 或是预成型的 grc 截面。这些加强肋位于 grc 条板的四周，这样条板在安装连接时，就有足够的 厚度，有些时候，加强肋也可横贯整个条板。 3.2 立柱框架结构 如果不使用 grc 加强肋，也可使用框架结构来保证条板的刚性，大多通常使用钢结构。这种 立柱框架结构不仅可以支撑条板，而且能够适应条板内部的热量和湿气造成的变形。如果制作大 型条板或平板时，这种结构形式使用较为普通。这种系统能够满足生产、运输和安装 10～20m 的 条板。 grc 立柱框架外墙挂板是将 grc 外墙挂板安装在预制的框架内，通常是金属框架，用 l 型柔２５2性锚件和支撑锚件（也称重力锚固）来固定。有规则布置的柔性锚件可以确保将风荷载均匀地分 布到整个条板上。这种柔性锚件可以侧向支撑 grc 条板，它在一定程度上可以旋转，并能够适应 grc 由于湿度变化而造成的收缩。而重力锚件是沿着条板的底部进行布置，用来支撑 grc 自身的重 量。 选用制作框架结构的材料需要仔细考虑，应避免其在使用过程中发生腐蚀。可以使用不锈钢 或经过适当处理并有保护层的低碳钢，所选择的材料取决于当地的建筑法规。 这种墙面结构中常在条板的内部安装石膏条板，在 grc 条板和石膏板之间填充隔热材料，例 如岩棉，以保证墙面具有隔热、和好的耐火性能。图 3.5 所示为典型的长条形 grc 外墙挂板立柱 框架结构的布置图。图 3.5典型的 grc 立柱框架的布置图图 3.6中空的长方形预制立柱框架２６图 3.7典型的柔性锚固，具有一定的活动余量图 3.8典型的重力锚固及其受力示意图图 3.6 至 3.8 所示无束缚的柔性锚件和重力锚件的工作原理。注：这些锚件都指向条板的中 心点位置，以减少反方向的收缩应力。图 3.9在球形建筑物上使用 grc 立柱框架结构２７图 3.10 在仿枕梁结构中使用小型立柱框架图 3.11 集料暴露的外饰面的立柱框架条板２８图 3.12门廊建筑中使用弧型立柱框架条板图 3.13在阿曼的汽车陈列室中使用立柱框架结构图 3.14在美国使用的大型立柱框架条板每一种提高条板的刚性的方法都有其优点，但是使用钢制立柱框架结构通常是最经济、最首 选的方法。使用立柱框架结构还可以支撑其它的构件，例如隔热材料、石膏板及窗框等，最终形 成一个完整的墙面构造。此外，这种构造系统还便于埋设电线、电话线等管路。图 3.9～3.14 所 示为使用立柱框架结构的各种工程实例。２９3.3夹心条板结构 夹心条板是由两块外墙条板组成，其内部有一层轻质隔热层材料。这两块外墙条板通常是在其两侧由 grc 延边连接而成的。因此 grc 完全包裹住轻质隔离层。这种结构形式称为箱式夹心条 板结构，上下两块 grc 外墙板的厚度通常在 10～15mm 之间。图 3.15图 3.16图 3.17 西班牙的夹心板结构 夹心材料有时可以很轻，并具有极好的隔热性能，例如膨胀聚苯乙烯，聚氨酯或异氰酸酯泡 沫塑料，夹心材料有时也可以很重，如掺有聚苯乙烯颗粒的混凝土，也具有极好的耐火性能。 有极少部分夹心条板使用粘结的结构形式，如图 3.16 所示，它内部填充的泡沫材料更为坚 硬，并成为结构构件的一部分，它在内外条板之间能够传递剪应力。 由于 grc 固定在最大受力区域，尤其是受到抗拉和抗压应力，因此夹心条板构造能大大提高 承载能力和条板的刚度。该构造在一些特殊的情况下使用非常有效，但是在外墙挂板结构中却没 有大量使用。这是由于夹心条板内外表面之间存在潜在温差及湿度差，会造成夹心条板发生弯曲 变形，如果条板在形状上以及条板固定后不能自由发生变形，也会发生应力集中现象。图 3.17 所３０示为使用夹心条板构造用于外墙挂板的成功工程实例。图3.18图 3.17 所示为一些夹心条板，但它们的板面都有很小的弧度，我们建议只生产板面平的夹 心条板，这样能够避免由于温度梯度、湿度的变化和收缩应力所造成的问题。夹心条板构造中不 能使用图 3.18 所示的形状。我们也建议平面夹心条板的面积不应超过 6.5m ，即 3.6m×1.8m。2３１4固定系统设计过程中一个主要的步骤就是确定如何安装固定 grc 制品。 4.1 固定系统规定的参数 固定系统的主要作用是确保 grc 构件和主体结构的使用寿命，同时使构件能适应温度和湿度 的变化以及适应主体结构和 grc 构件之间的变形。 固定系统必须满足如下要求：
能够充分进行调整以适应常规的结构的误差与预期设计的变形。
在所有的暴露的环境中， 保持 grc 的支撑、 固定的整体性， grc 所受的局部应力集中为最小， 使 确保外力尽可能通过固定传递至整个 grc 条板区域。
充分利用 grc 强度性能，在条板的基面进行支撑，并在条板的顶部和底部进行侧向约束。 选择如何固定 grc 构件是设计过程中的一个重要的环节，一般在投标阶段，如有可能，就必 须加以考虑。具体使用哪种固定系统通常根据使用所需要的固定参数，尤其是主体结构已经存在 时。理论上，grc 构件和固定系统应该和主体结构一起设计。 接下来介绍常用的固定系统。 4.2 封装固定：它是在一块 grc 内部进行固定。图4.1封装固定通常是在 grc 内部有一些带螺纹的孔，并在封装底端（常为锥形或使用插销）进行 锚固，图 4.1 所示的封装底端为锥形结构。用长度和宽度分别为螺栓直径的 10 倍和 15 倍的实心 grc 来封装固定。最小的固定边距应该分别为螺栓直径的 8 倍或 10 倍。螺纹孔的大小取决于条板 的尺寸，m8 和 m10 是最常用的孔。 在孔的附近的 grc 很难喷射和压实，在这些部位可选择预拌的工艺，用手工压实。孔的布置 应该使用夹具来固定，确保布置的准确度。喷射 grc 后马上就应封装。喷射孔应该从 grc 的顶部 突出 5mm，这样有利于在随后的固定过程中出现应力集中。 这是一种非常通用的固定方法，可以在 grc 条板以及主体结构上栓接各种支架或支撑。 但是该方法也有一些缺点，大量的 grc 封装锚固块会提高条板的重量，这应值得注意，有些３２时候，在条板的正面能够看见锚固块的轮廓，这种现象称为“重影” 。 4.3 粘结固定：通过使用粘结片将 grc 表面固定。图 4.2柔性锚固在立柱框架系统中最普通采用的是柔性和重力锚固的方法，但也采用支架或排架和螺栓连接 的方法。这种固定方法是位于稍高于新拌喷射 grc 表层的位置，用 grc 粘结片将锚件连接。这种 粘结片采用的是预拌工艺并用手工放置的。粘结片的厚度和尺寸取决于固定的实际情况，对于 6～ 在柔性锚固时， 8mm 直径的柔性锚件， 粘结片的厚度不应低于 12mm， 粘结片的面积最小为 1500mm 。 粘结片应不易弯曲，如图 4.2 所示，这样就不会影响 grc 的变形。在最后辊压 grc 面层后，在最 短的时间内就应固定粘结片，确保粘结片和 grc 粘结完好，在以后的使用中不会脱离。 4.4 表面固定：通过对条板的表面固定来实现。 当接触构件的背面有困难时，就有必要对条板的表面进行固定。 典型的表面固定方法如下所示。 浇注的垫圈是用来传递荷载， 氯丁橡胶垫片和大直径的孔 （相 对于螺栓的直径而言）有助于变形的释放。 在最终紧固螺栓后，grc 的面层应该填实，在适当的位置还要用粘结剂进行粘结。但是通常 很难隐藏固定孔，特别是构件在随后的工序中不涂刷涂料时。2图 4.3 4.5表面固定的实例隐藏固定：当有些部位很达接触时所采用的方法。 当表面固定的方法不能接受或很难够着条板的后部时，有必要使用槽和暗销这种类型的固定３３系统。 （图 4.4）图 4.4隐藏固定的实例将 grc 条板的底部或条板内部的枕梁用座式加强角片或支架来支撑。并用是销钉或安装在加 强角片或支架上垂直的金属板来横向固定，将其放入大直径的孔中或 grc 条板内的槽内。用马蹄 铁垫片来控制竖向的允许偏差，用支架和主体结构之间的垫片来控制横向允许偏差。而侧向公差 可以通过大直径的孔以及槽的长度来控制。 顶部的固定和底部固定一样，也相对简单，固定部位同样也可以隐藏。 4.6 辅助固定 和固定 grc 条板一样，也需要在 grc 条板上安装其它构件。典型的构件如窗户、遮雨板和排 水管（图 4.5） 。在 grc 内部可以填充塑料或硬木块，并用螺钉将 grc 和构件连接在一起。必须注 意，要确保辅助固定不会影响到前者固定系统的变形。图 4.5 4.7 固定所用的材料辅助固定实例３４正确选择固定所用的材料非常重要。支架、金属条、螺栓、螺母、垫圈、浇注的配件、槽等 材料通常是由钢材制成的。应根据当地的规范和法规、客户的需求、环境状况、主体结构的寿命 及是否易于检查和维护来选择钢材的级别。最初从经济的角度考虑，都使用相对较便宜的材料， 但是使用较高成本的材料后，在使用期间无需维护和修补，从使用寿命的全部费用来考虑，还是 比前者更为经济。 垫片和填充料应该是由耐久性好、不可压缩的材料制成的，塑料、grc 和不锈钢已被广泛使 用。氯丁橡胶垫片和填充料可以用来适应不同的变形。３５5grc 构件的极限状态设计5.1 设计原理 grc 主要用于生产建筑和工业制品，并不要求 grc 来实现主要的建筑结构功能。这些制品在 设计时应该非常仔细，确保它们的设计寿命能够满足实际工程的使用。脱模、运输、装卸和固定 的各种可能的不利因素的影响都应考虑进去。收缩、受热变形、静荷载及外加的荷载所造成的应 力都应计算，以上的因素共同作用会对设计过程造成最不利的影响。 设计时还要考虑 grc 的厚度有可能造成的影响，还必须考虑试验试件和完整尺寸的制品之间 的抗弯特性、破坏形式、断裂结果之间的差异。而采用极限状态设计的方法较为合理，每种因素 的影响可以用部分安全系数进行关联。很明显，设计人员必须经验丰富，在设计中能确定合理的 部分安全系数。这种方法是通过使用不同的部分安全系数对敏感度进行分析。因此对设计过程的 控制比迄今还在使用的“允许的应力值”的方法更好。在设计 grc 制品的寿命时，使用极限状态 设计是根据相应的特征值，用统计学的方法来确定设计的荷载和设计强度，来解释这些设计参数 可能发生的变化。 材料的强度和荷载的变化可以用高斯分布来表示，通常也称为正态分布。分布图如图 5.1 所 示，横坐标为密度频率，纵坐标为观察值。图 5.1 估计的标准偏差（σ） ，即偏差的均方根，取决于样品的平均值（ x ）与所抽取的样品次数 （n） ，其结果如下：,
x , ) 2 /(n
1) ……….（5.1）0.5其中 i 值表示 1～n。 实际上，荷载和材料强度都包含从平均值到 1.64σ的变化，采用 0.05 的概率极限。因此设 计荷载（fd）和特征荷载（fk）的关系如图 5.2 所示。 设计荷载 fd=γf · fk ……….（5.2）３６γf 指的是部分安全系数图 5.2 同样，设计强度（fd）和特征强度（fk）的关系如下： fd= fk/γm……….（5.3） γm 指的是图 5.3 所示的部分安全系数图 5.2 部分安全系数5.3当使用极限状态理论设计 grc 构件时，设计者必须核查断裂破坏的极限状态和极限状态的适 用性是否相符合。换句话说，grc 构件在设计寿命期间，不能发生断裂破坏或不能继续使用。部分 安全系数在每种极限状态下都有所不同，如下所述。 5.3 极限状态 是否符合破坏极限状态（uls）可以通过以下步骤进行核查： a） b） 对特征荷载（fk）因子分解，得到极限设计荷载（fd） 利用以上分解值分析 grc 构件的特性。３７b） 对 grc 的特征强度（fk）因子分解，得到极限设计强度（fd）因此，通过 5.2 方程式，我们可以得到： 极限设计荷载： fd=γf · fk 其中 fk 表示特征荷载 部分安全系数由下式而得： γf=γf ·γtv·γb·γc……（5.4） 其中γf 表示表 5.1 中的荷载系数（从 bs8110 表 2.1 中选取的值） γtv：表示 grc 厚度变化的系数 γb：表示允许试验试件和完全尺寸的制品抗弯性能差异的系数。 γc：表示破坏方式和断裂结果之间的系数。 表 5.1 uls 中γf 的建议值 荷载类型 相关荷载 静止荷载（dl） 有害的 dd+ll （及地面和水的压力） dl+风 （及地面和水的压力） dd+ll+风 （及地面和水的压力） 1.4 1.4 1.2 有益的 1.0 1.0 1.2 外加荷载（ll） 有害的 1.6 -1.2 有益的 0 -1.2 地面及水 的压力 1.4 1.4 1.2 风， ， ，-1.4 1.2γtv、γb 的推荐值分别见表 5.2 和 5.3。 表 5.2 uls（质量控制较好）的γtv 的典型值 工艺 手工喷射（最小 厚度为 10mm） 机械喷射（最小 厚度为 6mm） 单面板 普 通 1.05 1.0 模 制 1.1 1.05 普 通 1.1 1.05 夹心板 模 制 1.2 1.1表 5.3 uls（质量控制较好）的γb`的典型值 总厚度（mm） 单层 6-10 1.0 12-16 1.05 20 1.08 40 1.15 60 1.20 夹心结构+ 100 1.25 200 1.37 300 1.50+：敞开式夹心构造或盒式构造γb=1.5（不考虑厚度）通常，γc 取 1.0，但是对于某些工程，γc 取 1.0～1.5 范围的数值较为适合。 ，如下： 方程式（5.3）得出设计强度（fd）３８fd= fk/γm……….（5.5） 其中 fk 表示特征强度，γm 为部分安全系数。 极限状态的γm 典型值如表 5.4 所示。 表 5.4 uls 的γm`的典型值 混合料 标准 grc（砂灰比为 1:1） 5.4 极限状态的适用性 是否符合极限状态的适用性（sls）可以通过以下步骤进行核查： a） b） c） 确定特征荷载 fk（等于设计工作荷载 fsd） ，即荷载系数γf=1 对 grc 特征强度 fk 因子分解，用总的长期荷载系数γm=1.8，短期荷载系数γm=1.4，来确定 用以上结果值来分析 grc 构件的特性 长期暴露 自然条件-室外 3～3.5 储存-室内 2.5～3 装卸 28 天至 90 天（短期）1.7～2.2设计强度的适用性。 d） 使用 fk 和γf=1 及合适的杨式模量（e）来核查极限状态的适用性的偏差。由于热量及湿度的 变化引起的估计偏差，应加到弹性偏差（ye）中一起计算，这样就得出总的偏差值。长期测试荷载 的偏差应该限制在 350 的范围内，而短期测试荷载的偏差应该限制在 625 的范围内。英国高速公 路机构仅将潮湿混凝土的极限偏差限制在 300 的范围内。 5.5 收缩及热应力 需要注意的是如果限制 grc 制品的收缩及热量的变化会对制品造成很大的应力。完全干燥的 标准配合比的 grc 具有相对较高的收缩率，大约为 0.15%。由收缩应力造成的收缩值的大小应该仔 细评估 grc 制品所使用下的环境。干燥的环境比潮湿的环境通常会造成更大的收缩应力。表面涂 层可以减少干湿环境对制品造成的负面影响。 由热量的变化造成的应力的因素包括：膨胀系数、弹性模量、温差造成的应力及徐变造成的 影响。 收缩及热应力的允许值应简单、保守，近似的收缩应力值（sss）及热应力值（σts）分别见 表 5.5 和 5.6,通过使用合适的部分安全系数，收缩应力值及热应力值可以用于在破坏极限状态及 其适用性时设计使用。 表 5.5 收缩应力（σss）的建议值 完全限制 室 内 室 外 n/mm2短期 1.3-1.8 1.0-1.5全部使用期 0.7-0.9 0.5-0.8３９表 5.6收缩应力（σts）的建议值 抗拉面n/mm2环境条件温度梯度（℃） 5σts 0.4-0.8 0.9-1.7 1.4-2.5 0.2-0.5 0.4-0.9 0.6-1.3 0.8-1.8冬季潮湿10 15 5夏季干燥10 15 205.6抗弯及抗剪图 5.4图 5.5 grc 试件的抗弯试验采用的是四点抗弯测试方法， （见 2.2 节） ，应力和应变的典型的关系图 如图 5.4 所示。比例极限（lop）反映出应力和应变之间的线性变化关系的结束。随后，应变的增４０长的速度要比应力快，最后在所谓的断裂模量点（mor）处断裂。初期的 lop 和 mor 强度主要受玻 璃纤维的含量、纤维的长度及方向、聚合物的含量及料浆的密度的影响。当 grc 老化时，lop 值有 时有少量的升高，而 mor 值却降低，经过一段长时间的老化后，两个值基本相同，最后汇聚成一 点，如图 5.5 所示。 抗弯通常是设计 grc 构件时应考虑的必不可少和最主要的荷载类型。在设计 grc 构件时，如 ，适用的极 仅仅只设计抗弯、抗剪强度，极限状态时的特征强度用 28 天的 mor 值来表示（mor28） 。下面将介绍在设计中使用这些特征强度。 限状态的特征强度用 28 天的 lop 值来表示（lop28） 很少使用抗剪强度来设计 grc 构件。图 5.6 介绍了三种最基本的抗剪类型。在剪力作用下的 总的抗拉应力应限制在 grc 极限终抗弯强度的 0.4 倍范围内。层间剪切通常在所有的抗剪类型中 最为重要。对于制作较好、充分密实和养护的标准 grc 来说，特征强度值 3.5n/mm 是较为合适的 设计值。γm=1.7 也比较有代表性，因此极限层间抗剪强度为 3.5/1.7=2 n/mm 。标准 grc 构件的 水平剪切的 fk 和γm 的设计典型值分别为 9 n/mm 和 2，因此极限水平剪切强度的设计值为 9/2=4.5 n/mm 。2 2 2 2a.层间剪切b.水平剪切 图 5.62c.冲击抗剪对于没有脱水的材料，极限冲击抗剪值在 20～45 n/mm 之间变化，老化后，对其影响不大。 由于选用的试验方法影响非常大，建议对冲击抗剪强度的计算时，取和水平剪切相同的强度值。 设计核查是否符合抗弯和抗剪的 uls 和 sls，分别可以参考图 5.7 和图 5.8 的流程图。 对于抗弯和抗剪的极限状态设计过程可以简要要概括为如下： 概括：抗弯和抗剪的极限状态 极限状态（uls） 极限抗弯应力=σub，收缩应力=σss，热应力=σts 因此，mor28&=γm×（σub+σss+σts） 极限层间剪切应力=vu, 所以γm×vu&=0.4×lop28 极限状态的适用性（sls） 工作抗弯应力=σsb，因此 lop28&=γg×（σsb+σss+σts） 对于长期荷载γg=1.8 对于短期荷载γg=1.4 5.7 直接抗拉 逻辑上，直接抗拉的极限状态和 28 天的极限抗拉特征应力有关。对适用性的核查也相应和 28 天的抗弯初裂强度（bop）的特征值有关。４１因此，极限直接抗拉的设计强度 = uts28/γm…….（5.5） 直接抗拉设计的适用性 = bop28/1.8…….（5.6） uts28 的值通常限制为 mor28 的 40%，bop28 的值可取为 lop28/1.5。 核查是否符合极限状态和其适用性的设计流程可以参照图 5.7 和 5.8。特征荷载 fk核查 vu&=v部分安全系数 γf 、γtv、γb 及γc，抗剪应力允许值 =v荷载因子 ， γf=γf · tv· b· γ γ γ计算极限抗剪应力 vu极限设计荷载 fd fd=γf · fk计算极限抗剪应力 vugrc 构件的截面性 能mor28 要求值= γm× （σu+σss+σts）计算极限抗弯应力 σu确定 uls 的γm设计时收缩值及热应力 估计值（分别为σssσts）图 5.7 5.8 辅助设计抗弯和抗剪的极限状态有二个软件包非常有用，它可以提供设计手册来辅助设计者对复杂横截面的断面性能进行计 算（a） ，它还可以确定所需要的加强肋的类型、尺寸、数量及布置（b） 。详细的辅助设计如下所 述：４２工作荷载 fsc总的安全系数 γg（=1.8）grc 构件的截面性 能计算工作抗弯应力 σs设计时收缩值及热 应力估计值（分别为 σssσts）核查偏差 （如有必要）lop28 要求值= γg× （σs+σss+σts）图 5.8抗弯及抗剪的极限状态的适用性a. sectrib 一种直接图形界面的视窗软件，数据易于输入，可以设计平板、有加强肋的条板、波 纹板或其它通用截面形状的断面性能。 b. sectprop 一种程序软件，在 autocad（不是 autocad lt）程序中运行，比 autocad 能够设计 和处理更多、更复杂的数据。它能轻易地处理圆形和弧形的边界。 5.8.1 sectrib sectrib 是在 windows 环境下运行，大大地简化了平板及含肋条板的数据的输入。它无需计 算，只要将边界点的笛卡尔坐标输入软件中，程序就能自动计算。它可以很方便地编辑和修改数 据，并可以对大量的数据进行核对，确保没有输入无效的数据。在该软件中，可以对不同的截面 进行旋转，以便于对处于不同的应力状态下进行研究。 sectrib 的一个很大的特色就是能够自动计算最小的肋投影应力，很明显，内部及外部的肋４３的类型及数量必须首先满足截面模量。 sectrib 同时还包括将箱式加强肋条板的截面转化为波纹板截面的功能。 该软件还有一种 “镜 像”功能，能够快速输入对称截面的数据。图 面的性能，不管是否有内部边界。5.9当用 sectrib 软件设计含加强肋平板时，该软件也可以使用直线来计算不规则截面边界的截 内部和外部边界主要是用许多节点来定义，它们是由一系列的直线所连接 而成。外部边界的节点必须按照逆时针的方向来定义，而内部边界的节点则必须 按照顺时针的方向来定义，如图 5.9 所示两种节点定义的结果都是一致的。在常 规截面设计中，sectrib 软件需要使用者输入每个节点的 x 和 y 坐标的正值，第 一个节点必须输入至少两次，这样才能有效地封闭横截面。 该软件很容易安装，并具有保存、打印、文件帮助等功能。 如果使用相对坐标轴，可以用“相对坐标轴”键区来录入坐标轴中的数据就变得非常简单。 在所有的相对坐标轴中录入的数据必须是正值，如图 5.10 的示例。图 5.10４４图 5.11图5.12该软件很容易安装，并具有保存、打印、文件帮助等功能。图 5.11、图 5.12 为该软件的预 览图。 该实用的软件的主要的特点可以概括如下：
在微软视窗软件环境下运行，直观的图形界面（gui） ，易于数据的录入及编辑。 可对大量无效的数据能够进行错误检查。 能够对最小肋的投影进行自动计算。４５
可对单条肋和箱式肋进行组合设计。 易于加入或去除加强肋 对于永久的模板及波纹屋面板可以使用“波纹”截面，易于确定截面的性能。 对于对称结构，可以使用“镜像”功能。 能够计算正交轴和主轴的截面模量、重心的位置、区域的二次距。 能够输出 dxf 文件，便于 autocad 和其它相关的软件进行处理。 对于任何不规则的截面性能，有无内部边界，都很容易计算。图 5.12 sectrib 软件生成的所需截面的打印结果 图 5.12 为程序运行的逻辑流程图，该程序提供了在线帮助文件。４６新的截面对于普通截面 输入 x 及 y 坐标是否为加 强肋截面 no yes 输入长度及厚度(mm) yes 是否自动 计算输入确定： 内部肋、肋的数量 截面模量在 lhs 上输入第一条 肋的数据no 输入no是否为波 纹截面sectrib 流程图自动计算肋截 面的性能yes 按 yes 键是否为对 称截面 no yes 输入 输入下一条肋的数据在另处一半 lhs 上输 入下一条肋的数据是否为对 称截面noyes 在另处一半 lhs 是否是最 后对称截面 yes 计算截面的性能 保存为.dxf 文件或 .sp 文件no图 5.12４７5.8.2sectprop sectprop 软件十分容易安装和使用。在 autocad 软件中安装完毕后，只要在命令行中输入sectprop 就可以激活该软件。内部及外部边界必须用多条线段来定义（而不是区域） 。输出的结果 的预览图见图 5.13，很明显，该软件比 sectrib 软件更容易使用，尤其截面的形状只有部分边界 或完全是弧形时。图 sectprop 软件的主要特点如下：
可以对大量无效的数据进行核查。5.13将有外部或内部边界确定为多条线段，在 autocad 软件中可以容易地绘制复杂的横断面。 不必标识节点，只要输入坐标轴的数据，sectprop 就能够自动处理，减少使用者的困难和麻 使用的 autocad 强大的编辑功能，能够轻易编辑横断面。 使用 autocad 的旋转工具，在 sectprop 软件中能够很容易对各项轴进行旋转。 在计算时，计算结果会出现在截面图旁边。 使用者可以随意指定含有弧形边界的计算精度。计算结果可以达到非常高的精度。 sectrib 和 sectprop 两个软件可以互相补充， 并提供给设计者两个非常有用的工具， 并能节省大量时间。 这也是国际 grca 协会进一步改进软件包， 并为终端用户开发其它有益的产品的目的。 grca 网站发布了这二个软件的最新的版本，如果要发布其它的软件，将会及时通告。 sectprop 的共享软件（评估版本）在 cd 和 grca 的网站 http://www.grca.org.uk 中都有， 如果 grca 会员想购买 sectprop 软件，将会有很大的折扣。 5.9 未来的发展４８该实用设计指南每隔一段时间都会进行修订及更新。随着时间的推移，该指南也会随着一起 发展。 grca 从事对 grc 构件进一步的测试工作， 尤其是在生产商及研究机构提供的帮助下。 翻译后 的测试结果将会在修订后的指南中公布，新软件的开发及 cad 辅助软件，将会提高设计的 grc 制 品、固定及承重系统的效率及精度。 在 grca 网站 http://www.grca.org.uk 中可以定期更新您的设计指南的内容。 您也可以向我们提出建设性的反馈意见及需求，我们会认真地加以考虑。 对于设计 grc 钢立柱框架系统的结构工程师应乐意去学习一种功能强大、免费的结构工程软 件，他们能从中受益。 结构一体化软件（iss）宣称他们在未来将提供一种功能非常强大的免费“千禧机器人”软 。 件。英国、爱尔兰及北美的工程师可以在网站 www.issrobot.co.uk 上注册免费的“机器人软件” 注册的过程非常简单，一旦注册完毕后，iss 将发给使用者一个密码，就可以使用该软件。 该软件可以无限期地使用，不需要使用者对 iss 作出任何承诺。该软件的主要的特点如下： 2 维框架，捆绑式、栅格式分析节点超过 3000 个。 3 维框架，捆绑式分析节点超过 3000 个。 装有截面数据库及适合于任何形状的截面性能的计算。 参数化数据库结构（如捆绑式、框架等） 。 采用 fe 盘式或壳式自动分析，可以超过 50 个构件。 采用线性分析及使用一种动力学分析。 事实上，机器人免费软件将为工程师他们每天的最主要的分析工作提供一种解决方案。４９6固定的极限状态设计6.1 固定的作用 对 grc 外墙挂板的固定的主要作用如下： a. 确保使用的外墙挂板及建筑物的使用寿命。 b. 允许各个条板之间以及条板与承重结构之间能够平移运动及旋转，但同时要保证在拼缝间应 该防水。 c. 能够充分进行调整以适应常规的结构的误差与预期设计的变形（以上 b 中所提到的） 。 d. 在所有的暴露的环境中（如抗冲、振动、风、火等） ，保持 grc 的支撑、固定的整体性，使 grc 所受的局部应力集中为最小。 e. 确保外力尽可能通过固定传递至整个 grc 条板区域。 f. 充分利用 grc 强度性能，在条板的基面进行支撑，并在条板的顶部和底部进行侧向约束。 固定时，以上 b 中的变形很难保证，但是在设计固定及拼缝封装时，能够对地震的影响及变 形的方向作出较为保守的估计。 6.2 设计原理的概述 为了使用一个安全、有效及经济的固定系统，有必要了解基本的设计原理及规范。 设计者首先必须确定现场在各种条件下固定所需的所有参数，这些参数对选择固定方法及详 细设计固定，有非常大的影响。它受到与其它构件的固定、承重构件的偏心及安装固定的步骤的 影响。 grc 条板在主体结构上不能固定得太死，否则会影响条板内部的湿度及热量的变化，有可能 会造成条板出现有害的裂缝。通常是在条板的四个角的部位进行固定。 应该仔细检查 grc 在受力情况下的结构特性。建议避免使用较长的条板（长宽比大于 4） ，当 条板在受弯时，在固定的部位，由于条板的转动及水平位移，容易造成 grc 疲劳。 固定时要定位，这样能够减少可能对条板产生的永久应力。外力通过固定部位应尽可能传递 到整个个条板区域，在条板的底部支撑处应该有足够的承载面积，以避免 grc 应力疲劳。 在设计固定安装应考虑允许偏差及误差的重要性，相关资料可见 bs8110 的现场混凝土， bs8297 的外墙挂板及在钢铁架中使用钢框的国家标准。如果按照截面 6.1（b）（c）固定时，在 、 固定系统中必须使用适当的允许偏差。理论上，所有的固定部位都应容易够得着，并能够进行调 整，但在实际上却很做到。 我们也必须注意到电镀的固定件都是有一定的寿命，它和镀锌涂层的厚度直接有关系。原则 上，如有可能应该使用不锈钢固定件，因为他们有较好的耐腐蚀性能。如果固定处于很难够着的 部位（放置在看不到的地方） ，很显然不锈钢的固定的材料是明智的选择。 6.3 固定的类型５０在设计指南中只涉及和 grc 条板直接接触的固定方式，它和在承重结构上安装条板的方式正 好相反。通常使用四种直接固定方法，即浇注孔固定法、粘结固定法、支架固定法、表面固定法。 （见图 6.1） 。（a）浇注孔固定法（b）粘结固定法（c）支架固定法 图 算。 6.1（d）表面固定法所有这些固定方法的断裂力学性能非常复杂，因此通常根据相应的极限荷载的测试结果来计 浇注孔固定方法的固定破坏受 grc 的边距、 浇注的孔深度、 锚固件的种类 （销钉、 锥形螺母） 、 荷载的种类（单纯抗拉抗压强度或共同作用的荷载，如抗拉及抗剪荷载）的影响。浇注孔固定方 法中，孔的周围应填充足够量的 grc，grc 中的玻璃纤维要分布均匀，这些都非常的重要。在孔的 底部应该有一定厚度的 grc，这样可以避免在固定时，由于过载对 grc 面层造成破坏。图6.2５１浇注孔固定方法的实际效果以及最小边距是应由生产商来保证，但是，通常，开孔的位置不 能位于浇注孔的深度和 grc 的边距接近的部位，如图 6.2 所示。需要强调的是尺寸 t 表示的是箱 式肋的最小宽度。在 grc 中应尽量避免应力集中，采用图 6.2 中的 c 和 d 中的倒角结构是一个较 好的设计例子。 粘结垫片通常放在钢制锚件的上部或手工弄平，置于 grc 背面。最后，通过使用锯齿形的辊 子来压实，确保在粘结垫片及 grc 背面有足够的粘结力。 图 6.3 所示为粘结垫片的最小尺寸。封装固定及粘结固定的极限强度应该由相应的破坏试验 来确定。w×l &= 1600 （mm 构件）及 w&12t 图 6.4 固定的极限状态 当封装固定或粘结法固定的 grc 发生破坏时，可能都会突然发生，而没有一点预兆，虽然会 将荷载重新分配至另外的或其它的固定件上，但出于保守及方便的目的，我们建议以下的部分荷 载系数用于 18 级的喷射 grc 中，用于核查是否符合 uls。 γst=1.1，γtv=1.1 及γc=2.30 如果考虑了 grc 中使用不连续的纤维，材料的部分安全系数γm=2.20 被认为是比较适合的。 6.5 固定的极限状态的适用性 安装固定中的主要的极限状态的适用性是耐久性。它受到靠近 grc 的连接处的裂缝的影响。 所以 grc 粘结垫片必须保证有足够的厚度和宽度，以确保满足防火规范及防止金属件发生腐蚀。 我们应该主要使用以下金属类型：不锈钢、磷青铜、铝青铜合金、硅铝青铜合金。固定安装的金 属件应该保持干燥同时要避免出现电化学腐蚀。 6.6 在立柱框架结构中使用重力锚固 设计重力锚固从本质上来说比柔性锚固更为困难，因为粘结的垫片的破坏机理是受到垂直的 和水平的荷载的合力的共同作用（图 6.4） 。垂直荷载通常只是条板自重的一部分，而水平荷载可 能是由于风压或地震所造成的。 6.7 地震的影响 图 6.5（a）和（b）所示的为长方形的加肋平板的正面图，该板没有抗震的要求。收缩及热 量的变化可以通过三个固定点来消除， 如图 6.5 （a） 因此能够避免条板发生破坏。 ， 条板的自重 （w） 可以通过条板基部的二个固定点来平衡支撑，如图 6.5（b） ，而垂直作用于条板表面的横向的风荷５２6.3载可以由四个固定点来抵抗。图6.4根据简单的原则，地震影响的荷载指的是作用于条板重心位置的水平荷载（s） ，它是由地心 的水平加速度造成的。如图 6.5（c）所示。这个力会作用于条板平面或垂直作用于条板。在这里 只考虑地震荷载作用于条板平面时。 假定条板上部两处固定点不能承受任何地震荷载，翻转力矩（=s×h）将所受的竖向的反作 用力重新分解，在条板的基部的反作用力分别为 0.5+(s.h/l)和 0.5-(s.h/l)。此外，在条板的基 部也会造成水平反作用力（s） 。如图 6.5（c） 。图6.5５３很明显，如果在条板的重心位置再安装一个允许竖向移动的固定件，如图 6.5（d） ，该固定 件就能完全抵抗地震荷载，因此条板基部的固定只需要象常规的固定一样，只是用来支撑板的自 重。图 位置。6.6同样原理，在立柱框架结构中可以使用 t 形固定件，如图 6.6 所示，将其固定在条板的重心５４7设 计 实 例我们只是想用以下的设计实例来示范在实际设计中使用部分安全系数，但是国际 grca 协会 对使用实用设计指南中的结果，包括软件、设计实例及指南中使用或提供的部分安全系数，而造 成的直接、非直接或附带产生的损失不负任何责任。 进一步的实例及勘误表（如有必要）将会在 grca 网站 http://www.grca.org.uk 发布，对注 册的个人用户或企业可以免费下载。 设计实例包括以下内容： 实例 1 实例 2 实例 3 实例 4 实例 5 实例 6 实例 7 实例 8 实例 9 实例 10 实例 11 实例 12 简单的外墙挂板 永久性模板 永久性模板 种植箱（加肋条板） 门廊屋面（立柱框架结构） 圆形种植箱 带状构件 顶盖构件 电缆管道（地下） 遮阳板 柔性锚固 重力锚固在上述的设计实例中，grc 的级数都是指定的。这可以参考国际 grca 协会出版的“生产、养 护、测试 grc 制品的规定”中的关于 grc 拌合料级数的详细资料。在以上指定的级数中采用的格 式为级数（x/y） ，其中 x 表示 28 天的特征 lop 值，y 表示 28 天的特征 mor 值。 如果 grc 制品主要受到的为直接抗拉时，当核查是否符合极限状态（uls）时，这时比较适 合使用 28 天极限直接抗拉强度。该强度通常为设计强度 mor28 的 0.4 倍。直接抗拉的适用性通常 考虑为 bop28/1.8，这里的 bop28 为 28 天的极限初裂特征抗弯强度。一般情况下：bop28= lop28/γm， 这里的总的安全系数γm 为 1.8。实例 6 为在实际设计中如何使用上述结果进行评价。５５设计实例 no.1 简单的外墙挂板 页数 3-1 计算过程 外墙挂板- 级数（8/18） 结果γf’= 1.40 = 1.00γtvγb = 1.02 γc = 1.10 抗弯： γm = 3 (uls) γm = 1.8 (sls) 层间剪切： γm = 1.7 (uls)核查垂直抗弯 极限状态 γf = 1.4×1×1.02×1.10 = 1.572风荷载 = 1.5 kn/m ，因此： mu = 1.57×1.5×0.75×1.2×1.2 / 8 = 0.32 knm min z = 7.1852×10 mm 极限抗弯应力 = σu = 0.32×10 / 7.1852×10 = 4.45 n/mm2 2 2 6 4 4 3mor@28 天 = 18 n/mm2收缩应力的允许值σss 为 0.6 n/mm ，热应力σts 为 0.4 n/mm ,因此： 28 天所需的 mor@28 天 = 3×(4.45 + 0.6 + 0.4) = 16.35 n/mm2 2& 18 n/mm ok 核查层间抗剪 vu = 1.57×1.5×0.75×1.2 / 2 = 1.06 kn 所以： vu = (1.5×1.06×1000) / (3×75×16) = 0.44 n/mm５６2设计实例 no.1 简单的外墙挂板 页数 3-2 计算过程 28 天所需要达到的层间剪切特征强度 = 1.7×0.44 = 0.75 n/mm 同时2结果& 2 n/mm2 2& 0.4×lop = 0.4×8 = 3.2 n/mmok极限状态的适用性 材料总的安全系数 = 1.8 ms = 1.5×0.75×1.2×1.2 / 8 = 0.2 knm 工作抗弯应力 =σs = 0.2×10 / 7.1852×10 = 2.78 n/mm2 6 4lop@28 天 = =8 n/mm228 天所需的 lop@28 天 = 1.8×(2.78 + 0.6 + 0.4) = 6.80 n/mm 核查偏差 假定 es = 10 kn/mm = 0.71 mm 极限状态 理论上的板两部分的跨距为 375mm mu = 0.625×1.57×1.5×0.3752 2 4 2 3 6 2 2& 8 n/mm okys = (5×1.5×1.2×0.75×1200 ) / (384×10×4.2996×10 ) 可以忽略不计 核查 16mm 厚的板面= 0.21 knm3mor@28 天 =18 n/mm2z = 1000×16 / 6 = 4.27×10 mm 极限抗弯应力 = σu6= 0.21×10 / 4.27×10 = 4.92 n/mm 极限状态的适用性 材料的总的安全系数 = 1.8 ms = 0.625×1.5×0.375 = 0.13 knm2 24工作抗弯应力 = σs = 0.13×10 / 4.27×10 = 3.05 n/mm = 7.29 n/mm & 8 n/mm ok 抗剪的偏差没有超过临界值。５７2 26428 天所需的 lopr@28 天 = 1.8×(3.05 + 0.6 + 0.4)2lop@28 天 =8 n/mm2设计实例 no.1 简单的外墙挂板 页数 3-2 计算过程 结果截面的性能 坐标轴编号 面积 xbar ybar ixx iyy ixy iuu ivv theta zf zb zi zr zuu zvv rxx ryy ruu rvv = = = 132= 1.4832e+04 mm475.0 mm 115.2 mm4 4 4 4 4= 4.2996e+06 mm = 8.1685e+08 mm = 0.0000e+00 mm = 4.2996e+06 mm = 8.1685e+08 mm = 0.000 度 = 7.1852e+04 mm = 2.8361e+05 mm = 2.1783e+06 mm = 2.1783e+06 mm = 7.1852e+04 mm = 2.1783e+06 mm = = = = 17.0 mm 234.7 mm 17.0 mm 234.7 mm3 3 3 33 3５８设计实例 no.2 永久性模板 页数 2-1 计算过程 永久的模板-平板 级数（9/18） γf γf γb γc γm γm γm = 1.4 (sls) = 1.7 (uls) 0.2×24 = 4.8 kn/m = 1.5 kn/m2 2 2 ’ ’结果= 1.40（dl） = 1.40（ll） = 1.00 = 1.00 = 1.20 = 1.7(uls)γtv抗弯：层间剪切： 极限状态 混凝土 活动荷载 板的自重 (结构荷载)20.018×20 = 0.36 kn/m也就是说 0.45 kn/m (25%的超范围的喷射) 极限荷载 = 1.4(0.45 + 4.8) + (1.6×1.5) = 9.75 kn/m2极限设计荷载 = 1.0 ×1.0×1.2×9.75 = 11.7 kn/m2mu = 11.7×0.62×0.62 / 8 = 0.56 knm z =
/ 6 = 5.4×10 mm 极限抗弯应力 = σu = 0.56×10 / 5.4×10 = 10.37 n/mm2 6 4 4 3mor@28 天 = 18 n/mm228 天所需的 mor@28 天 = 1.7×10.37 = 17.6 n/mm 核查层间剪切 vu = 11.7×1×0.62 / 2 = 3.63 kn vu = (1.5×3.63×10 ) / (1000×18) = 0.3 n/mm 28 天所需要达到的层间剪切特征强度 = 1.7×0.3 = 0.5`n/mm2 2 3 2 2 2& 18 n/mm ok& 0.4×lop = 0.4×7 = 2.8 n/mmok５９设计实例 no.2 永久性模板 页数 2-2 计算过程 极限状态的适用性 材料的总的安全系数 = 1.5 (暂时起作用) ms = ( 4.8 + 1.5 + 0.45)×0.62×0.62 / 8 = 0.32 knm 工作抗弯应力 = σs = (0.32×10 ) / 5.4×106 4 2结果lop@28 天 = 9 n/mm2= 5.93 n/mm = 8.3 n/mm 抗剪的偏差没有超过临界值。228 天所需的 lop@28 天 = 1.4×5.93 & 9 n/mm ok2６０设计实例 no.3 永久性模板 页数 3-1 计算过程 永久的模板-平板 级数（9/18） γf γf’ ’结果= 1.40（dl） = 1.60（ll） = 1.00γtvγb = 1.00 γc = 1.20 抗弯： γm = 1.7(uls) γm γm = 1.4 (sls) = 1.7 (uls) 层间剪切：波纹板的模数为 300 mm面积 = 0.0027 m 荷载： 混凝土 平台 槽2z = 2.7935×10 mm43lop@28 天 = kn/m 0.15×0.3×24 = 1.08 0.15×0.03×24 = 0.11 0.0027×20 = 0.054 kn/m29 n/mm2框架自重也就是说 0.06 kn/m (25%的超范围的喷射) 活动荷载（结构） @ 1.5 kn/m = 0.45 极限状态 dl 的极限系数 = 1.4×1×1×1.2 = 1.68 ll 的极限系数 = 1.6×1×1×1.2 = 1.92６１设计实例 no.3 永久性模板 页数 3-2 计算过程 极限荷载 = 1.68×(1.08 + 0.11 + 0.06) + (1.92×0.45) = 2.96 kn/m mu = 2.96×0.89×0.89 / 8 = 0.29 knm 极限抗弯应力 = σu = 0.29×10 / 2.7935×10 = 10.38 n/mm2 6 4结果28 天所需的 mor@28 天 = 1.7×10.38 = 17.65 n/mm2 2& 18 n/mm ok 核查层间剪切 假定边缘的厚度 = 8 mm vu = 2.96×0.89 / 2 = 1.32 kn3 2所以 vu = 1.5×1.32×10 / (300×8) = 0.83 n/mm 28 天所需要达到的层间剪切特征强度 = 1.7×0.83 = 1.41`n/mm2& 2 n/mm2 2& 0.4×lop = 0.4×8 = 3.2 n/mm 极限状态的适用性ok材料的总的安全系数 = 1.4 (暂时起作用) ms = ( 1.08 + 0.11 + 0.06 + 0.45)×0.89×0.89 / 8 = 0.17 knm 工作抗弯应力 = σs = (0.17×10 ) / 2.7935×106 4 2= 6.09 n/mm = 8.53 n/mm28 天所需的 lop@28 天 = 1.4×6.092 2& 9 n/mm ok６２设计实例 no.3 永久性模板 页数 3-3 计算过程 结果截面的性能 坐标轴编号 面积 xbar ybar ixx iyy ixy iuu ivv theta zf zb zi zr zuu zvv rxx ryy ruu rvv = = = 132= 2.7000e+03 mm 250.0 mm 119.5 mm= 5.4473e+05 mm = 2.0250e+07 mm = 0.0000e+00 mm = 5.4473e+05 mm = 2.0250e+07 mm = 0.000 度 = 2.7935e+04 mm = 2.7935e+04 mm = 1.3500e+05 mm = 1.3500e+05 mm = 2.7935e+04 mm = 1.3500e+05 mm = = = =3 3 3 3 4 4 4 443 314.2 mm 86.6 mm 14.2 mm 86.6 mm６３设计实例 no.4 种植箱 页数 3-1 计算过程 种植箱构件 级数（7/18） 结果γf γb γc γm γm γm’= 1.40 = 1.05 = 1.05 = 1.00 = 2.7(uls) = 1.8 (sls) = 1.7 (uls)γtv抗弯：层间剪切：ka = (1-sinф) / (1+sinф) = 0.33 在种植箱基部的土壤的压力 = = 2×7.4 / 3 = 4 kn/m20.33×18×1 6 kn/m2设计简单支撑跨距超过 2 米的条板所承受的平均 udl 为 (比较保守)６４设计实例 no.4 种植箱 页数 3-2 计算过程 极限状态： γf = 1.4×1.05×1.05×1 = 1.54 mu = 1.54×4×1×2 / 8 = 3.08 knm 外表面的 z 值 = 8.0649×10 mm 极限抗弯应力 = σu = 3.08×10 / 8.0649×10 = 3.82 n/mm2 6 5 5 3 2结果mor@28 天 = 18 n/mm2(抗拉)2 2收缩应力的允许值σss 为 0.5 n/mm ，热应力的允许值σts 为 0.2 n/mm ，所以 28 天所需的 mor@28 天 = 2.7×(3.82 + 0.5 + 0.2) = 12.20 n/mm2 2& 18 n/mm ok 核查层间剪切 vu = 1.54×4×1×2 / 2 = 6.16 kn 所以 vu = (1.5×6.16×10 ) / (5×15×100) = 1.23 n/mm 28 天所需要达到的层间剪切特征强度 = 1.7×1.23 = 2.09`n/mm2 2 3 2& 0.4×lop = 0.4×7 = 2.8 n/mm 极限状态的适用性 材料的总的安全系数 = 1.8 ms = 4×1×2 / 8 = 2 knm 工作抗弯应力 = σs = 2×10 / 8.0649×106 5 2 2oklop@28 天 = 7 n/mm2= 2.48 n/mm = 5.72 n/mm 偏差没有超过临界值。28 天所需的 lop@28 天 = 1.8×(2.48 +0.5 + 0.2)2 2& 7 n/mm ok 提供了中心处的一个竖向加强肋，以避免竖向抗弯的影响，如下图所示６５设计实例 no.4 种植箱 页数 3-3 计算过程 结果截面的性能 坐标轴编号 面积 xbar ybar ixx iyy ixy iuu ivv theta zf zb zi zr zuu zvv rxx ryy ruu rvv = = = = = = = 252= 2.3873e+04 mm 526.1 mm 127.5 mm= 2.2151e+07 mm = 2.3194e+09 mm = 2.0452e+07 mm = 2.3211e+09 mm = -1.557 度 = 3.0539e+05 mm = 8.0649e+05 mm = 5.4429e+06 mm = 4.0418e+06 mm = 4.0410e+06 mm4 4 4= -6.2510e+07 mm4 43 3 3 3 3= 2.3213e+05 mm330.5 mm 311.7 mm 29.3 mm 311.8 mm６６设计实例 no.5 门廊屋面 页数 2-1 计算过程 弧形外墙挂板 级数（7/18） 结果γf γb γm’= 1.40 = 1.00 = 1.02 = 1.7 (uls)抗弯： γm = 3(uls) γm = 1.8 (sls) 层间剪切：γtvγc = 1.10柔性或重力锚固间间距 垂直方向： 500mm 水平方向： 600mm（近似） 假定 grc 的厚度为 15mm（最小） 极限状态： γf = 1.4×1×1.02×1.10 = 1.57 风荷载 = 1.5 kn/mm2 2所以4 3mu = 1.57×1.5×0.5×0.6×0.6 / 8 = 0.05 knm z = 500×15 = 1.875×10 mm 极限抗弯应力 = σu = 0.05×10 / 1.875×10 = 2.67 n/mm2 6 4６７设计实例 no.5 门廊屋面 页数 2-2 计算过程 收缩应力的允许值σss 为 0.7 n/mm ，热应力的允许值σts 为 0.9 n/mm ，所以 28 天所需的 mor@28 天 = 3×(2.67 + 0.7 + 0.9) = 12.81 n/mm2 2 2 2结果mor@28 天 = 18 n/mm2& 18 n/mm ok 核查层间剪切 vu = 1.57×0.5×0.6×1.5 / 23= 0.35 kn2所以 vu = (1.5×0.35×10 ) / (12×500) = 0.09 n/mm 可以忽略不计 极限状态的适用性 材料的总的安全系数 = 1.8 ms = 1.5×0.50×0.6×0.6 / 8 = 0.04 knm 工作抗弯应力 = σs = 0.04×10 / 1.875×106 4 2ok= 2.13 n/mm = 6.72 n/mm 偏差没有超过临界值。28 天所需的 lop@28 天 = 1.8×(2.13 +0.7 + 0.9)2 2& 7 n/mm oklop@28 天 = 7 n/mm2６８设计实例 no.6 圆形种植箱 页数 2-1 计算过程 圆形 grc 种植箱 级数（7/18） 结果γf γb γc γm γm’= 1.40 = 1.05 = 1.05 = 1.00 = 3(uls) = 1.8 (sls) bop28 = 7/1.5 = 4.7 n/m2γtvuts28 = 0.4×18 = 7.2 n/m2直接抗拉：层间剪切： 没有超过临界值 极限状态： γf = 1.4×1.05×1.05×1 = 1.54 基座的土壤的压力 = 0.33×18×0.75 = 4.5 kn/mm = 0.46 n/mm2 2 2 2 3极限环状抗拉 = 1.54×4.5×800 / 12×10mor@28 天 = 18 n/mm2收缩应力的允许值σss 为 0.5 n/mm ，热应力的允许值σts 为 1.2 n/mm ，所以 28 天所需的 uts = 3×(0.46 + 0.5 + 1.2) = 6.5 n/mm2& 7.2 n/mm2ok６９设计实例 no.6 圆形种植箱 页数 2-2 计算过程 极限状态的适用性 材料的总的安全系数 = 1.8 环状抗拉的适用性 = 4.5×800 / 12×10 = 0.30 n/mm = 3.60 n/mm2 2 3结果28 天所需的 bop = 1.8×(0.30 + 0.5 + 1.2) & 4.7 n/mm ok2lop@28 天 = 7 n/mm2７０设计实例 no.7 带状构件 页数 3-1 计算过程 grc 带状构件 级数（7/18） 结果γf γb’= 1.40 = 1.02 跨距 = 1.80 m （简单支撑）γtv = 1.10 γc = 1.00 抗弯： γm = 3(uls) 风荷载：2 kn/m2γm = 1.8 (sls) 层间剪切： γm = 1.7 (uls)极限状态： γf = 1.4×11×1.052×1.1 = 1.73 自重 wt = 0..8 = 0.37kn 也就是说 0.46 kn (25%的超范围的喷射) mux = 1.73×0.46×1.8 / 8 = 0.18 knm muy = 1.73×2×4×1.8 / 8 = 0.56 knm muu = 0.18cos(13.476) + 0.56sin(13.476) = 0.31 knm mvv = 0.18sin(13.476) + 0.56cos(13.476) = 0.59 knm 合并极限抗弯应力6 2σu}