短切玻璃纖維耐堿性能評(píng)價(jià)方法研究

陳雪影 李德志

山東玻纖集團(tuán)股份有限公司 山東臨沂 276400

混凝土已在越來越多的領(lǐng)域得到應(yīng)用，但高脆性是其根本性缺陷。為了解決脆性問題，人們?cè)诨炷林袚饺氩煌亩糖欣w維，如鋼纖維、聚丙烯纖維、玻璃纖維等。短切纖維在混凝土中是隨機(jī)分布的，主要作用是在開裂后提高混凝土的韌性。與其他纖維相比較，玻璃纖維與水泥基材料均屬無機(jī)非金屬材料，性能比較接近，易于混合均勻，玻璃纖維混凝土具有輕質(zhì)、高強(qiáng)、成本低等應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。但普通的玻璃纖維作為增強(qiáng)材料，在受到混凝土中堿侵蝕作用后強(qiáng)度會(huì)大大降低，檢驗(yàn)其耐堿性能的方法，國外比較有代表性的標(biāo)準(zhǔn)是：EN14649：2005（E）《預(yù)制混凝土制品-水泥和混凝土中玻璃纖維殘留強(qiáng)力的測試方法（SICTEST）》（以下簡稱：歐標(biāo)），該標(biāo)準(zhǔn)適用于長纖維的檢測。而在實(shí)際工業(yè)生產(chǎn)時(shí)，符合歐標(biāo)試驗(yàn)樣品要求的長玻璃纖維只是個(gè)過程產(chǎn)品，在實(shí)際混凝土工程中使用的玻璃纖維產(chǎn)品為短切纖維。因此，如果需要檢測玻璃纖維的耐堿性能，則必須到企業(yè)生產(chǎn)線上取樣，而不能在工程使用的產(chǎn)品中取樣，這給樣品的代表性帶來了問題。

1 原材料與試驗(yàn)方案

1.1 原材料

玻璃纖維：型號(hào)為Anti-CrakHP，其彈性模量為72GPa，密度為2．68g/cm3，長纖維長度120mm，短纖維長度50mm?；瘜W(xué)溶劑和溶質(zhì)：溶劑為上海某公司產(chǎn)純度96%的NaOH；溶質(zhì)采用蒸餾水。水泥：P·Ⅰ42．5級(jí)水泥砂：ISO標(biāo)準(zhǔn)砂。膠水：3M171InstantAdhesive。其他材料：靜電植砂氧化鋁耐水砂紙；AralditeEpoxyAW106CI型環(huán)氧樹脂；牛皮紙；耐高溫黃油。

1.2 試驗(yàn)儀器

主要試驗(yàn)儀器有：WDW-20型萬能試驗(yàn)機(jī)；HDSY-Ⅱ型標(biāo)準(zhǔn)恒溫水浴箱；GZX-GF101-3BS型電熱恒溫鼓風(fēng)干燥箱；NJ-160A型水泥凈漿攪拌機(jī)；S-4800ⅡFESEM型場發(fā)射掃描電子顯微鏡。

1.3 試驗(yàn)方案

（1）按照歐標(biāo)對(duì)長纖維進(jìn)行試驗(yàn)，測試其斷裂強(qiáng)力并評(píng)價(jià)耐堿性能。（2）根據(jù)按歐標(biāo)所測得的試驗(yàn)結(jié)果，對(duì)歐標(biāo)中所述的方法進(jìn)行改進(jìn)，探討適合短纖維耐堿性能的測試方法，提出改進(jìn)方法。（3）用改進(jìn)法進(jìn)行短切玻璃纖維的測試試驗(yàn)，并進(jìn)行耐堿性能評(píng)價(jià)。

2 試驗(yàn)內(nèi)容及結(jié)果

2.1 歐標(biāo)法測試評(píng)價(jià)

2.1.1 試樣制作

（1）取75g水泥、25g標(biāo)準(zhǔn)砂、32g蒸餾水。（2）將耐堿長玻璃纖維固定在模具上。（3）用水泥凈漿攪拌機(jī)將水泥、砂和水混合攪拌均勻，倒入模具的對(duì)應(yīng)位置，用橡皮錘多次敲打模具底座的四周，然后抹平再套上保鮮膜。（4）在溫度為20-25℃，相對(duì)濕度為90%-100%的條件下養(yǎng)護(hù)24h后脫模。

2.1.2 堿加速侵蝕處理

（1）將制作好的試樣浸泡在80℃的恒溫水浴箱中96h。（2）將處理好的試件放置在（20±2）℃的水中15min后取出，放入內(nèi)襯紙的托盤中，吸干多余的水分，然后蓋上濕布直到開始力學(xué)性能測試。

2.2 短切玻璃纖維耐堿性能測試方法探究

分析歐標(biāo)試驗(yàn)結(jié)果可知，玻璃纖維堿加速侵蝕的關(guān)鍵是水泥砂漿試件的制作[1]。因此，根據(jù)短切玻璃纖維的特征，本文進(jìn)行了試驗(yàn)方法改進(jìn)。首先對(duì)模具進(jìn)行改造，主要是改進(jìn)模具的砂漿澆筑倉尺寸，為了滿足短切玻璃纖維的尺寸要求，將澆筑倉尺寸改為10mm×10mm×10mm．在根據(jù)歐標(biāo)做玻璃纖維耐堿性能評(píng)價(jià)的過程中發(fā)現(xiàn)，玻璃纖維被處理的部分容易與水泥砂漿試塊膠結(jié)在一起，在后期測試過程中該缺陷會(huì)影響堿加速侵蝕后的測試力值，因此，我們引進(jìn)了透水膜[2]?？紤]到水泥水化作用，組成透水膜的材料不能阻止溶液中的離子交換，特別是不能引起溶液pH值的明顯波動(dòng)，另外要能夠使玻璃纖維與水泥砂漿不粘連。通過檢測發(fā)現(xiàn)，取日常所用紙巾最薄一層即可做到原溶液與滲透后溶液的pH不產(chǎn)生明顯波動(dòng)。經(jīng)檢測，本試驗(yàn)用原溶液的pH值為13．75，滲透后溶液的pH值為13．74。透水膜的引進(jìn)可使纖維在測試過程中將砂漿試塊剝離，實(shí)現(xiàn)單獨(dú)測試玻璃纖維的目的。同時(shí)，也免去了涂環(huán)氧樹脂加固這一過程，讓試驗(yàn)更加簡單易行。另外，為防止堿加速侵蝕處理部分的離子外漏，用高溫黃油對(duì)堿加速侵蝕部分的兩端進(jìn)行封堵。

2.3 微觀試驗(yàn)研究

為了觀察歐標(biāo)法與改進(jìn)法對(duì)玻璃纖維的腐蝕程度，通過XL30-ESEM環(huán)境掃描電子顯微鏡對(duì)兩種方法所腐蝕的玻璃纖維進(jìn)行了取樣觀察。歐標(biāo)法腐蝕后的玻璃纖維表面依然夾雜一部分水泥，并且由于纖維直徑較小，水泥砂漿并不能完全包裹住纖維表面，從而造成一部分腐蝕一部分則未被腐蝕的情況。改進(jìn)法則解決了這一問題，由于玻璃纖維是在由透水膜包裹住的堿性環(huán)境下進(jìn)行堿加速侵蝕的，該環(huán)境下的堿溶液相對(duì)均勻，因此，纖維腐蝕得比較均勻[3]。由上述試驗(yàn)結(jié)果可以看出，改進(jìn)法由于使用了透水膜，玻璃纖維與水泥砂漿接觸部分不會(huì)粘結(jié)在一起，因此，在拉伸時(shí)水泥對(duì)纖維的影響可忽略，這微觀試驗(yàn)研究為了觀察歐標(biāo)法與改進(jìn)法對(duì)玻璃纖維的腐蝕程度，通過XL30-ESEM環(huán)境掃描電子顯微鏡對(duì)兩種方法所腐蝕的玻璃纖維進(jìn)行了取樣觀察。歐標(biāo)法腐蝕后的玻璃纖維表面依然夾雜一部分水泥，并且由于纖維直徑較小，水泥砂漿并不能完全包裹住纖維表面，從而造成一部分腐蝕一部分則未被腐蝕的情況。

3 結(jié)語

針對(duì)玻璃纖維的耐堿性能，通過對(duì)歐標(biāo)測試方法的改進(jìn)，得到了對(duì)短切玻璃纖維具有更好適用性的改進(jìn)歐標(biāo)測試方法。改進(jìn)法與歐標(biāo)法相比，取樣更方便、操作更簡單、試驗(yàn)結(jié)果重復(fù)性更高。