水鎂石纖維對(duì)模型石膏性能影響的研究

張 翼，朱瀛波

(1.武漢工程大學(xué)，湖北 武漢 430030；2.武漢理工大學(xué)，湖北 武漢 430070)

水鎂石纖維對(duì)模型石膏性能影響的研究

張 翼1，朱瀛波2

(1.武漢工程大學(xué)，湖北 武漢 430030；2.武漢理工大學(xué)，湖北 武漢 430070)

本文針對(duì)湖北荊門(mén)某石膏礦生產(chǎn)的半水石膏進(jìn)行了水鎂石纖維的添加試驗(yàn)研究，分別研究了水鎂石纖維的添加對(duì)模型石膏的水膏比、初終凝時(shí)間以及抗折強(qiáng)度和吸水率的影響，找出添加含量對(duì)石膏制品強(qiáng)度等相關(guān)性能影響的規(guī)律，并確定使模型石膏強(qiáng)度等相關(guān)性能最好的纖維添加量。

水鎂石纖維；β-半水石膏；水膏比；抗折強(qiáng)度；凝結(jié)時(shí)間

1 前言

水鎂石纖維是一種獨(dú)特的工業(yè)礦物，是目前可取代石棉的最理想、最廉價(jià)的天然纖維。目前國(guó)內(nèi)外對(duì)水鎂石的增強(qiáng)領(lǐng)域主要用在混凝土等建筑行業(yè)，將水鎂石纖維作為一種增強(qiáng)材料加入到混凝土中，能代替?zhèn)鹘y(tǒng)的混凝土增強(qiáng)材料，如鋼纖維、碳纖維、石棉等，起到增加基材強(qiáng)度和韌性的作用。

已經(jīng)證明，加入水鎂石纖維的混凝土的抗壓、抗折強(qiáng)度有明顯提高。但目前用天然的水鎂石礦物纖維增強(qiáng)石膏制品的研究比較少，因此，本文著重研究水鎂石纖維對(duì)模型石膏水膏比、抗折強(qiáng)度以及吸水率的影響，并找出適合工業(yè)生產(chǎn)的最佳的水鎂石纖維的添加量。

本試驗(yàn)所用的石膏為荊門(mén)某石膏礦提供的β-半水石膏，其性能為：水膏比0.64、初凝時(shí)間12min、終凝時(shí)間15min、濕態(tài)抗折強(qiáng)度1.92MPa、干態(tài)抗折強(qiáng)度4.22MPa、吸水率26.45%。

試驗(yàn)所用水鎂石纖維添加質(zhì)量百分含量分別為0.5%、1%、1.5%、2%、2.5%，所用水鎂石為陜南水鎂石纖維。

2 試驗(yàn)

2.1 水鎂石纖維對(duì)初終凝時(shí)間的影響

水鎂石纖維對(duì)初終凝時(shí)間的影響如圖1所示。

圖1顯示，隨著水鎂石纖維含量的增加，模型石膏的初終凝時(shí)間都在逐漸降低。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，在水膏比為0.64的條件下，水鎂石纖維會(huì)降低模型石膏的初終凝時(shí)間，在此水膏比條件下，水鎂石纖維的加入量不能過(guò)大，否則將會(huì)降低模型石膏的澆注性能。

2.2 水鎂石纖維含量對(duì)濕態(tài)抗折強(qiáng)度的影響

水鎂石纖維含量對(duì)濕態(tài)抗折強(qiáng)度的影響如圖2所示。

圖2顯示，隨著水鎂石纖維含量的增加，標(biāo)準(zhǔn)石膏模型的濕態(tài)抗折強(qiáng)度的變化趨勢(shì)是先增加然后緩慢的降低，最后趨于穩(wěn)定，纖維含量為1%時(shí)的濕態(tài)抗折強(qiáng)度最大，此時(shí)標(biāo)準(zhǔn)石膏模型的濕態(tài)抗折強(qiáng)度達(dá)到最大值3.3MPa，比未添加水鎂石纖維時(shí)的強(qiáng)度增加71.88%。

根據(jù)試驗(yàn)結(jié)果，在水膏比為0.64、凝結(jié)時(shí)間為2h的條件下，1.0%是模型石膏中纖維添加的最佳含量。

2.3 水鎂石纖維含量對(duì)干態(tài)抗折強(qiáng)度的影響

水鎂石纖維含量對(duì)干態(tài)抗折強(qiáng)度的影響如圖3所示。

圖3顯示，隨著水鎂石纖維含量的增加，標(biāo)準(zhǔn)石膏模型的干態(tài)抗折強(qiáng)度的變化趨勢(shì)是先增加，在纖維含量為1%時(shí)達(dá)到最大值然后再減小，最后趨于平緩，變化趨勢(shì)與濕態(tài)抗折強(qiáng)度一致。

纖維含量為1%時(shí)，標(biāo)準(zhǔn)石膏模型的干態(tài)抗折強(qiáng)度達(dá)到最大值6.43MPa，比未添加水鎂石纖維時(shí)的強(qiáng)度增加52.37%，增強(qiáng)效果非常明顯。

綜合上述兩種狀態(tài)下標(biāo)準(zhǔn)石膏模型抗折強(qiáng)度的變化可以得出，在水膏比為0.64的條件下，1.0%是水鎂石纖維的最佳添加含量，此時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)石膏模型的干態(tài)和濕態(tài)的抗折強(qiáng)度均為最大。

2.4 水鎂石纖維含量對(duì)模型石膏吸水率的影響

水鎂石纖維含量對(duì)模型石膏吸水率的影響如圖4所示。

圖4顯示，隨著水鎂石纖維含量的增加，標(biāo)準(zhǔn)石膏模型的吸水率減小，當(dāng)水鎂石纖維含量超過(guò)2%后，標(biāo)準(zhǔn)石膏模型的吸水率有所增加。

在水鎂石含量不超過(guò)2%時(shí)，由于水鎂石纖維在標(biāo)準(zhǔn)石膏模型內(nèi)部起到填充的作用降低其孔隙率，因此導(dǎo)致吸水率下降，而當(dāng)其含量超過(guò)2%后，由于石膏漿的流動(dòng)性降低，在澆注過(guò)程中產(chǎn)生一些孔徑較大的氣孔而導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)石膏模型的吸水率有所上升。

3 模型石膏斷面晶體形態(tài)掃描電鏡分析

本文掃描電鏡分析針對(duì)原礦和水膏比0.64、水鎂石含量1%這兩種模型石膏斷面進(jìn)行掃描電鏡分析，電鏡照片如圖5、圖6所示。

圖中纖維狀物為水鎂石纖維，柱狀物為石膏晶體。從圖5、圖6所示的SEM照片比較可以看出，石膏晶體與水鎂石纖維交叉生長(zhǎng)，水鎂石纖維將各個(gè)晶體捆綁在一起，在受外力作用時(shí)可以有效的傳遞應(yīng)力，因此極大的增加了模型石膏的干濕態(tài)抗折強(qiáng)度。

4 結(jié)論

綜合以上試驗(yàn)研究分析，可以得出以下結(jié)論：

(1) 水鎂石纖維會(huì)降低模型石膏的初終凝時(shí)間，在水膏比為0.64條件下，水鎂石纖維的加入量不能過(guò)大，否則將會(huì)降低模型石膏的澆注性能。

(2) 在水膏比為0.64的條件下，1.0%是水鎂石纖維的最佳添加含量，此時(shí)的標(biāo)準(zhǔn)石膏模型的干態(tài)和濕態(tài)的抗折強(qiáng)度均為最大。

(3) 隨著水鎂石纖維含量的增加，模型石膏的吸水率減小，當(dāng)水鎂石纖維含量超過(guò)2%后，標(biāo)準(zhǔn)石膏模型的吸水率有所增加，但總體而言變化不大。

[1]嚴(yán)麗君.水鎂石纖維增強(qiáng)混凝土界面行為研究[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué)碩士論文,2005.

[2]趙崇陽(yáng).水鎂石纖維增強(qiáng)混凝土應(yīng)用研究[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué)碩士論文,2005.

[3]揚(yáng)學(xué)貴.水鎂石纖維混凝土的疲勞性能實(shí)驗(yàn)研究[D].西安:長(zhǎng)安大學(xué)碩士論文,2005.

[4]劉開(kāi)平,周敬恩.水鎂石纖維/水泥基復(fù)合材料的試驗(yàn)研究[J].混凝土與水泥制品,2003(3):41-43.

[5]李秋義.SFRC兼有阻裂作用的復(fù)合理論[J].哈爾濱建筑大學(xué)學(xué)報(bào),2005(4):81-83.

[6]王渲.鋼釬混凝土在房屋建筑工程中的應(yīng)用[J].山東農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)報(bào),2006(2):255-258.

Study on Performance of Gypsum Influenced by Brucite Fiber

ZHANG Yi1, ZHU Ying-bo2
(1. Wuhan Institute of Technology, Wuhan 430030, China; 2. Wuhan University of Technology, Wuhan 430070, China)

The paper have study on semi-hydrated gypsum add mica powder which is producted by a factory in Jingmen of Hubei province, include water cement ratio and time of coagulation and rupture strength and water absorption of gypsum which is effected by brucite fiber, finally found the disciplinarian between brucite fiber content and performance of gypsum products and confirmed the best content for optimum performance of the products.

brucite fiber; β- semi-hydrated gypsum; water cement ratio; time of coagulation; rupture strength

TD985;P578.495

A

1007-9386(2012)05-0041-02

2012-05-02