聚乙烯醇纖維在養(yǎng)護(hù)水泥制品中的應(yīng)用

聚乙烯醇纖維在養(yǎng)護(hù)水泥制品中的應(yīng)用

1高強(qiáng)聚乙烯醇pva纖維20世紀(jì)50年代，中國的一些科研機(jī)構(gòu)正在研究和開發(fā)pva和維倫。經(jīng)過近半個(gè)世紀(jì)的發(fā)展，相關(guān)公司不斷采用新的技術(shù)和工作，引進(jìn)先進(jìn)的國外設(shè)備和擴(kuò)建設(shè)施，從而在生產(chǎn)、質(zhì)量、科學(xué)研究、品種開發(fā)、用途開發(fā)和節(jié)能等方面取得了巨大成功。但在科研、品種開發(fā)和用途開拓等方面與國際先進(jìn)水平還有不少差距。纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料(EngineeringFiberReinforcedCementitiousComposites,ECC)是以水泥砂漿或混凝土為基體,以隨機(jī)分布纖維為增強(qiáng)材料的復(fù)合材料。該材料基于微觀力學(xué)原理,對(duì)水泥基材料中纖維、基體以及二者在界面處的相互作用進(jìn)行改善。由于纖維的摻入,水泥基材料早期收縮所產(chǎn)生的裂縫明顯減少,其抗?jié)B性和耐久性顯著提高,并在一定程度提高了水泥制品的變形能力,增強(qiáng)了水泥制品的韌性和抗沖擊、抗疲勞等性能。傳統(tǒng)纖維通常在較高體積率下才能發(fā)揮較大作用,且成本較高,聚丙烯(PP)等有機(jī)纖維雖然可增韌,但強(qiáng)度往往有所降低。因此,為制備低成本高性能ECC,一種高性能聚乙烯醇(PVA)纖維應(yīng)運(yùn)而生。與傳統(tǒng)纖維相比,高強(qiáng)高彈PVA纖維具有親水性好、無毒、化學(xué)穩(wěn)定性良好等優(yōu)點(diǎn),其彈性模量?jī)H次于鋼纖維、玻璃纖維、碳纖維和超高分子聚乙烯纖維,其抗拉強(qiáng)度可與鋼纖維、玻璃纖維、碳纖維、超高分子聚乙烯纖維和對(duì)位芳香聚酰胺纖維媲美。本文主要將內(nèi)蒙古雙欣環(huán)保股份有限公司所提供的PVA纖維作為配方材料之一來模擬實(shí)際生產(chǎn)線制備出常溫空氣養(yǎng)護(hù)的高強(qiáng)高模聚乙烯醇(PVA)纖維水泥板塊,并對(duì)所制備出的纖維水泥板塊進(jìn)行三點(diǎn)抗彎壓力試驗(yàn)、干濕收縮率以及其它各性能參數(shù)的檢測(cè)和對(duì)比。2試驗(yàn)材料、制備工藝和溫和維護(hù)流程2.1聚乙烯醇纖維標(biāo)準(zhǔn)32.5級(jí)水泥(Cement),微硅粉(GSE),紙漿(pulp),聚乙烯醇纖維(PVA),石粉(Limestone)。PVA纖維的具體指標(biāo)參數(shù)如表1所示。SX4型號(hào)為長(zhǎng)度4mm的PVA纖維,SX6型號(hào)為長(zhǎng)度6mm的PVA纖維,SX8型號(hào)為長(zhǎng)度8mm的PVA纖維,以上三款纖維均為內(nèi)蒙古雙欣環(huán)保股份有限公司生產(chǎn)。2.2pva纖維配方常溫養(yǎng)護(hù)PVA纖維水泥板塊制備試驗(yàn)設(shè)計(jì)共16組,第一組(SXLL0)是不加任何PVA纖維的空白配方。第二、三、四組(SXLL1,SXLL2,SXLL3)是分別添含量為1%、1.5%、2%加型號(hào)為SX6的PVA纖維配方。第五、六、七組(SXLL4,SXLL5,SXLL6)是分別添含量為1%、1.5%、2%加型號(hào)為SX4的PVA纖維配方。第八、九、十組(SXLL7、SXLL8、SXLL9)是分別添含量為1%、1.5%、2%加型號(hào)為SX8的PVA纖維配方。具體的配方如表2所示。2.3制作工藝和溫和維護(hù)流程2.3.1改進(jìn)微硅粉、助劑和水泥的制備工藝稱量試驗(yàn)所需的各種材料,首先將木漿放入一定量的水中,以2000轉(zhuǎn)/min轉(zhuǎn)速的攪拌機(jī)攪拌,加快溶解9min之后加入PVA纖維,以及提前經(jīng)16000轉(zhuǎn)//min轉(zhuǎn)速攪拌機(jī)處理的微硅粉、助劑和水泥,并補(bǔ)齊水后以1000轉(zhuǎn)/分的速度攪拌15min進(jìn)入下一道工序。將攪拌好的漿料分批倒入1L容量的塑料量杯中,共6批次,將漿料倒入自制的抽濾設(shè)備中進(jìn)行抽濾,并記錄抽濾時(shí)間。抽濾完畢后,將濾餅倒出于不銹鋼板上稱重記錄。將稱重完畢后的濾餅放入特制的模具中在一定壓力下脫水2min后取出,倒掉模具中的多余積水,用干抹布擦拭不銹鋼板后稱重記錄。將第二塊和第五塊濾餅試塊沿其長(zhǎng)方向一分為二。將六塊濾餅試塊疊加一起后,用一塊不銹鋼板封住頂部后放入塑封袋中密封。2.3.2保溫箱蓋保溫進(jìn)入養(yǎng)護(hù)室,將預(yù)先加溫到50度2L水的塑料瓶放入一種特制的保溫箱中后,再將濾餅置于塑料并之上,蓋上保溫箱蓋,保溫24h。將疊垛密封包裹的樣品在保溫箱中氧化6d后移出,把每塊濾餅試塊分別存放到養(yǎng)護(hù)架上,再將養(yǎng)護(hù)架放入溫度23℃、濕度為50%的養(yǎng)護(hù)箱養(yǎng)護(hù)2d后進(jìn)入下個(gè)試驗(yàn)流程。2.3.3格蘭雙面紙膠的制備將濾餅試塊取出,用砂紙打磨好用來測(cè)量尺度變化的濾餅試塊,把試塊打磨成非常規(guī)矩,見棱見角。用固化劑和粘接劑以1∶1的用量比例調(diào)配好一定量的糊狀物。單面紙膠裁成8cm長(zhǎng),共32段。用糊狀物將試塊與測(cè)定不銹鋼片固定住,再將單面紙膠包裹固定好,放入養(yǎng)護(hù)架上,繼續(xù)養(yǎng)護(hù)2d。鋼片中間位置上有一個(gè)固定的凹點(diǎn),這樣便于測(cè)定時(shí)候固定測(cè)試點(diǎn),減小測(cè)量誤差,提高準(zhǔn)確度。3測(cè)試結(jié)果和討論每組成型的纖維板塊為6塊,選取第三塊和第五塊來檢測(cè)干濕收縮率,剩下的用來測(cè)試三點(diǎn)抗彎強(qiáng)度。3.1抗彎強(qiáng)度的測(cè)試三點(diǎn)抗彎強(qiáng)度測(cè)試示意如圖1所示。不同PVA纖維長(zhǎng)度、添加量制備的纖維水泥制品抗彎強(qiáng)度如圖2所示。由圖2可以看出:未添加纖維板塊的抗彎平均強(qiáng)度為7.61MPa,遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于添加各種品牌的纖維樣塊,因此添加纖維可以有效地提高纖維水泥板材的抗彎強(qiáng)度。當(dāng)PVA纖維添加量是相同的時(shí)候,三點(diǎn)抗彎試驗(yàn)抗彎強(qiáng)度隨著纖維長(zhǎng)度的先逐漸增加,后又逐漸降低。逐漸增加的幅度要大,而逐漸降低的幅度要小些。6mm的SX6型號(hào)表現(xiàn)最為突出。因此PVA纖維的添加量以及其各參數(shù)(線密度、強(qiáng)度、模量、伸長(zhǎng)率、溶解度和分散性)相同的情況下,纖維長(zhǎng)度和它的直徑比例有最佳比例,6mm的PVA纖維產(chǎn)品最接近最佳長(zhǎng)徑比。3.2纖維對(duì)水泥面板密度的影響PVA纖維制備的水泥制品的密度如圖3所示。由圖3可以看出,隨著纖維的添加量高,纖維水泥板材的密度相對(duì)于參考的空白板材逐漸降低。這是因?yàn)槔w維的密度要小于水泥和填料的密度,另外是因?yàn)樘砑永w維后板材的孔積率增大。3.3木材的吸收率PVA纖維制備的水泥制品的吸水率如圖4所示。由圖4可以看出板材密度低越低,其相對(duì)于參考空白樣的吸水率就越高。3.4pva纖維添加量對(duì)板式干縮值的影響PVA纖維制備的水泥制品的干濕收縮率性能對(duì)比如圖5所示。由圖5可以看出添加PVA纖維后,板材干縮值相對(duì)于參考空白樣逐漸增大,經(jīng)過大量試驗(yàn)證實(shí),可以通過選取合適的纖維添加量以及改進(jìn)板材的配方來降低干縮值。3.5高模聚乙烯醇纖維與材料在成型制品前后的微觀狀態(tài)c通過掃描電鏡觀察微觀狀態(tài)下的PVA纖維和纖維水泥制品,結(jié)果如圖6所示。圖6(a)是高強(qiáng)高模聚乙烯醇纖維微觀狀態(tài)下的圖片,顯示出纖維添加前表面是光滑的,而圖6(b)是纖維在成型制品后的微觀狀態(tài)下的圖片,所有纖維完全被水泥粉體材料所包裹住,說明高強(qiáng)高模聚乙烯醇纖維與料將中其它材料結(jié)合比較牢固,能從根本上在纖維水泥制品中起到增強(qiáng)的作用,當(dāng)然也能起到增韌功能,防止纖維水泥制品開裂。圖6(c)、(d)所示更加清楚地驗(yàn)證了上述內(nèi)容。4高強(qiáng)高模聚乙烯醇纖維在水泥樣品中的結(jié)通過將內(nèi)蒙古雙欣環(huán)保股份有限公司所生產(chǎn)的PVA纖維經(jīng)過常溫養(yǎng)護(hù)制備出PVA纖維水泥板塊,并對(duì)所有纖維水泥板塊進(jìn)行三點(diǎn)抗彎壓力試驗(yàn)、干濕收縮率以及其它各性能參數(shù)的檢測(cè),得出結(jié)論如下:(1)型號(hào)為SX6高強(qiáng)高模聚乙烯醇纖維在纖維水泥制品