纤维增强无机复合材料--纤维增强水泥板、硅酸钙板芯材概况

2021-07-04

本文摘自《纤维水泥板与硅酸钙板》主编冯立平(2020版)将两种或两种以上的不同材料按一定的方式结合在一起,产生出一种性能优于其中任意种单一材料的新材料被称为复合材料。复合材料通常包括连续相和分散相两个相,连续相般被称力"基材"、分散相可以是胶体状、颗粒状、纤维状、以水泥净浆、砂浆域混凝土材料作为基材,以非连续的短纤维或连续的长纤维作为增强材所组合成的复合材料称为纤维增强水泥基复合材料(fiber reinfored cement—based composites)。

2.1纤维增强无机复合材料增强机理

对于纤维增强硅酸钙板与纤维增强水泥产品,主要的基础材料是水泥基脆性材料。由于脆性材料的极限拉伸率远低于纤维增强材料,在拉力作用下,基材一旦达到其极限延伸率便产生开裂,纤维的主要作用就是吸收脆性材料开裂时释放的能量,延缓和阻滞裂纹的产生和扩眼,对产品起到增强作用。纤维增强硅酸钙板与纤维增强水泥产品的增强效果主要受到以下因素的影响.

2.1.1高强度胶凝材料

高强度基材主要指使用高强度等级水泥,通过更充分的化学反应产生更多的胶凝材料来获得更好的结晶结构。便材料达到最密实堆积的效果,从而获得较高的基材强度。鉴于不同原材料的特点和不同的反应活性,在配方设计时需要根据便用的养护制度来进行材料选择、对于免蒸压工艺来讲,主要的原材料是水泥,纤维采用木浆纤维的同时,也会使用 PVA 纤维(俗称维纶纤维)或者PP纤维(俗称丙纶纤维),以及其他的输助材料,如硅微粉,硅灰石、石灰石粉、云母等。

采用蒸压养护工艺时,主要的胶凝材料采用水泥或石灰、磨细石类砂,纤维主要采用木浆纤维,以及其他的辅助材料,如硅微粉、硅灰石、石灰石粉、云母等。不同养护制度下的胶凝材料强度发展机理并不相同。

免蒸压制品的基材强度主要取决于水泥的性能。水泥的矿物组分和水化过程决定了材料的基材强度。矿物组成的不同对水泥产品的最终强度有直接影响。

对于蒸压养护产品,根据原材料配方的不同,水化反应进程略有不同。对于主要原材料是水泥和石英砂的配方也就是常说的水泥板配方,反应进程分为两个阶段,即水泥本身的水化过程和随后在压蒸养护制度下的水化反应过程。而对于采用石灰和石英砂的配方,水化进程则只有一个,就是在蒸压养护制度下的水化反应过程。蒸压养护环境的条件对蒸压制品的性能有决定性的影响。结晶状石英质材料与钙质材料在常温下是不会反应的,只有在一定的温度和压力下,结晶状石英质材料与钙质材料才会发生化学反应。理论上,晶体状SiO2与 Ca(OH)2在温度高于174℃、8个标准大气压的水热环境下发生化学反应,反应生成托勃莫来石,从而使得蒸压制品获得强度。当温度和压力进一步升高时,托勃莫来石晶体进一步转化成结构更为致密的硬硅钙石品体。

由于高温、高压的养护环境是结晶状 SiO2 ,和 Ca(OH)2反应发生的必要条件,所以采用石灰、石英砂配方的产品,必须经过高温、高压的蒸压养护过程,产品才会获得强度。另外,与水泥水化硅酸钙凝胶 CSH 相比,托勃莫来石与硬硅钙石的品结构更为致密、更为稳定。所以理论上会表现出产品结构更加稳定的特点。但是结构的稳定性不仅取决于主要原材料之间的化学反应,材料之间的化学反应生成的胶凝材料构成了制品的基础强度。许多辅助材料的使用和纤维的存在都进步改善和增强了产品的性能。


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