短切玻璃纖維耐堿性能評價方法研究

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域得到應用，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、高強、成本低等應用優勢。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。而在實際工業生產時，符合歐標試驗樣品要求的長玻璃纖維只是個過程產品，在實際混凝土工程中使用的玻璃纖維產品為短切纖維。因此，如果需要檢測玻璃纖維的耐堿性能，則必須到企業生產線上取樣，而不能在工程使用的產品中取樣，這給樣品的代表性帶來了問題。

1 原材料與試驗方案

1.1 原材料

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。化學溶劑和溶質：溶劑為上海某公司產純度96%的NaOH；溶質采用蒸餾水。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型環氧樹脂；牛皮紙；耐高溫黃油。

1.2 試驗儀器

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型場發射掃描電子顯微鏡。

1.3 試驗方案

（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）根據按歐標所測得的試驗結果，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 試驗內容及結果

2.1 歐標法測試評價

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

分析歐標試驗結果可知，玻璃纖維堿加速侵蝕的關鍵是水泥砂漿試件的制作[1]。因此，根據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．在根據歐標做玻璃纖維耐堿性能評價的過程中發現，玻璃纖維被處理的部分容易與水泥砂漿試塊膠結在一起，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]。考慮到水泥水化作用，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。通過檢測發現，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不產生明顯波動。經檢測，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，實現單獨測試玻璃纖維的目的。同時，也免去了涂環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。

2.3 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境下進行堿加速侵蝕的，該環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。

3 結語

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、試驗結果重復性更高。