CN108640603A - 一种硅酸盐水泥基玻璃纤维增强水泥材料及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种硅酸盐水泥基玻璃纤维增强水泥材料及其制备方法，由以下质量组分的原料制成：硅酸盐水泥30.0~40.0份，粉煤灰5.0~15.0份，硅灰3.0~5.0份，河砂30.0~40.0份，耐碱玻璃纤维1.0~7.0份，减水剂0.01~2.0份，水13.0~20.0份。以硅酸盐水泥、河砂、水和耐碱玻璃纤维为主要原料，采用少量的粉煤灰和硅灰等矿物掺合料作为辅助胶凝材料，经预拌、加水搅拌、浇筑成型及标准养护得到玻璃纤维增强水泥基材料，根据所用模具和用途的不同，可以制成不同类型的GRC材料。提高了GRC材料的耐久性能；水泥基材采用水泥市场上最为大宗的硅酸盐水泥为主，其强度高且价格低廉，降低了原材料成本；所制备的GRC材料具有抗折强度和抗压强度高。

Description

一种硅酸盐水泥基玻璃纤维增强水泥材料及其制备方法
技术领域
本发明涉及一种硅酸盐水泥基玻璃纤维增强水泥材料及其制备方法，属于功能型水泥基材料技术领域。
背景技术
21世纪，水泥基材料作为世界上使用最广泛的建筑材料，尽管具有很多优良特性，但也存在收缩大、抗拉强度与抗压强度比值小，以及断裂韧性低等本质性的弱点。复合化是改进与提高材料性能、开发新材料品种并扩大其应用范围的重要技术途径。玻璃纤维增强水泥基材料是由玻璃纤维与水泥基材复合制成的，根据所用玻璃纤维的材质、性能、外形、尺寸、掺量、取向及其与基材的界面黏结等因素，可使水泥基材的抗裂性、抗拉（弯）强度、韧性、抗冲击性与抗疲劳性等有不同程度的提高，目前已经广泛应用于建筑幕墙、通讯及电力设备舱、平屋面防水层、输水输气输电通信、艺术雕塑、假山石、防护工事、抢险救灾工程等。与传统的石棉制品相比，玻璃纤维增强水泥基复合材料无毒无害，性能优良，价格便宜，具有众多优势。
硅酸盐水泥基耐碱玻璃纤维增强水泥材料以普通硅酸盐水泥为基材的主要组成成份，这是建材领域最大宗的水泥材料，具有稳定的供应，且单价便宜，成本优势明显。但是硅酸盐水泥基体孔溶液的pH较高，会对玻璃纤维产生腐蚀作用，导致纤维能够承受的极限荷载降低，GRC材料的性能迅速劣化。而加入一部分粉煤灰和硅灰可以大量消耗硅酸盐水泥水化生成的氢氧化钙，从而降低基体孔溶液的pH，减少对玻璃纤维的腐蚀。
耐碱玻璃纤维是在普通玻璃纤维的成分基础上引入了二氧化锆（含量一般超过16份），其受到侵蚀后会在表面形成含有Ca(OH)2的硅烷基团层和ZrO2富集层，这两层阻碍了水化产物对玻璃纤维的侵蚀，能够有效缓解纤维被腐蚀的速度，提高GRC的耐久性。
硅酸盐水泥基耐碱玻璃纤维增强水泥材料具有以下优势：（1）质量轻。GRC（玻璃纤维增强水泥复合材料）材料的密度通常为1800-2200kg/m3，约为钢筋混凝土的80份，厚度6-18mm，所以GRC制品质量都很轻。（2）强度高。GRC材料相较于普通的水泥基材料，其抗弯强度、抗拉强度都有极大的提高。抗拉破坏强度可达9.0Mpa，抗弯破坏强度值能够达到20-30MPa。（3）抗裂能力强。GRC制品的抗变形能力大，阻裂作用好，抗弯极限应变可达12000～16000微米，裂缝微细；因此抗爆性、抗震性好，可用于军事工程。（4）抗冲击强度高。GRC制品的抗冲击强度可以达到15-30kJ/m2，而普通混凝土只有1-2 kJ/m2。（5）可塑性好、造型能力强。GRC材料易于成型成各种形状，用于环境艺术和造型设计等。加工方便，可锯、可切、可粘贴、可表面喷涂，容易施工。（6）预制化。GRC可以实现预制化、工厂化大批量快速生产，减少现场设备投资及改善施工环境，提高经济效益，应用前景十分广阔。
发明内容
目的：为解决现有技术的不足，本发明提供一种硅酸盐水泥基玻璃纤维增强水泥材料及其制备方法。
技术方案：为解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：
一种硅酸盐水泥基玻璃纤维增强水泥材料，其特征在于，包括以下质量组分的原料制成：
硅酸盐水泥30.0~40.0份
粉煤灰5.0~15.0份
硅灰3.0~5.0份
河砂30.0~40.0份
耐碱玻璃纤维1.0~7.0份
水13.0~20.0份。
进一步的，所述的硅酸盐水泥基玻璃纤维增强水泥材料，其特征在于，由以下质量组分的原料制成：
硅酸盐水泥30.0~40.0份
粉煤灰5.0~15.0份
硅灰3.0~5.0份
河砂30.0~40.0份
耐碱玻璃纤维1.0~7.0份
减水剂0.01~2.0份
水13.0~20.0份。
作为优选方案，所述耐碱玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属纤维，抗拉强度超过1500Mpa。所述耐碱玻璃纤维主要成分为二氧化硅、氧化钠、氧化锆、氧化钙、氧化铝、氧化钾、氧化钛，其中氧化锆的含量超过16.0%，纤维长度10~16mm，单丝直径10-18µm。
作为优选方案，所述的硅酸盐水泥基玻璃纤维增强水泥材料，其特征在于：所述水泥以硅酸盐水泥为基材的主要成份，掺加粉煤灰和硅灰作为辅助胶凝材料。
作为优选方案，所述的硅酸盐水泥基玻璃纤维增强水泥材料，其特征在于：所述减水剂是聚羧酸高效减水剂或萘系减水剂中的一种或几种。
所述的硅酸盐水泥基玻璃纤维增强水泥材料，其特征在于：制备方法如下：首先按配方比例称取所需的硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、河砂，加入相应类型的搅拌机，以特定的转速进行干混；混合均匀后，按比例称取所需的水，加入搅拌机湿拌，根据流动性调节减水剂的用量，使湿料达到合适的流动度；按比例称取所需的耐碱玻璃纤维，加入搅拌机，搅拌至混合均匀；将搅拌好的GRC拌合料倒入模具浇筑成型，24小时后进行拆模，并送标准养护室进行养护，28天后取出用于测试和使用。
减水剂的用量根据流动性调节，当流动度合适时，也可以不添加减水剂。
有益效果：本发明提供的硅酸盐水泥基玻璃纤维增强水泥材料及其制备方法，降低成本采用硅酸盐水泥作为基材的主要成份，同时为了减少对玻璃纤维的腐蚀，掺粉煤灰和硅灰来消耗氢氧化钙，并采用耐碱玻璃纤维作为增强材，从而能有效降低生产成本，提高GRC的耐久性能，满足对新型建材的需求。具有以下优点：(1)制备硅酸盐水泥基耐碱玻璃纤维增强水泥材料使用了大量的粉煤灰和硅灰等矿物掺合料，不仅降低了成本，同时变废为宝，具有显著的节能环保效益；(2)制备采用了粉煤灰和硅灰作为矿物掺合料，有效消耗了氢氧化钙，降低了基体孔溶液的pH，有效提高了GRC的耐久性；（3）制备的玻璃纤维增强水泥基材料与传统水泥基材料相比，抗弯强度可提高近2倍、抗拉强度可提高近4倍、抗冲击性能可提高近10倍、质量轻于正常预制的混凝土板的20份、抗冻融性能好、抗渗性高、耐火性优良、可塑性好等优点，具有显著的工程应用价值。
具体实施方式
下面结合实例对本发明做具体说明：
实施例1：
硅酸盐水泥35.0份
粉煤灰5.0份
硅灰3.0份
河砂40.0份
耐碱玻璃纤维2.0份
减水剂2.0份
水13.0份
首先按配方比例称取所需的硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、河砂，均匀混合；接着称取所需的水、减水剂及其他根据特定情况所要加入的外加剂均匀混合成水剂；然后将水剂缓慢加入到混合均匀的粉料中，充分拌合均匀；最后称取所需的耐碱玻璃纤维，缓慢均匀撒入拌合料中，充分拌匀，并浇筑入模，振动密实，移入混凝土标准养护室，养护28d拆模即可。
测得其性能如下：
抗弯强度为12.7 MPa，密度1980kg/m3。
实施例2：
硅酸盐水泥30.0份
粉煤灰15.0份
硅灰5.0份
河砂30.0份
耐碱玻璃纤维7.0份
减水剂0.0份
水13.0份
首先按配方比例称取所需的硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、河砂，均匀混合；接着称取所需的水、减水剂及其他根据特定情况所要加入的外加剂均匀混合成水剂；然后将水剂缓慢加入到混合均匀的粉料中，充分拌合均匀；最后称取所需的耐碱玻璃纤维，缓慢均匀撒入拌合料中，充分拌匀，并浇筑入模，振动密实，移入混凝土标准养护室，养护28d拆模即可。
测得其性能如下：
抗弯强度为11.3 MPa，密度1995kg/m3。
实施例3：
硅酸盐水泥40.0份
粉煤灰5.0份
硅灰3.0份
河砂30.0份
耐碱玻璃纤维1.0份
减水剂1.0份
水20.0份
首先按配方比例称取所需的硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、河砂，均匀混合；接着称取所需的水、减水剂及其他根据特定情况所要加入的外加剂均匀混合成水剂；然后将水剂缓慢加入到混合均匀的粉料中，充分拌合均匀；最后称取所需的耐碱玻璃纤维，缓慢均匀撒入拌合料中，充分拌匀，并浇筑入模，振动密实，移入混凝土标准养护室，养护28d拆模即可。
测得其性能如下：
抗弯强度为10.9 MPa，密度2003kg/m3。
实施例4：
硅酸盐水泥34.0份
粉煤灰8.0份
硅灰4.0份
河砂35.0份
耐碱玻璃纤维3.0份
减水剂1.0份
水15.0份
首先按配方比例称取所需的硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、河砂，均匀混合；接着称取所需的水、减水剂及其他根据特定情况所要加入的外加剂均匀混合成水剂；然后将水剂缓慢加入到混合均匀的粉料中，充分拌合均匀；最后称取所需的耐碱玻璃纤维，缓慢均匀撒入拌合料中，充分拌匀，并浇筑入模，振动密实，移入混凝土标准养护室，养护28d拆模即可。
测得其性能如下：
抗弯强度为12.1MPa，密度1983kg/m3。
本发明在制备GRC材料时玻璃纤维全部采用耐碱玻璃纤维（ZrO2含量高达16.0%以上），有效提高了GRC材料的耐久性能；水泥基材采用水泥市场上最为大宗的硅酸盐水泥为主，其强度高且价格低廉，降低了原材料成本；采用少量的粉煤灰和硅灰等矿物掺合料作为辅助胶凝材料，不仅减少了硅酸盐水泥的使用，降低了成本，同时，也减少了碱性的水泥水化产物氢氧化钙的生成量，降低了水泥基体对玻璃纤维对腐蚀速度，提高了GRC材料的耐久性能。所制备的GRC材料具有抗折强度和抗压强度高，成本低，耐腐蚀性好等优良性能，经济效益和社会效益良好，应用前景十分广阔。
以上已以较佳实施例公开了本发明，然其并非用以限制本发明，凡采用等同替换或者等效变换方式所获得的技术方案，均落在本发明的保护范围之内。

Claims (7)

1.一种硅酸盐水泥基玻璃纤维增强水泥材料，其特征在于，包括以下质量组分的原料制成：
硅酸盐水泥30.0~40.0份
粉煤灰5.0~15.0份
硅灰3.0~5.0份
河砂30.0~40.0份
耐碱玻璃纤维1.0~7.0份
水13.0~20.0份。
2.根据权利要求1所述的硅酸盐水泥基玻璃纤维增强水泥材料，其特征在于，由以下质量组分的原料制成：
硅酸盐水泥30.0~40.0份
粉煤灰5.0~15.0份
硅灰3.0~5.0份
河砂30.0~40.0份
耐碱玻璃纤维1.0~7.0份
减水剂0.01~2.0份
水13.0~20.0份。
3.根据权利要求2所述的硅酸盐水泥基玻璃纤维增强水泥材料，其特征在于：所述耐碱玻璃纤维为无机非金属纤维，抗拉强度超过1500Mpa。
4.根据权利要求2所述的硅酸盐水泥基玻璃纤维增强水泥材料，其特征在于：所述耐碱玻璃纤维主要成分为二氧化硅、氧化钠、氧化锆、氧化钙、氧化铝、氧化钾、氧化钛，其中氧化锆的质量含量超过16.0%，纤维长度10~16mm，单丝直径10-18µm。
5.根据权利要求2所述的硅酸盐水泥基玻璃纤维增强水泥材料，其特征在于：所述水泥以硅酸盐水泥为基材的主要成份，掺加粉煤灰和硅灰作为辅助胶凝材料。
6.根据权利要求2所述的硅酸盐水泥基玻璃纤维增强水泥材料，其特征在于：所述减水剂是聚羧酸高效减水剂或萘系减水剂中的一种或几种。
7.根据权利要求2所述的硅酸盐水泥基玻璃纤维增强水泥材料，其特征在于：制备方法如下：首先按配方比例称取所需的硅酸盐水泥、粉煤灰、硅灰、河砂，加入相应类型的搅拌机，以特定的转速进行干混；混合均匀后，按比例称取所需的水，加入搅拌机湿拌，根据流动性调节减水剂的用量，使湿料达到合适的流动度；按比例称取所需的耐碱玻璃纤维，加入搅拌机，搅拌至混合均匀；将搅拌好的GRC拌合料倒入模具浇筑成型，24小时后进行拆模，并送标准养护室进行养护，28天后取出用于测试和使用。
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