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影响山东GRC构件耐久性之原材料分析

文章来源:楷东装饰   作者:GRC构件    发布时间:2018-10-23 19:46   浏览次数:

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  山东GRC构件由于众多优点被广泛运用到各个领域,但是其长期性能尤其是在潮湿环境下韧性降低的问题使其应用范围受到很大限制。为了提高GRC构件的耐久性,本文对玻璃纤维、低碱度水泥、改性硅酸盐水泥、砂、减水剂等原材料等方面进行了分析,提出了相关的建议,对提高GRC构件的耐久性具有一定指导意义。

  随着建材技术水平的发展,20世纪70年代玻璃纤维增强水泥(Glass fiber reinforced cement)新型复合材料开始出现。作为一种新型的复合材料,它以轻质、高强、高韧性、耐水、环保、隔音隔热、易于加工成型等优势,广泛应用于各个领域,被公认为当今世界最富有革新性的料之一。

  尽管GRC有着上述诸多的优点及应用,但是由于GRC的长期性能特别是在潮湿环境下韧性降低的问题还没有得到根本的解决,目前GRC的应用还局限在非承重及半承重结构中。

  虽然国内外学者对GRC长期性能下降的机理及耐久性改善措施进行了长期的研究,也找出了很多解决的方案,但仍不够系统、 深入。由于GRC产品的耐久性直接影响到建筑物的生命周期和人民生命财产的安全,我们必须加大研究力度。本文从原材料方面对GRC耐久性的影响进行了分析。

山东GRC构件

  1 影响因素

  1.1 玻璃纤维

  1.1.1 玻璃纤维束的形态

  玻璃纤维一般是由许多玻璃纤维单丝通过胶粘剂胶结在一起形成的玻璃纤维束,玻璃纤维束在搅拌及水泥水化过程中会分成一根根玻璃纤维单丝,而水泥水化产物在单丝之间的沉积及生长会使玻璃纤维变脆,进而导致GRC强度下降。

  GRC配料时,通常把一束玻璃纤维加入到GRC初始搅拌体系中,如果经过搅拌玻璃纤维束会直接分散成单根纤维,这样用很少的纤维就可达到增强的效果,在老化前构件的强度较高,但是老化后,分散开的纤维更容易被腐蚀,最终造成构件强度降低;如果玻璃纤维经搅拌后仍能保持良好的集束状态,不分散成单丝,两端呈 “Y”型,则能大大增强与水泥的握裹力,虽然老化前的强度比分散性纤维的强度低,但是老化后的强度较高,其原因是腐蚀性物质难以进入玻璃纤维束内部,既减少了水泥水化结晶物的物理应力侵蚀,又防止了浆体溶液对单根纤维的化学侵蚀,显示出了良好的耐腐蚀性能。

  1.1.2 玻璃纤维成分中ZrO2质量分数

  玻璃纤维成分中ZrO2质量分数玻璃纤维与硅酸盐水泥在水化过程中析出大量Ca(OH)2发生不可逆化学反应,生成了水化硅酸钙,即破坏了玻璃结构,又使纤维变脆直至丧失强度。为了解决这个难题,必须在玻璃纤维中加入抗碱成分,以减少腐蚀。我国的抗碱纤维除了引入ZrO2外还引入了TiO2,这些耐碱性强的有效成份,使在碱液作用下纤维表面自动形成保护膜层,产生富锆、富锑现象,减缓侵蚀速率,提高耐碱性能。试验证明ZrO2含量越高,纤维的抗碱性越好。JC/T 572-2002规定L类玻璃纤维 ZrO2≥14.5%,H类玻璃纤维ZrO2≥16.0%。

  1.1.3 玻璃纤维长度

  对于纤维增强水泥基复合材料,纤维过短,拉力很大时很容易从基体拔出而不能发挥作用;纤维过长则在搅拌中容易结成团,影响混凝土的密实性和纤维的均匀性,此外,玻璃纤维长度的增加,增大了玻璃纤维单丝与水泥水化产物胶结处形成的应力集中及侵蚀的几何尺度,当玻璃纤维后期受到一定侵蚀时,几何尺度较长的玻璃纤维会引起更严重的基体缺陷[2]。所以我们应选用较小长径比的玻璃纤维,既能充分的发挥纤维的抗拉应力,又能避免过多的腐蚀。

  1.1.4 玻璃纤维掺量

  在构件中添加玻璃纤维后,抗拉强度和抗压强度得到了明显的提高。试验证明,在一定的范围内随着纤维含量的增加,构件的强度也会有明显的提高,但是再增加含量,构件的强度不升反降,这主要是过多的纤维会导致玻璃纤维分散不均匀,同时会使混凝土中孔隙率增大,导致构件密实度的降低以及纤维与基体界面粘接性能不好。

山东GRC构件

  1.2 水泥

  1.2.1低碱度水泥

  由于普通硅酸盐水泥水化过程中析出大量Ca(OH)2,对玻璃纤维有严重的腐蚀作用,为了降低碱性环境,我国在GRC的研制和开发中,多采用“双保险”的技术途径,也就是既使用抗碱玻璃纤维,以提高其在水化硬化的高碱性环境中的耐蚀性,又采用PH值不大于10.5的低碱度水泥,以减少水泥水化时氢氧化钙Ca(OH)2的生成量,降低了抗碱玻纤使用环境的碱度,减少了对抗碱玻纤的侵蚀性。我国通常使用的低碱度水泥有低碱度硫铝酸盐水泥、快硬硫铝酸盐水泥。

  1.2.2 改性硅酸盐水泥

  为了降低山东GRC构件生产成本,通过添加粉煤灰、硅灰、偏高岭土等活性掺合料来改变普通硅酸盐水泥特性,该技术具有材料来源广、成本低、高耐久与环保节能的优点,这也将是我国GRC重点发展的方向。有资料证明用粉煤灰替代60%波兰特水泥,采用抗碱玻纤制成GRC,以及用粒化高炉矿渣代替70%的波特兰水泥和Cem-Fil2复合制成的GRC,其抗弯强度、抗拉强度与抗冲击强度都有明显改善;33%的偏高岭土和67%的OPC复合Cem-Fil2制作的GRC具有很好的耐久性和延性;用硅灰替代40%波特兰水泥并用Cem-Fil2做增强材制作GRC试件,在湿热环境中的耐久性有了显著的提高[3]。

  1.3 砂

  在用砂量相同的情况下,若砂子过粗,则拌制的砂浆粘聚性较差,容易产生离析、泌水现象,对于用于喷射法制作GRC时,更容易堵塞喷嘴;若砂子过细,砂子的总表面积增大,虽然拌制的混凝土粘聚性较好,不易产生离析、泌水现象,但是水泥用量增大,增加成本,同时,水泥硬化收缩率也会增加,容易在构件表面形成干缩裂缝,大大影响耐久性。

  另外GRC材料为了获得更好的美学性能,砂子要经过清洗和晾干,避免使用片状和细长状的砂子做集料。

  为了保证构件的强度和耐久性,必须使用级配良好的砂子,要求最大颗粒直径不大于2mm,且不能单独使用1种粒径,在此范围内采用3~4个规格砂子即可。

  1.4 减水剂

  在GRC的制作过程中,为了改善内聚性、减少泌水,提高强度、减少表面干缩,通常要添加减水剂。在保持用水量不变的情况下,添加减水剂,不仅会提高构件强度,同时可以大幅度提高可塑性,提高构件生产效率和耐久性;在不改变各种原材料配比(除水泥及混凝土强度)的情况下,可以减少水泥的用量,提高构件的早期强度,同时改善密实度,提高耐久性。

山东GRC构件

  2 结语

  (1)为了使玻璃纤维和混凝土之间有良好的结合力,充分地发挥玻璃纤维的抗拉力,在生产过程中,我们要采用合理的工艺,尽量不要使玻璃纤维分散成单丝状态,提高耐腐蚀能力。

  (2)玻璃纤维中ZrO2含量越高,纤维的抗碱性越好。但是随着ZrO2含量的增加,山东GRC构件成本也会明显地增加,所以在保证质量的前提下要尽量避免ZrO2含量过高。

  (3)纤维过短,受力时很容易从基体拔出而不能发挥作用;纤维过长则在搅拌中容易结成团,影响混凝土的密实性和纤维的均匀性和抗腐蚀性。另外,在一定的范围内随着纤维含量的增加,构件的强度也会有明显的提高,但是再增加含量,构件的强度不升反降。所以在大规模生产前要进行适配,取得最佳长度和含量。

  (4)对于低碱度水泥,我们必须严格控制PH值小于10.5,保证低碱度。

  (5)改性硅酸盐水泥,要严格控制粉煤灰、硅灰、偏高岭土等活性掺合料的含量。

  (6)严格控制砂的级配,避免使用单一粒径的配比,最大粒径控制在2mm之内。

  (7)合理减水剂的使用会大大改善砂浆的性能、提高构件强度和密实度。

  (8)为了更好地推广GRC材料,我们必须从原材料上加大研究力度,降低低碱度水泥和抗碱度纤维价格,加大活性掺合料配比的研究,尽量推广改性水泥的发展,只有降低生产成本,GRC才能焕发更大的生机。

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