玻璃纤维混凝土是指掺加了适量玻璃纤维的混凝土。在玻璃纤维在混凝土中粘结良好且均匀分散的情况下,混凝土混合料中的拉应力可以通过玻璃纤维来传递,从而起到了桥接和阻裂的作用,这样能减少混凝土路面裂缝的产生。
二、玻璃纤维特性与分类玻璃纤维的主要成分是二氧化硅(SiO2),该种成分和普通的玻璃类似。除此之外还有三氧化二铝、氧化镁等成分。
玻璃纤维具有如下特性:(1)极高的抗拉强度,该特性和制作工艺及纤维直径有关;(2)高弹性,伸长率和张应力大小符合虎克定律,即伸长率和张应力成正比,外力为零时,恢复原形;(3)良好的耐热性能,即玻璃纤维在370燃烧状态下依然可以保持着50%的强度,在538时可以保持25%的强度;(4)热膨胀系数很低;(5)耐水性能好,不吸水,和水分接触时不发生胀大和伸直、不分裂、不发生化学变化;(6)良好的电绝缘性;(7)隔热性、隔音性良好。
概括起来,采用玻璃纤维复合材料制作的混凝土有如下主要工程特性:(1)抗压强度随着纤维体积比的增大而增大,到*大值后开始出现缓慢下降;(2)抗弯强度随着玻璃纤维含量的增大而增大,其初开裂缝时的抗弯强度与极限抗弯强度分别达到无纤维混凝土的3倍和4.9倍;(3)在含纤维体积比达到0.5%时,玻璃纤维混凝土的坍度值约为10.7cm,而当体积比达到2.5%时,其坍度则为零;(4)玻璃纤维混凝土的抗压强度和玻璃纤维的长度不相关,而玻璃纤维越长则其加人混凝土后混凝土的坍度越低。
三、。玻璃纤维的生产工艺玻璃纤维的生产方法玻璃纤维的生产方法主要分为定长纤维拉丝法和连续纤维拉丝法两种,应用于增强复合材料的玻璃纤维的制作,主要采用连续纤维拉丝法,主要有坩埚法与池窑拉丝法两种制作方式。
坩埚拉丝法是把经过精选得到的符合规定成分的长石、石灰石、石英砂、氧化铝、碳酸镁、硼酸等原料粉碎成细料后调制成为一定比例的配合混合料,然后加人玻璃池窑中,经过1500的高温熔化以后制成熔融的玻璃原料,形成玻璃球,在经过质检后剔除含有气泡或者含有杂质的玻璃球,把优质的玻璃球重新进行熔融,再制成连续玻璃纤维。
池窑拉丝法是,首先按照所需玻璃纤维化学组成的要求,精确计算出各种原料的配比,再把各原料细粉称量混和之后投人玻璃熔窑内,通过高温熔融后形成玻璃,再通过高速运转拉丝机的牵引,涂覆浸润剂,把装在熔窑料道底部的多孔漏板的漏板孔中流出的玻璃液制成纤维。制成的纤维称为原丝,原丝在经过捻线机加捻、整经机整经之后可以织成具有各种结构及性能的玻璃布。
作为非结晶型无机纤维的一种脆性材料,玻璃纤维具有成本低、不燃烧、耐化学腐蚀性好、耐热、拉伸强度小、断裂延伸率小、冲击强度高、绝热性及绝缘性好等特点,用其作为加强材料来增强混凝土复合材料的性能,具有很好的效果。然而,未经过处理的玻璃纤维表面上往往随机分布着大量的微缺陷,易发生脆性断裂,而强度则呈现出比较大的分散性,从而使复合材料的整体力学性能下降。玻璃纤维抗拉伸强度的提高,通常采用提高玻璃原料的高纯性及降低纤维原丝的直径的方法。
玻璃纤维的表面处理一般采用偶联剂,而偶联剂是一种具有两性结构的物质,能使两种性质大不相同的材料牢固地结合。偶联剂在玻璃纤维周围生成外壳,这种外壳具有一个交联结构,它可以除去玻璃纤维表面的水分和玻璃纤维内的细小损伤。偶联剂处理玻璃纤维的方法主要有前处理法、后处理法、迁移法三种。
四、玻璃纤维混凝土的加强原理和破坏机理1.玻璃纤维混凝土加强原理玻璃纤维混凝土的加强原理可以和在复合材料中添加纤维的加强原理进行类比。把纤维材料加人到脆性的混凝土之中,则纤维可以承受部分材料的内部应力,从而延缓或者阻止其微裂缝的发展活着扩大。在混凝土裂缝形成的过程之中,骨料一般是裂缝形成的“阻止器”,假如骨料足够坚硬,则会使得裂缝无法发生贯穿。裂缝的扩张需要绕过骨料边界,这样增加了裂缝扩张的面积,从而使得所需要的破坏能量也相应增加。在向混凝土中加人玻璃纤维后,纤维材料所扮演的角色和功能和骨料相似,甚至可以更好地阻止裂缝的蔓延或者发生。当裂缝延展到玻璃纤维时,若玻璃纤维可以抵抗裂缝蔓延的强度,那么裂缝则需要绕行而过,相应地,增加了裂缝扩张的面积,从而增加了其所需要的破坏能量。
玻璃纤维混凝土破坏机理在玻璃混凝土发生破坏之前其所承受的拉力主要由玻璃纤维和混凝土共同承担,开裂时,应力从混凝土传递到了邻近的玻璃纤维上,如果拉力继续增加,则玻璃纤维破坏,其破坏方式主要有三种:拉力破坏:在玻璃纤维所承受的拉力大于纤维和混凝土的粘合力时,玻璃纤维会被拉断。而当混凝土开裂后,玻璃纤维受拉变形过长,侧向体积收缩,纤维的拉力破坏加速。
拉断破坏:当混凝土发生开裂后,玻璃纤维所承受的拉力低于纤维与混凝土的粘合力,一旦超i拉在强度,玻璃纤维则会遭到拉断破坏。
剪切破坏:玻璃纤维混凝土所承但的剪力由混凝土和纤维共同分担,剪应力由混凝土传递至玻璃纤维使得纤维遭到剪力剪断破坏。由于玻璃纤维的长度比较大,抗剪面积相对较小,因此玻璃纤维对于混凝土抗剪能力的改善作用较弱。
玻璃纤维混凝土抗弯特性玻璃纤维混凝土在承受负载的情况下,应力-应变分为三个阶段,如所示。**阶段(图中OA段):弹性变形至初裂阶段,该阶段的特点是其变形呈线性增长的趋势,直到A点,该点强度被称之为玻璃纤维混凝土之初裂强度。第二阶段(图中AB段):当混凝土发生开裂之后,所承受的负载传递到相邻的纤维承担,其承受的能力则由玻璃纤维本身的强度和玻璃纤维及混凝土间的粘结力所决定,B点则为玻璃纤维混凝土的极限抗弯强度。第三阶段(图中BC段):强度达到极限强度,部分玻璃纤维被拉断或者拉脱,剩余的纤维依然还可以承受部分荷载,使其不至于发生脆断。
五、结论玻璃纤维是一种性能优异的无机非金属材料,可以在混凝土复合材料中起到增加其性能的效果。本文对玻璃纤维的特点、生产工艺以及玻璃纤维在混凝土复合材料的增强机理进行了阐述,对工程应用会有指导意义。