高耐堿玻纖在蒸壓砂加氣混凝土中的應(yīng)用研究

陳志純 ，李應(yīng)權(quán) ，扈士凱 ，史志花

（1.建筑材料工業(yè)技術(shù)監(jiān)督研究中心，北京 100024；2.建材行業(yè)水泥基建筑節(jié)能材料重點實驗室，北京 100024）

0 引言

蒸壓加氣混凝土因其特殊的多孔結(jié)構(gòu)，具有比一般混凝土更好的保溫隔熱性能[1]和輕質(zhì)、隔聲、耐火、抗震、利廢等特點[2]，廣泛應(yīng)用于建筑外墻保溫及自保溫體系中[3-4]。纖維作為一種常用的水泥基體增強(qiáng)材料廣泛應(yīng)用于多種混凝土材料中[5]，能夠提高混凝土的強(qiáng)度、彎曲韌性和耐沖擊性等[6]。然而由于蒸壓加氣混凝土在生產(chǎn)過程中要使用鋼絲對發(fā)氣膨脹后的加氣混凝土進(jìn)行“濕切割”，摻入過多纖維會影響切割過程，因此纖維在蒸壓加氣混凝土中的應(yīng)用較少，其相關(guān)研究也相對缺乏[7]。

玻璃纖維是混凝土中常用的增強(qiáng)纖維，具有高強(qiáng)度、高彈性模量、不燃及價廉等優(yōu)點，但玻璃纖維耐堿性差，易在混凝土內(nèi)部的堿性環(huán)境下被腐蝕[8]。用于混凝土中的耐堿玻璃纖維一般是通過提高ZrO2含量來提高其耐堿性[9]。然而蒸壓加氣混凝土生產(chǎn)過程中的高溫高壓堿性環(huán)境比普通泡沫混凝土的常溫常壓堿性環(huán)境更為嚴(yán)苛，一般的混凝土用耐堿玻璃纖維無法用于蒸壓加氣混凝土中。

本文研究了一種具有高耐堿性的玻璃纖維在少量摻入的情況下對蒸壓砂加氣混凝土的性能影響及其應(yīng)用前景。

1 試 驗

1.1 原材料

水磨細(xì)砂：北京金隅加氣混凝土廠，含水率39.2%，80 μm篩篩余17.5%；水泥：保定太行和益水泥有限公司，P·O42.5；白灰：北京金隅加氣混凝土廠，活性氧化鈣含量73.8%；鋁粉膏：雄縣科翔銀粉廠，活性鋁含量86%；高耐堿玻纖：自制；普通耐堿玻纖：市售；水：自來水。2種耐堿玻纖的主要性能參數(shù)見表1。

表1 2種耐堿玻纖的主要性能參數(shù)

1.2 試驗配方

高耐堿玻纖摻量分別為總粉料質(zhì)量的0.2%、0.3%、0.6%、0.9%，普通耐堿玻纖摻量為總粉料質(zhì)量的0.3%?；九浔纫姳?，水料比0.80～0.82，由于砂加氣混凝土各項性能受干密度影響較大，為使不同試樣的性能參數(shù)具有可比性，制備試件時應(yīng)根據(jù)料漿稠度變化情況適當(dāng)調(diào)整加水量以確保各組試件干密度盡可能相同。

表2 蒸壓砂加氣混凝土粉料質(zhì)量配比 %

1.3 試件制備

（1）空白蒸壓砂加氣混凝土試件制備：先將水磨細(xì)砂倒入圓柱桶容器中，再依次加入白灰、水泥和水，用Q1U-FF-160型手持?jǐn)嚢铏C(jī)以550 r/min轉(zhuǎn)速攪拌1 min后再加入鋁粉膏，繼續(xù)攪拌1 min后將料漿倒入100 mm×100 mm×100 mm和20 mm×100 mm×100 mm鋼模中，約15 min后料漿發(fā)泡完。

（2）摻入玻纖的蒸壓砂加氣混凝土試件制備：先將水磨細(xì)砂倒入圓柱桶容器中，加入適量玻纖，用Q1U-FF-160型手持?jǐn)嚢铏C(jī)以550 r/min轉(zhuǎn)速攪拌1min后依次加入白灰、水泥和水，再攪拌1 min后加入鋁粉膏，繼續(xù)攪拌1 min后將料漿倒入100 mm×100 mm×100 mm和 320 mm×100 mm×100 mm鋼模中，約15 min后料漿發(fā)泡完成。

（3）所有試件發(fā)泡完成后在室溫條件下靜置2 h，然后放入 180～200℃、1.2～1.3 MPa環(huán)境中蒸壓養(yǎng)護(hù) 12 h，脫模后根據(jù)測試標(biāo)準(zhǔn)要求切割成所需尺寸和數(shù)量。

1.4 試驗方法

按照GB/T 11968—2006《蒸壓加氣混凝土砌塊》測試干密度、抗壓強(qiáng)度、干燥收縮值；按照GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗方法（ISO法）》測試抗折強(qiáng)度；按照GB/T15231—2008《玻璃纖維增強(qiáng)水泥性能試驗方法》測試抗沖擊強(qiáng)度。

2 試驗結(jié)果與分析

2.1 高耐堿玻纖對蒸壓砂加氣混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

高耐堿玻纖摻量為0、0.2%、0.3%、0.6%、0.9%的同密度蒸壓砂加氣混凝土抗壓強(qiáng)度分別為1.391、1.998、2.514、2.258、1.853 MPa。普通耐堿玻纖摻量為0.3%的同密度蒸壓砂加氣混凝土抗壓強(qiáng)度為1.425 MPa，與未摻耐堿玻纖的同密度蒸壓砂加氣混凝土抗壓強(qiáng)度相比無明顯提高。

摻入適量高耐堿玻纖后砂加氣混凝土的抗壓強(qiáng)度有明顯提高，摻量在0.3%以下時抗壓強(qiáng)度隨著其摻量的增加而提高；摻量高于0.3%時則抗壓強(qiáng)度隨著摻量的增加而下降；摻量為0.3%時抗壓強(qiáng)度較未摻耐堿玻纖的提高80.7%。具有高強(qiáng)度和高彈性模量的高耐堿玻纖在砂加氣混凝土體系中均勻無序分布，形成立體網(wǎng)狀支撐結(jié)構(gòu)，且高耐堿玻纖在線性雙方向上均有較高強(qiáng)度，能夠?qū)ι凹託饣炷粱w在各方向上都產(chǎn)生骨架式的力學(xué)增強(qiáng)作用，因此能夠明顯地增強(qiáng)砂加氣混凝土的抗壓強(qiáng)度，這是其它柔性纖維所沒有的特性。當(dāng)摻量超過0.3%時高耐堿玻纖對砂加氣混凝土基體的孔結(jié)構(gòu)和水化反應(yīng)的負(fù)面影響越來越大，不利于強(qiáng)度的提高，因此抗壓強(qiáng)度開始下降。

2.2 高耐堿玻纖對蒸壓砂加氣混凝土抗折強(qiáng)度的影響

高耐堿玻纖摻量為0、0.2%、0.3%、0.6%、0.9%的同密度蒸壓砂加氣混凝土抗折強(qiáng)度分別為 1.029、1.090、1.136、1.064、1.054 MPa。普通耐堿玻纖摻量為0.3%的同密度蒸壓砂加氣混凝土抗折強(qiáng)度為1.036 MPa，與未摻耐堿玻纖的同密度蒸壓砂加氣混凝土抗折強(qiáng)度相比無明顯提高。

摻入適量高耐堿玻纖后砂加氣混凝土的抗折強(qiáng)度有所提高，摻量在0.3%以下時抗折強(qiáng)度隨著摻量的增加而提高；摻量高于0.3%時則抗折強(qiáng)度隨著摻量的增加而下降；摻量在0.3%時抗折強(qiáng)度較未摻耐堿玻纖的提高10.4%。受到彎折作用時，砂加氣混凝土基體受到高耐堿玻纖的約束作用，能延緩、阻止裂縫的擴(kuò)展，且開裂截面的載荷能夠通過高耐堿玻纖傳遞到未開裂的基體上，從而提高抗折強(qiáng)度?？拐蹚?qiáng)度的提升幅度相對抗壓強(qiáng)度較小，這是因為抗折強(qiáng)度的試驗方法是在單一方向上的力學(xué)行為，高耐堿玻纖和其它纖維一樣只是對單一方向上的拉伸彎折起到一定的作用，而且本試驗所用高耐堿玻纖未經(jīng)表面偶聯(lián)處理，與砂加氣混凝土基體水化產(chǎn)物的結(jié)合性能較差，基體彎折時絕大多數(shù)高耐堿玻纖從基體中脫離拔出，未能起到最佳增強(qiáng)作用。

2.3 高耐堿玻纖對蒸壓砂加氣混凝土干燥收縮值的影響

高耐堿玻纖摻量為0、0.2%、0.3%、0.6%、0.9%的同密度蒸壓砂加氣混凝土平均干燥收縮值分別為0.0187%、0.0189%、0.0186%、0.0182%、0.0184%。普通耐堿玻纖摻量為0.3%的同密度蒸壓砂加氣混凝土平均干燥收縮值為0.0186%，與未摻耐堿玻纖的同密度蒸壓砂加氣混凝土平均干燥收縮值相比無明顯降低。

高耐堿玻纖的摻入對蒸壓砂加氣混凝土干燥收縮值影響較小，試驗數(shù)據(jù)的波動在正常變化范圍內(nèi)，可看作無明顯變化。雖然高耐堿玻纖對基體的多向約束能力能提高基體的抗干燥收縮性能，但由于蒸壓砂加氣混凝土經(jīng)過蒸壓養(yǎng)護(hù)后，其抗干燥收縮性能遠(yuǎn)優(yōu)于其他同類多孔材料，干燥收縮值較小，高耐堿玻纖對基體干燥收縮值的改善未能在標(biāo)準(zhǔn)試驗方法所得出的數(shù)據(jù)中明顯體現(xiàn)。

2.4 高耐堿玻纖對蒸壓砂加氣混凝土抗沖擊強(qiáng)度的影響

高耐堿玻纖摻量為0、0.2%、0.3%、0.6%、0.9%的同密度蒸壓砂加氣混凝土抗沖擊強(qiáng)度分別為1.15、1.25、1.33、1.35、1.31 kJ/m2。普通耐堿玻纖摻量為0.3%的同密度蒸壓砂加氣混凝土抗沖擊強(qiáng)度為1.13 kJ/m2，較未摻耐堿玻纖的同密度蒸壓砂加氣混凝土無明顯提高。

高耐堿玻纖的摻入能夠提升蒸壓砂加氣混凝土的抗沖擊強(qiáng)度，摻量在0.6%以下時抗沖擊強(qiáng)度隨著摻量的增加而提高，但摻量在0.3%～0.9%范圍內(nèi)變化不大；摻量在0.6%時抗沖擊強(qiáng)度較未摻耐堿玻纖的提高幅度為17.4%。高耐堿玻纖對蒸壓砂加氣混凝土基體的增強(qiáng)抗裂作用也能體現(xiàn)在抗沖擊性的提高上，而且由于沖擊試驗受力時間短，力量較大，玻纖的拔出脫離較少，斷裂的玻纖有效吸收一定的沖擊力，因此高耐堿玻纖對基體抗沖擊性的增強(qiáng)作用優(yōu)于抗折強(qiáng)度。

2.5 高耐堿玻纖的分散性及對發(fā)泡過程的影響

本試驗過程模擬蒸壓砂加氣混凝土的實際生產(chǎn)過程，由于目前蒸壓砂加氣混凝土在實際生產(chǎn)過程中無法將高耐堿玻纖與干粉料提前干混，因此試驗時將玻纖與濕料漿直接進(jìn)行攪拌混合。在電動攪拌器攪拌3 min的條件下，目測觀察高耐堿玻纖與料漿的混合較均勻，摻量為0.2%、0.3%、0.6%時能夠均勻分散在濕料漿中，當(dāng)增大到0.9%時開始出現(xiàn)纖維團(tuán)聚的現(xiàn)象，再延長攪拌時間也無法改善，因此可認(rèn)為摻量高于0.9%時高耐堿玻纖的分散性變差，無繼續(xù)增大摻量的必要。高耐堿玻纖對濕料漿稠度有影響，摻入0.6%高耐堿玻纖的料漿稠度比未摻高耐堿玻纖的料漿稠度有所提高，摻入0.9%高耐堿玻纖的料漿稠度增大更明顯。

摻入高耐堿玻纖對發(fā)泡速度和高度影響較小，所有試件均能正常發(fā)泡不塌模。

2.6 高耐堿玻纖的耐腐蝕性

圖1為摻高耐堿玻纖蒸壓砂加氣混凝土試件的折斷面。

圖1 摻高耐堿玻纖蒸壓砂加氣混凝土試件折斷面

由圖1可知，突出的高耐堿玻纖在折斷面上大量存在，且均勻分布，可見高耐堿玻纖在蒸壓砂加氣混凝土體系中具有較好的耐腐蝕性和均勻分散性。

圖2為摻普通耐堿玻纖蒸壓砂加氣混凝土試件的折斷面。

由圖2可知，在試件斷面上幾乎無法觀察到突出的纖維存在，且將試件磨碎后也無法找到纖維的存在，可以推斷普通耐堿玻纖在蒸壓砂加氣混凝土的高溫高壓蒸養(yǎng)過程中，被基體的堿性環(huán)境嚴(yán)重腐蝕乃至消失了，因此摻入0.3%普通耐堿玻纖的蒸壓砂加氣混凝土各方面性能無明顯變化。可見普通耐堿玻纖無法適用于蒸壓砂加氣混凝土，而高耐堿玻纖在高溫高壓堿性環(huán)境下具有很好的耐腐蝕性，因此能夠在蒸壓砂加氣混凝土中摻入使用，起到增強(qiáng)作用。

3 結(jié)論

（1）在蒸壓砂加氣混凝土中直接摻入高耐堿玻纖，能顯著提高蒸壓砂加氣混凝土的抗壓強(qiáng)度，有效提高抗沖擊性和抗折強(qiáng)度，對干燥收縮性能的影響不明顯；且摻量為0.3%時具有最好的綜合增強(qiáng)效果。

（2）高耐堿玻纖在高溫高壓堿性環(huán)境下具有良好的耐腐蝕性，且對蒸壓砂加氣混凝土的發(fā)泡成型過程影響較小，分散性良好，適合作為蒸壓砂加氣混凝土的增強(qiáng)材料。

（3）高耐堿玻纖與蒸壓砂加氣混凝土結(jié)合的緊密性有待改善，從而使玻纖增強(qiáng)作用進(jìn)一步提高。

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