陳雪影 李德志
山東玻纖集團股份有限公司 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,人們在混凝土中摻入不同的短切纖維,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、成本低等應(yīng)用優(yōu)勢。但普通的玻璃纖維作為增強材料,在受到混凝土中堿侵蝕作用后強度會大大降低,檢驗其耐堿性能的方法,國外比較有代表性的標準是: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力的測試方法(SICTEST)》(以下簡稱:歐標),該標準適用于長纖維的檢測。而在實際工業(yè)生產(chǎn)時,符合歐標試驗樣品要求的長玻璃纖維只是個過程產(chǎn)品,在實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。
玻璃纖維:型號為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級水泥砂:ISO標準砂。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。
主要試驗儀器有:WDW-20型萬能試驗機;HDSY-Ⅱ型標準恒溫水浴箱;GZX-GF101-3BS型電熱恒溫鼓風干燥箱;NJ-160A型水泥凈漿攪拌機;S-4800ⅡFESEM型場發(fā)射掃描電子顯微鏡。
(1)按照歐標對長纖維進行試驗,測試其斷裂強力并評價耐堿性能。(2)根據(jù)按歐標所測得的試驗結(jié)果,對歐標中所述的方法進行改進,探討適合短纖維耐堿性能的測試方法,提出改進方法。(3)用改進法進行短切玻璃纖維的測試試驗,并進行耐堿性能評價。
2.1.1 試樣制作
(1)取75g水泥、25g標準砂、32g蒸餾水。(2)將耐堿長玻璃纖維固定在模具上。(3)用水泥凈漿攪拌機將水泥、砂和水混合攪拌均勻,倒入模具的對應(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℃,相對濕度為90%-100%的條件下養(yǎng)護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。
分析歐標試驗結(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,本文進行了試驗方法改進。首先對模具進行改造,主要是改進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)歐標做玻璃纖維耐堿性能評價的過程中發(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影響堿加速侵蝕后的測試力值,因此,我們引進了透水膜[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,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。經(jīng)檢測,本試驗用原溶液的pH值為13.75,滲透后溶液的pH值為13.74。透水膜的引進可使纖維在測試過程中將砂漿試塊剝離,實現(xiàn)單獨測試玻璃纖維的目的。同時,也免去了涂環(huán)氧樹脂加固這一過程,讓試驗更加簡單易行。另外,為防止堿加速侵蝕處理部分的離子外漏,用高溫黃油對堿加速侵蝕部分的兩端進行封堵。
為了觀察歐標法與改進法對玻璃纖維的腐蝕程度,通過XL30-ESEM環(huán)境掃描電子顯微鏡對兩種方法所腐蝕的玻璃纖維進行了取樣觀察。歐標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)境下進行堿加速侵蝕的,該環(huán)境下的堿溶液相對均勻,因此,纖維腐蝕得比較均勻[3]。由上述試驗結(jié)果可以看出,改進法由于使用了透水膜,玻璃纖維與水泥砂漿接觸部分不會粘結(jié)在一起,因此,在拉伸時水泥對纖維的影響可忽略,這微觀試驗研究為了觀察歐標法與改進法對玻璃纖維的腐蝕程度,通過XL30-ESEM環(huán)境掃描電子顯微鏡對兩種方法所腐蝕的玻璃纖維進行了取樣觀察。歐標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。
針對玻璃纖維的耐堿性能,通過對歐標測試方法的改進,得到了對短切玻璃纖維具有更好適用性的改進歐標測試方法。改進法與歐標法相比,取樣更方便、操作更簡單、試驗結(jié)果重復(fù)性更高。