短切玻璃纤维耐碱性能评价方法研究

陈雪影 李德志

山东玻纤集团股份有限公司 山东临沂 276400

混凝土已在越来越多的领域得到应用，但高脆性是其根本性缺陷。为了解决脆性问题，人们在混凝土中掺入不同的短切纤维，如钢纤维、聚丙烯纤维、玻璃纤维等。短切纤维在混凝土中是随机分布的，主要作用是在开裂后提高混凝土的韧性。与其他纤维相比较，玻璃纤维与水泥基材料均属无机非金属材料，性能比较接近，易于混合均匀，玻璃纤维混凝土具有轻质、高强、成本低等应用优势。但普通的玻璃纤维作为增强材料，在受到混凝土中碱侵蚀作用后强度会大大降低，检验其耐碱性能的方法，国外比较有代表性的标准是：EN14649：2005（E）《预制混凝土制品-水泥和混凝土中玻璃纤维残留强力的测试方法（SICTEST）》（以下简称：欧标），该标准适用于长纤维的检测。而在实际工业生产时，符合欧标试验样品要求的长玻璃纤维只是个过程产品，在实际混凝土工程中使用的玻璃纤维产品为短切纤维。因此，如果需要检测玻璃纤维的耐碱性能，则必须到企业生产线上取样，而不能在工程使用的产品中取样，这给样品的代表性带来了问题。

1 原材料与试验方案

1.1 原材料

玻璃纤维：型号为Anti-CrakHP，其弹性模量为72GPa，密度为2．68g/cm3，长纤维长度120mm，短纤维长度50mm。化学溶剂和溶质：溶剂为上海某公司产纯度96%的NaOH；溶质采用蒸馏水。水泥：P·Ⅰ42．5级水泥砂：ISO标准砂。胶水：3M171InstantAdhesive。其他材料：静电植砂氧化铝耐水砂纸；AralditeEpoxyAW106CI型环氧树脂；牛皮纸；耐高温黄油。

1.2 试验仪器

主要试验仪器有：WDW-20型万能试验机；HDSY-Ⅱ型标准恒温水浴箱；GZX-GF101-3BS型电热恒温鼓风干燥箱；NJ-160A型水泥净浆搅拌机；S-4800ⅡFESEM型场发射扫描电子显微镜。

1.3 试验方案

（1）按照欧标对长纤维进行试验，测试其断裂强力并评价耐碱性能。（2）根据按欧标所测得的试验结果，对欧标中所述的方法进行改进，探讨适合短纤维耐碱性能的测试方法，提出改进方法。（3）用改进法进行短切玻璃纤维的测试试验，并进行耐碱性能评价。

2 试验内容及结果

2.1 欧标法测试评价

2.1.1 试样制作

（1）取75g水泥、25g标准砂、32g蒸馏水。（2）将耐碱长玻璃纤维固定在模具上。（3）用水泥净浆搅拌机将水泥、砂和水混合搅拌均匀，倒入模具的对应位置，用橡皮锤多次敲打模具底座的四周，然后抹平再套上保鲜膜。（4）在温度为20-25℃，相对湿度为90%-100%的条件下养护24h后脱模。

2.1.2 碱加速侵蚀处理

（1）将制作好的试样浸泡在80℃的恒温水浴箱中96h。（2）将处理好的试件放置在（20±2）℃的水中15min后取出，放入内衬纸的托盘中，吸干多余的水分，然后盖上湿布直到开始力学性能测试。

2.2 短切玻璃纤维耐碱性能测试方法探究

分析欧标试验结果可知，玻璃纤维碱加速侵蚀的关键是水泥砂浆试件的制作[1]。因此，根据短切玻璃纤维的特征，本文进行了试验方法改进。首先对模具进行改造，主要是改进模具的砂浆浇筑仓尺寸，为了满足短切玻璃纤维的尺寸要求，将浇筑仓尺寸改为10mm×10mm×10mm．在根据欧标做玻璃纤维耐碱性能评价的过程中发现，玻璃纤维被处理的部分容易与水泥砂浆试块胶结在一起，在后期测试过程中该缺陷会影响碱加速侵蚀后的测试力值，因此，我们引进了透水膜[2]。考虑到水泥水化作用，组成透水膜的材料不能阻止溶液中的离子交换，特别是不能引起溶液pH值的明显波动，另外要能够使玻璃纤维与水泥砂浆不粘连。通过检测发现，取日常所用纸巾最薄一层即可做到原溶液与渗透后溶液的pH不产生明显波动。经检测，本试验用原溶液的pH值为13．75，渗透后溶液的pH值为13．74。透水膜的引进可使纤维在测试过程中将砂浆试块剥离，实现单独测试玻璃纤维的目的。同时，也免去了涂环氧树脂加固这一过程，让试验更加简单易行。另外，为防止碱加速侵蚀处理部分的离子外漏，用高温黄油对碱加速侵蚀部分的两端进行封堵。

2.3 微观试验研究

为了观察欧标法与改进法对玻璃纤维的腐蚀程度，通过XL30-ESEM环境扫描电子显微镜对两种方法所腐蚀的玻璃纤维进行了取样观察。欧标法腐蚀后的玻璃纤维表面依然夹杂一部分水泥，并且由于纤维直径较小，水泥砂浆并不能完全包裹住纤维表面，从而造成一部分腐蚀一部分则未被腐蚀的情况。改进法则解决了这一问题，由于玻璃纤维是在由透水膜包裹住的碱性环境下进行碱加速侵蚀的，该环境下的碱溶液相对均匀，因此，纤维腐蚀得比较均匀[3]。由上述试验结果可以看出，改进法由于使用了透水膜，玻璃纤维与水泥砂浆接触部分不会粘结在一起，因此，在拉伸时水泥对纤维的影响可忽略，这微观试验研究为了观察欧标法与改进法对玻璃纤维的腐蚀程度，通过XL30-ESEM环境扫描电子显微镜对两种方法所腐蚀的玻璃纤维进行了取样观察。欧标法腐蚀后的玻璃纤维表面依然夹杂一部分水泥，并且由于纤维直径较小，水泥砂浆并不能完全包裹住纤维表面，从而造成一部分腐蚀一部分则未被腐蚀的情况。

3 结语

针对玻璃纤维的耐碱性能，通过对欧标测试方法的改进，得到了对短切玻璃纤维具有更好适用性的改进欧标测试方法。改进法与欧标法相比，取样更方便、操作更简单、试验结果重复性更高。