高锆耐碱玻璃纤维的应用研究

技术研究与廑　究　ｅＰ　斟ａｓｓ　戚德海：高锆耐碱玻璃纤维的应用研究　中图分类号：ＴＱ１７１．７７　７．１７　文献标识码：Ａ　高锆耐碱玻璃纤维的应用研究　戚德海，亓松彬，刘宪琪，王荟娓　（泰山玻璃纤维有限公司，泰安２７１０００）　摘要：分析了高锆耐碱纤维优异的化学性能、物理性能和力学性能，阐述了高锆耐碱玻璃纤维在ＧＲＣ、砂浆、水泥混凝土中　的防开裂和增强效果，介绍了各种耐碱玻璃纤维制品的主要作用以及在ＧＲＣ、电杆、砂浆、３Ｄ打印、喷射混凝土的应用开发情　况，总结了耐碱纤维未来的发展方向。　关键词：耐碱纤维；ＧＲＣ；混凝土　Ｓｔｕｄｙ　ｏｎ　ｔｈｅ　Ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｏｆ　Ｈｉｇｈ　Ｚｉｒｃｏｎｉａ　ＡＲ　Ｇｌａｓｓ　Ｆｉｂｅｒ　ＱＩ　Ｄｅｈａｉ，ＱＩ　Ｓｏｎｇｂｉｎ，ＬＩＵ　Ｘｉａｎｑｉ，ＷＡＮＧ　Ｈｕｉｋｕｎ　（Ｔａｉｓｈａｎ　Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ　Ｉｎｃ．，Ｔａｉａｎ　２７１０００）　Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｈｉｓ　ｓｔｕｄｙ　ａｎａｌｙｚｅｓ　ｔｈｅ　ｃｈｅｍｉｃａｌ，ｐｈｙｓｉｃａｌ　ａｎｄ　ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ　ｐｒｏｐｅｒｔｉｅｓ　ｏｆ　ｈｉｇｈ　ｚｉｒｃｏｎｉａ　ａｌｋａｌｉ－ｒｅｓｉｓｔａｎｔ　（ＡＲ）ｇｌａｓｓ　ｆｉｂｅｒ，ｄｅｓｃｒｉｂｅｓ　ｔｈｅ　ａｎｔｉ—ｃｒａｃｋ　ａｎｄ　ｒｅｉｎｆｏｒｃｉｎｇ　ｅｆｆｅｃｔｓ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｉｆｂｅｒ　ｉｎ　ＧＲＣ，ｍｏｒｔａｒ　ａｎｄ　ｃｅｍｅｎｔ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ，　ｐｒｅｓｅｎｔｓ　ｔｈｅ　ｍａｉｎ　ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅ　ａｎｄ　ｔｈｅ　ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔｓ　ｏｆ　ｖａｒｉｏｕｓ　ｐｒｏｄｕｃｔｓ　ｏｆ　ｔｈｉｓ　ｆｉｂｅｒ　ｉｎ　ＧＲＣ，ｕｔｉｌｉｔｙ　ｐｏｌｅｓ，３　Ｄ　ｐｒｉｎｔｉｎｇ，ｓｐｒａｙｅｄ　ｃｏｎｃｒｅｔｅ，ａｎｄ　ｆｉｎａｌｌｙ　ｓｕｍｍａｒｉｚｅｓ　ｔｈｅ　ｄｉｒｅｃｔｉｏｎ　ｏｆ　ｆｕｔｕｒｅ　ｄｅｖｅｌｏｐｍｅｎｔ　ｏｆ　ＡＲ　ｇｌａｓｓ　ｆｉｂｅｒ．　Ｋｅｙ　ｗｏｒｄｓ：ａｌｋａｌｉ—ｒｅｓｉｓｔａｎｔ　ｆｉｂｅｒ；ＧＲＣ；ｃｏｎｃｒｅｔｅ　０前言　高锆耐碱玻璃纤维属于氧化锆含量高（１６％以　上）的钠硅酸盐玻璃。它是一种与普通玻璃纤维不　强，抗裂、抗渗性能卓越，具有可设计性强，易成型等　特点，是应用在高性能增强（水泥）混凝土中的一种　新型的绿色环保型增强材料。　同的新型材料，其特点是在水泥和其他碱性介质中　具有很高的耐侵蚀性能，同时弹性模量、抗冲击、抗　拉、抗弯强度高，不燃，抗冻，耐温度、湿度变化能力　２０世纪７０年代英国皮尔金顿公司发明耐碱玻　璃纤维ｕｊ，解决了普通玻纤与水泥发生碱性反应带　来强度下降、开裂渗漏等问题，使ＧＲＣ产品推广应　用至１００余个国家。一家法国银行在伦敦的总部大　收稿日期：２０１５—０８—１７　楼一雷昂乃斯信贷大楼（Ｃｒｅｄｉｔ　Ｌｙｏｎｎａｉｓ　Ｂｕｉｌｄｉｎｇ）　ＧＲＣ外墙挂板已经使用超过４Ｏ年。　随着耐碱玻璃纤维市场的开发应用，目前耐碱　２８　修回１３期：２０１５—０８—２６　作者简介：戚德海，男，１９６７年生，教授级高级工程师。主要从事　玻璃纤维复合材料的市场开发工作。　《玻璃纤维》２０１５年第５期蕉　窒　廑旦　究　戚德海：高锆耐碱玻璃纤维的应用研究　表１　耐碱玻璃纤维与其他材料主要性能指标对比　１．２．２耐碱纤维对水泥基复合材料的增强效果　０．Ｏ１％～０．０６％，断裂能力为２０—８０Ｊ／ｍ　，在较低的　高强度的玻璃纤维嵌入水泥基体后可有效改善　并提高水泥基体的抗弯曲强度和抗冲击强度等力学　性能　。在水泥基体中加入４％～５％的玻璃纤维　即可大大改善其力学性能　。一般素水泥砂浆的抗　拉强度为２～３　ＭＰａ，极限延伸变形为ｌ００—１５０微应　拉伸变形时即发生开裂　。并且随着强度的提高，　混凝土的脆性也随着增加。纤维混凝土被认为是解　决混凝土上述缺点最为有效的方法之一　。　耐碱玻璃纤维能显著提高混凝土各龄期的劈拉　强度和抗折强度，改善混凝土的韧性，对混凝土早龄　期韧性的改善效果更好，从不同纤维掺量混凝土的　力学性能来看，耐碱纤维的最优掺量范围为　５～１０　ｋｇ／ｍ　。掺入耐碱玻纤提高混凝土的３天、２８　天和１８０天劈裂抗拉强度，纤维混凝土的３天劈拉　变，抗弯（折）强度为５～７　ＭＰａ，抗冲击强度约为　２　ｋｆｆｍ　，当加入４％～５％的玻璃纤维后，复合材料　的抗拉强度达到９～１２　ＭＰａ，极限延伸变形达到　８０００～１２０００微应变，抗弯（折）强度达到　２０～２５　ＭＰａ，抗冲击强度达Ｎ１５～２０　ｋＪ／ｍ　。　１．２．３耐碱纤维对砂浆的增强效果　在一定的掺量范围内，纤维的掺入对砂浆的抗　折强度影响显著，随掺量的增加而明显增大，增幅在　４．５％～２６．９％之间，砂浆的压折比也随纤维掺量的　增加而明显减小，说明掺人耐碱玻纤后砂浆的韧性　得到显著的改善。纤维掺量越大，砂浆的透水压力　强度提高幅度２１．８％～２９．３％，２８天劈拉强度提高　幅度８．２％～１４．９％，１８０天劈拉强度提高幅度　９．４％～１５．９％。与不掺纤维的素混凝土相比，玻璃　纤维混凝土的３天抗折强度６．０％～２０．１％，２８天　抗折强度提高幅度５．４％～１０．３％，１８０天抗折强度　提高幅度９．９％～１４．９％。　随着混凝土强度等级的提高，混凝土的抗冲击　性能也明显提高。从破坏次数看，掺人纤维后混凝　土抗冲击次数由基准样的４９次增加到８９次，增幅　达到了８２％，这一试验结果表明掺人纤维对提升高　强度等级的混凝土抗冲击性能效果比较明显。　掺入耐碱纤维后混凝土抗压强度影响较小，依　据几家检测数据来看，普通混凝土会略有降低，高性　能混凝土反而略有增加。　也增大，说明纤维能改善砂浆的抗渗性能。掺人耐　碱纤维后砂浆的裂缝长度和宽度明显变小，砂浆的　开裂指数明显下降，砂浆的抗开裂性能比由５３％增　至１００％，当耐碱纤维掺量增至１．５　ｋｇ／ｍ　时，砂浆没　有发生开裂，说明掺入耐碱纤维能有效抑制砂浆早　期的塑性开裂，提高砂浆的早期抗裂性能。砂浆的　抗冲击性能也随着纤维含量的增加而提高。　１．２．４耐碱纤维对水泥混凝土的增强效果　作为脆性材料的混凝土，虽然抗压强度高，但存　掺入纤维后混凝土的抗冻性能明显改善。随着　冻融循环次数的增加，基准混凝土和玻璃纤维混凝　土质量略有增长，强度随冻融循环次数的增加而降　低，到后期强度损失速率加快。基准混凝土２５次和　在抗拉强度低、抗裂性差和脆性大等缺点，其抗拉强　度仅为抗压强度１／１０～１／７，受拉的极限延伸率只有　《玻璃纤维》２０１５年第５期３０　戚德海：高锆耐碱玻璃纤维的应用研究　据相关调查，处于浪溅区的海港码头，钢筋腐蚀引起　的混凝土结构破坏是相当普遍和严重的。近代科学　研究和大量的混凝土工程实践证明，要采取有效的　措施将其危害程度控制在一定的范围之内。住房城　乡建设部、工信部关于推广应用高性能混凝土的若　干意见中指出，要提升混凝土耐久性，延长工程寿　命，建立混凝土耐久性设计和评价指标体系，推广　“强度与耐久性并重”的混凝土结构设计理念，强化　耐久性设计，确保混凝土结构在不同环境下的可靠　性，推广混凝土生产和应用先进技术，促进资源节约　型、环境友好型社会建设。、财政部、工信部　联合印发的《关键材料升级换代工程实施方案》提　出到２０１６年，要推动新一代信息技术、节能环保、海　洋工程和先进轨道交通装备等产业发展急需的重点　新材料实现批量稳定生产和规模应用；重点支持需　求潜力巨大、国内尚属空白的关键新材料规模稳定　产业化与示范应用；同时，促进部分技术落后或不能　稳定生产的重点新材料尽快实现技术升级和批量稳　定产业化与规模应用。　３结束语　耐碱玻璃纤维具有高弹模、高强的特性，耐久性　可满足工程需要；原材料来源广、具有大量生产满足　Ｆ｛ｂｅ　技术研究与应用研究　混凝土防裂需求的可能性，是替代石棉、聚乙烯醇纤　维等的潜在选择；在海洋工程、铁路隧道、装配式一　体化墙板等方面应用前景广阔。　参考文献　［１］杨海岸．ＧＲＣ构件在外装饰工程中的施工和应用［Ｊ］．山西建　筑，２００８（１１）：１５７—１５８．　［２］孙健明，郭其清，丁其湛．耐碱玻璃纤维网格布检测方法比较　［Ｊ］．建筑节能，２０１０（４）：３８—４０．　［３］李方敏．玻璃纤维混凝土在工程上的应用［Ｊ］．武汉大学学报，　２００７（１０）：５０４—５０６．　［４］沈荣熹，崔琪，李清海．新型纤维增强水泥基复合材料［Ｍ］．北　京：中国建材工业出版社，２００４．　［５］鞠丽艳，张雄．玻璃纤维在建筑材料领域中的应用［Ｊ］．玻璃纤　维，２００３（５）：１５—１９．　［６］沈荣熹，王漳水，崔玉忠．纤维增强水泥与纤维增强混凝土　［Ｍ］．北京：化学工业出版社，２００６．　［７］程国庆，许蕴贤，卢祖文．钢纤维混凝土本构理论的研究、工程　应用及发展［Ｊ］．中国铁路，１９９８（６）：１—５．　［８］陈润峰，张国防，顾国防．我国合成纤维混凝土研究与应用现　状［Ｊ］．建筑材料学报，２００１（２）：１６７—１７３．　［９］张成德．耐碱玻璃纤维网格布在地暖工程中的应用［Ｊ］．山西　建筑，２０１３（１１）：７５—７６．　［１Ｏ］杨民收．玻璃纤维增强水泥混凝土在水利水电工程中的应用　［Ｊ］．山西水利科技，２００１（２）：６４—６６．　《玻璃纤维》２０１５年第５期３３