玻璃纤维增强水化硅酸镁水泥复合材料及其制备方法

技术领域

本发明涉及复合材料领域，具体是玻璃纤维增强水化硅酸镁水泥复合材料及其制备方法。

背景技术

水化硅酸镁水泥是由轻烧氧化镁、活性硅制原料和水混合制备而成的一种新型水硬性镁质水泥。硅酸镁水泥兼具了高强、低碱、生产工艺简单等优良特性，是一种具有高商业潜质的新型绿色胶凝材料。但是水化硅酸镁水泥也存在着脆性大、抗裂性及变形能力差等不足。掺入短纤维是一种能有效提高水泥力学强度、延性和韧性的方法。其中玻璃纤维因具有成本低、较高的抗拉强度和弹性模量等特点，被广泛应用于建筑工程领域。但玻璃纤维在碱性环境下的易受到腐蚀，使得纤维增强效果降低，这限制了玻璃纤维增强水泥的大规模应用；水化硅酸镁水泥的低碱环境可以减少玻璃纤维受到的腐蚀作用，玻璃纤维在硅酸镁水泥中长期增强效果更稳定，为了玻璃纤维在水泥基工程材料上的应用提供了新途径。

因此，针对上述问题提出玻璃纤维增强水化硅酸镁水泥复合材料及其制备方法。

发明内容

针对现有技术存在的问题，本发明以水化硅酸镁水泥作为基材，玻璃纤维作为增强材料，提供一种玻璃纤维增强水化硅酸镁水泥复合材料，该复合材料具有优异的力学性能和体积稳定性，显著改善了现有水化硅酸镁水泥体系脆性大、抗裂性差、变形能力差的不足，有助于扩宽水化硅酸镁水泥体系在土木工程领域的应用潜力。

为了实现本发明的上述目的，特采用以下技术方案：

一种玻璃纤维增强水化硅酸镁水泥复合材料，其特征在与，按质量分数计，所述玻璃纤维增强水泥包括以下组分：轻烧氧化镁30～50份，硅灰40～60份，石英砂90～120份，拌合水50～60份，六偏磷酸钠1～5份，玻璃纤维2～8份。

原材料各组分的要求如下：

轻烧氧化镁：氧化镁含量>92％的高活性氧化镁。

硅灰：质量稳定、粒径分布均匀，活性二氧化硅含量达到90％以上。

石英砂：颗粒粒度为80-120目。

玻璃纤维：单丝直径10-15μm，长度6-12mm，弹性模量≥75GPa。

优选地，所述氧化镁与硅灰质量比为2:3，六偏磷酸钠的掺量氧化镁与硅灰重量和的1wt％-2wt％；

本发明提供了一种上述玻璃纤维增强水化硅酸镁水泥复合材料的制备方法，其特征在于，所述制备方法包括以下步骤：

(1)按各组分重量称取原材料；

(2)将称取后的轻烧氧化镁、硅灰、石英砂以此加入搅拌锅进行混合，搅拌均匀，每次搅拌时间不少于2分钟；

(3)将六偏磷酸钠加入拌合水中，待六偏磷酸钠充分溶解后，倒入搅拌锅中，依次分批加入步骤(2)得到的混合料,每次加入混合料后搅拌时间不小于2分钟；

(4)将玻璃纤维分多次加入搅拌锅中，搅拌至纤维均匀分散；

(5)将搅拌均匀的水泥浆体倒入模具中振捣压实成型，在室温环境下养护1d拆模；

(6)将试件移入标准养护室养护至相应龄期，养护温度保持在20±2℃，相对湿度保持在95％以上。

本发明的特点和有益效果在于：

本发明以水化硅酸镁水泥作为基材，玻璃纤维作为增强材料，制备了一种玻璃纤维增强水化硅酸镁水泥复合材料。玻璃纤维的加入可以有效提高硅酸镁水泥强度和韧性，与纯水泥砂浆相比28d抗压强度分别增加了11.0％-31.3％；抗折强度分别提高了24％-98％；28d干缩率降低了12％-6％。解决了现有水化硅酸镁水泥体系脆性大、抗裂性差、变形能力差的不足，同时为玻璃纤维的应用提供了新途径。

附图说明

为了更清楚地说明本发明实施例或现有技术中的技术方案，下面将对实施例或现有技术描述中所需要使用的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅是本发明的一些实施例，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动性的前提下，还可以根据这些附图获得其它的附图。

图1为发明对比例1未掺入玻璃纤维的硅酸镁水泥的扫描电镜图；

图2为本发明实施例5制备的玻璃纤维增强水化硅酸镁水泥扫描电镜图。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

本发明的制备方法包括以下步骤：

(1)按各组分重量称取原材料；

(2)将称取后的轻烧氧化镁、硅灰、石英砂以此加入搅拌锅进行混合，搅拌均匀，每次搅拌时间不少于2分钟；

(3)将六偏磷酸钠加入拌合水中，待六偏磷酸钠充分溶解后，倒入搅拌锅中，依次分批加入步骤(2)得到的混合料,每次加入混合料后搅拌时间不小于2分钟；

(4)将玻璃纤维分多次加入搅拌锅中，搅拌至纤维均匀分散；

(5)将搅拌均匀的水泥浆体倒入模具中振捣压实成型，在室温环境下养护1d拆模；

(6)将试件移入标准养护室养护至相应龄期，养护温度保持在20±2℃，相对湿度保持在95％以上。

下面将结合实施例和对比例对本发明的技术方案进行进一步地说明。

一种玻璃纤维增强水化硅酸镁水泥复合材料，按质量份数计，所述复合材料包括以下组分

其中所述氧化镁为活性含量75％、中值粒径7.57微米的轻烧氧化镁；所述硅灰为中值粒径255nm的微硅粉；所述石英砂颗粒粒度为80-120目；所述的玻璃纤维为耐碱玻璃纤维，纤维长度为12mm，单丝直径为10μm。

上述玻璃纤维增强水化硅酸镁水泥复合材料的制备方法，包括以下步骤

(1)按各组分重量称取原材料；

(2)将称取后的轻烧氧化镁、硅灰、石英砂以此加入搅拌锅进行混合，搅拌均匀，每次搅拌时间不少于2分钟；

(3)将六偏磷酸钠加入拌合水中，待六偏磷酸钠充分溶解后，倒入搅拌锅中，依次分批加入步骤(2)得到的混合料,每次加入混合料后搅拌时间不小于2分钟；

(4)将玻璃纤维分多次加入搅拌锅中，搅拌至纤维均匀分散；

(5)将搅拌均匀的水泥浆体倒入模具中振捣压实成型，在室温环境下养护1d拆模；

(6)将试件移入标准养护室养护至相应龄期，养护温度保持在20±2℃，相对湿度保持在95％以上。

本对比例1除原料组分中不含有玻璃纤维外，其余同实施例5。

为了验证本发明制备的玻璃纤维增强水化硅酸镁水泥的各项性能，对本发明得到的样品进行性能测试，具体如下:

(1)将按照实施例1-5和对比例1比例成分制定的水泥浆体倒入模具中，放到振实机上震动120s，；然后将样品置于20℃、70％湿度室内养护，24h后拆模。将拆模后的试样置于标准养护室养护至测试龄期，养护温度保持在20±2℃，相对湿度保持在95％以上。

(2)养护至相应龄期后，参考国家标准GB/T17671—1999《水泥胶砂强度检测方法(ISO法)》和JC/T603-2004《水泥胶砂干缩试验方法》中的规定，分别对样品的抗压、抗折强度和干缩率进行测试。

具体检测结果如下：

由上表可知，玻璃纤维可以提高水化硅酸镁水泥砂浆的抗压抗折强度，且对抗折强度的提高较为显著，实施例3比对比例1抗折强度最高提高98％。参考附图2发现纤维拔出留下的孔洞，以及纤维表面被部分水泥浆体包裹，表明纤维于水泥之间结合情况良好；以上结果表明玻璃纤维与水泥基体形成了较为优良的界面，界面结合力较强；且纤维相互之间的桥接作用使得试样可以吸收更多的载荷，增强了试样抵抗破坏的能力。同时玻璃纤维掺入对砂浆的干燥收缩收缩有一定的抑制作用，并随着玻璃纤维掺量，抑制效果越明显；对比例4比对比例1，干燥收缩率减少了55.6％。

以上显示和描述了本发明的基本原理、主要特征和本发明的优点。本行业的技术人员应该了解，本发明不受上述实施例的限制，上述实施例和说明书中描述的只是说明本发明的原理，在不脱离本发明精神和范围的前提下，本发明还会有各种变化和改进，这些变化和改进都落入要求保护的本发明范围内。