聚乙烯醇纤维在养护水泥制品中的应用

聚乙烯醇纤维在养护水泥制品中的应用

1高强聚乙烯醇pva纤维20世纪50年代，中国的一些科研机构正在研究和开发pva和维伦。经过近半个世纪的发展，相关公司不断采用新的技术和工作，引进先进的国外设备和扩建设施，从而在生产、质量、科学研究、品种开发、用途开发和节能等方面取得了巨大成功。但在科研、品种开发和用途开拓等方面与国际先进水平还有不少差距。纤维增强水泥基复合材料(EngineeringFiberReinforcedCementitiousComposites,ECC)是以水泥砂浆或混凝土为基体,以随机分布纤维为增强材料的复合材料。该材料基于微观力学原理,对水泥基材料中纤维、基体以及二者在界面处的相互作用进行改善。由于纤维的掺入,水泥基材料早期收缩所产生的裂缝明显减少,其抗渗性和耐久性显著提高,并在一定程度提高了水泥制品的变形能力,增强了水泥制品的韧性和抗冲击、抗疲劳等性能。传统纤维通常在较高体积率下才能发挥较大作用,且成本较高,聚丙烯(PP)等有机纤维虽然可增韧,但强度往往有所降低。因此,为制备低成本高性能ECC,一种高性能聚乙烯醇(PVA)纤维应运而生。与传统纤维相比,高强高弹PVA纤维具有亲水性好、无毒、化学稳定性良好等优点,其弹性模量仅次于钢纤维、玻璃纤维、碳纤维和超高分子聚乙烯纤维,其抗拉强度可与钢纤维、玻璃纤维、碳纤维、超高分子聚乙烯纤维和对位芳香聚酰胺纤维媲美。本文主要将内蒙古双欣环保股份有限公司所提供的PVA纤维作为配方材料之一来模拟实际生产线制备出常温空气养护的高强高模聚乙烯醇(PVA)纤维水泥板块,并对所制备出的纤维水泥板块进行三点抗弯压力试验、干湿收缩率以及其它各性能参数的检测和对比。2试验材料、制备工艺和温和维护流程2.1聚乙烯醇纤维标准32.5级水泥(Cement),微硅粉(GSE),纸浆(pulp),聚乙烯醇纤维(PVA),石粉(Limestone)。PVA纤维的具体指标参数如表1所示。SX4型号为长度4mm的PVA纤维,SX6型号为长度6mm的PVA纤维,SX8型号为长度8mm的PVA纤维,以上三款纤维均为内蒙古双欣环保股份有限公司生产。2.2pva纤维配方常温养护PVA纤维水泥板块制备试验设计共16组,第一组(SXLL0)是不加任何PVA纤维的空白配方。第二、三、四组(SXLL1,SXLL2,SXLL3)是分别添含量为1%、1.5%、2%加型号为SX6的PVA纤维配方。第五、六、七组(SXLL4,SXLL5,SXLL6)是分别添含量为1%、1.5%、2%加型号为SX4的PVA纤维配方。第八、九、十组(SXLL7、SXLL8、SXLL9)是分别添含量为1%、1.5%、2%加型号为SX8的PVA纤维配方。具体的配方如表2所示。2.3制作工艺和温和维护流程2.3.1改进微硅粉、助剂和水泥的制备工艺称量试验所需的各种材料,首先将木浆放入一定量的水中,以2000转/min转速的搅拌机搅拌,加快溶解9min之后加入PVA纤维,以及提前经16000转//min转速搅拌机处理的微硅粉、助剂和水泥,并补齐水后以1000转/分的速度搅拌15min进入下一道工序。将搅拌好的浆料分批倒入1L容量的塑料量杯中,共6批次,将浆料倒入自制的抽滤设备中进行抽滤,并记录抽滤时间。抽滤完毕后,将滤饼倒出于不锈钢板上称重记录。将称重完毕后的滤饼放入特制的模具中在一定压力下脱水2min后取出,倒掉模具中的多余积水,用干抹布擦拭不锈钢板后称重记录。将第二块和第五块滤饼试块沿其长方向一分为二。将六块滤饼试块叠加一起后,用一块不锈钢板封住顶部后放入塑封袋中密封。2.3.2保温箱盖保温进入养护室,将预先加温到50度2L水的塑料瓶放入一种特制的保温箱中后,再将滤饼置于塑料并之上,盖上保温箱盖,保温24h。将叠垛密封包裹的样品在保温箱中氧化6d后移出,把每块滤饼试块分别存放到养护架上,再将养护架放入温度23℃、湿度为50%的养护箱养护2d后进入下个试验流程。2.3.3格兰双面纸胶的制备将滤饼试块取出,用砂纸打磨好用来测量尺度变化的滤饼试块,把试块打磨成非常规矩,见棱见角。用固化剂和粘接剂以1∶1的用量比例调配好一定量的糊状物。单面纸胶裁成8cm长,共32段。用糊状物将试块与测定不锈钢片固定住,再将单面纸胶包裹固定好,放入养护架上,继续养护2d。钢片中间位置上有一个固定的凹点,这样便于测定时候固定测试点,减小测量误差,提高准确度。3测试结果和讨论每组成型的纤维板块为6块,选取第三块和第五块来检测干湿收缩率,剩下的用来测试三点抗弯强度。3.1抗弯强度的测试三点抗弯强度测试示意如图1所示。不同PVA纤维长度、添加量制备的纤维水泥制品抗弯强度如图2所示。由图2可以看出:未添加纤维板块的抗弯平均强度为7.61MPa,远远低于添加各种品牌的纤维样块,因此添加纤维可以有效地提高纤维水泥板材的抗弯强度。当PVA纤维添加量是相同的时候,三点抗弯试验抗弯强度随着纤维长度的先逐渐增加,后又逐渐降低。逐渐增加的幅度要大,而逐渐降低的幅度要小些。6mm的SX6型号表现最为突出。因此PVA纤维的添加量以及其各参数(线密度、强度、模量、伸长率、溶解度和分散性)相同的情况下,纤维长度和它的直径比例有最佳比例,6mm的PVA纤维产品最接近最佳长径比。3.2纤维对水泥面板密度的影响PVA纤维制备的水泥制品的密度如图3所示。由图3可以看出,随着纤维的添加量高,纤维水泥板材的密度相对于参考的空白板材逐渐降低。这是因为纤维的密度要小于水泥和填料的密度,另外是因为添加纤维后板材的孔积率增大。3.3木材的吸收率PVA纤维制备的水泥制品的吸水率如图4所示。由图4可以看出板材密度低越低,其相对于参考空白样的吸水率就越高。3.4pva纤维添加量对板式干缩值的影响PVA纤维制备的水泥制品的干湿收缩率性能对比如图5所示。由图5可以看出添加PVA纤维后,板材干缩值相对于参考空白样逐渐增大,经过大量试验证实,可以通过选取合适的纤维添加量以及改进板材的配方来降低干缩值。3.5高模聚乙烯醇纤维与材料在成型制品前后的微观状态c通过扫描电镜观察微观状态下的PVA纤维和纤维水泥制品,结果如图6所示。图6(a)是高强高模聚乙烯醇纤维微观状态下的图片,显示出纤维添加前表面是光滑的,而图6(b)是纤维在成型制品后的微观状态下的图片,所有纤维完全被水泥粉体材料所包裹住,说明高强高模聚乙烯醇纤维与料将中其它材料结合比较牢固,能从根本上在纤维水泥制品中起到增强的作用,当然也能起到增韧功能,防止纤维水泥制品开裂。图6(c)、(d)所示更加清楚地验证了上述内容。4高强高模聚乙烯醇纤维在水泥样品中的结通过将内蒙古双欣环保股份有限公司所生产的PVA纤维经过常温养护制备出PVA纤维水泥板块,并对所有纤维水泥板块进行三点抗弯压力试验、干湿收缩率以及其它各性能参数的检测,得出结论如下:(1)型号为SX6高强高模聚乙烯醇纤维在纤维水泥制品