玻璃纤维增强水泥

玻璃纤维增强水泥耐久性分析与应用

建筑行业在我国城镇化建设中成为国民经济的支柱产业，建筑材料制品是建筑业重要的物资基础。装饰工程新材料新工艺，除了具有传统材料的优良性质，新型装饰材料还具有较为明显的安装省工省时、节能环保等优势。作为内墙装饰材料的玻璃纤维增强水泥板，具有比传统材料更为优异性能的一类材料。具有体重轻、易粘结、安装速度快、防火、保护生态环境、节约能源、减少污染、有利于提高建筑综合效益的特点与作用。

玻璃纤维增强水泥是以玻璃纤维为增强材料，以水泥净浆或水泥砂浆为基体而形成的一种复合材料。它不但具有优良的抗拉、抗弯、抗冲击性能，还具有抗裂性好、重量轻、易模性好、加工方便、不怕潮、不燃烧等优点。然而玻璃纤维增强水泥的耐久性问题一直是限制其在更大范围内使用的主要原因之一。因此，对玻璃纤维增强水泥长期性能下降机理及耐久性改善措施研究十分必要。

玻璃纤维增强水泥长期性能降低的机理

国内外学者曾提出：水泥水化产生的Ca(OH)与玻璃纤维相互作用生成新的物质，从而造成对玻璃纤维的侵蚀，导致了玻璃纤维丧失抗拉强度。结晶压力概念认为，玻璃纤维裂缝和缺陷中，水泥水化物晶体生长时产生的结晶压力是玻璃纤维强度下降的重要原因之一。应力侵蚀概念认为，应力侵蚀主要由于玻璃纤维表面存在缺陷，水、蒸汽和水泥水化物等均可在缺陷端部造成应力集中，使缺陷扩展，从而使玻璃纤维收到侵蚀。玻璃纤维出来受Ca(OH)的化学侵蚀外，还可能收到水泥水化物的物理侵蚀，即水泥水化物的结晶生长对玻璃纤维起破坏作用。

玻璃纤维增强水泥长期技能下降的机理主要包括：

1、水泥水化后孔溶液中的OH离子对玻璃纤维硅氧骨架（-Si-O-Si-）的侵蚀，即典型的化

学侵蚀机理。

2、由于界面区Ca(OH)晶体生长所产生的压力造成的破坏。

3、玻璃单丝与水泥水化产物胶结处形成的应力集中原因。

4、水泥水化物填充了玻璃纤维间的空隙，是玻璃纤维的变形自由度下降，导致玻璃纤维增

强水泥的破坏。

玻璃纤维增强水泥耐久性改善

改变玻璃纤维化学成分

早起曾因普通玻璃纤维在碱性介质中强度迅速下降、变脆等原因造成了玻璃纤维增强水泥的研究、生产曾一度中断。20世纪60年代，采用在钠玻璃纤维中加入氧化锆的方法研制成了抗碱玻璃纤维，之后研制成名为“Cem—Fil”的抗碱玻璃纤维，这为在世界范围内玻璃纤维增强水泥材料的开发和应用起到了很大的推动作用。

使用碱玻璃纤维制成的玻璃纤维增强水泥耐久性好的原因，抗碱玻璃纤维是在玻璃纤维中增加ZrO2,TiO2等耐碱性较强的成分，这样在碱液作用下纤维表面自动形成保护膜，产生富锆、富钛现象，减缓侵蚀速率，提高纤维的耐碱性能，从而提高了玻璃纤维增强水泥的长期性能。

基体的改性

对基体的改性研究包括生产玻璃纤维增强水泥专用的低碱度水泥和使用掺合料或聚合物乳液对普通硅酸盐水泥进行改性两大类。

活性掺合料改善玻璃纤维增强水泥耐久性原因：

1、由于活性掺合料的加入取代了一部分普通硅酸盐水泥，降低了水泥用量，使Ca(OH)生

成量减少。

2、活性掺合料可与普通硅酸盐水泥水化产生的Ca(OH)发生二次反应，消耗了Ca(OH)，从

而使水泥碱度降低；Ca(OH)量的降低减少了OH离子对玻璃纤维的化学侵蚀，降低了

Ca(OH)对玻璃纤维的物理及应力侵蚀。

3、活性掺合料的加入，还可以改善玻璃纤维与基体间的界面结构，改善玻璃纤维的受力状

态。

玻璃纤维表面涂覆处理

对玻璃纤维表面进行涂覆处理的方法分为有机物涂覆处理、无机物涂覆处理、有机物与无机物复合涂覆处理，玻璃纤维经过处理后，其表面上形成一些较厚的保护膜，防止玻璃纤维表面与水泥基体直接接触，避免纤维表面受水泥侵蚀，改善玻璃纤维的耐碱、耐水性和机械强度。

界面改善

玻璃纤维和基体间的界面区的性能对玻璃纤维增强水泥材料的综合性能起着非常关键的作用。玻璃纤维增强水泥与其他水泥基符合材料的主要区别之一就是其非常复杂的微观界面结构。在玻璃纤维增强水泥材料中，玻璃纤维是以含有许多玻璃纤维单丝胶结在一起形成的玻璃纤锥束的形式起增强作用，而不像其他复合材料是以单个纤维起增强作用。

改善界面区的结构，就是要减少界面区的缺陷，降低界面区的应力集中，提高界面区的均质性，就是要降低界面区的孔隙率以及要细化孔径，此外，也要减少界面区Ca(OH)的总量和降低Ca(OH)的结晶取向和晶体尺寸。另外，活性掺合料还可细化水化物的结构，填充孔隙，使基体更密实，使水及其他侵蚀性介质不易进入。

玻璃纤维增强水泥应用

玻璃纤维增强水泥制造的建筑装饰构件应用广泛。玻璃纤维增强水泥板造型逼真细腻，表现力强，是一种非常理想的塑造古典风格的建筑材料。由于玻璃纤维增强水泥造价低，安装便利，便于进行工业化大批量生产，所以它在现代建筑中也得到了大量的运用。它可用于外墙的幕墙结构，也可用于内部轻质隔墙，还可做成有较高隔音保温的夹心墙。

玻璃纤维增强水泥建筑装饰构件具体包括面板和支撑骨架两部分，支撑骨架包括连接件及钢骨架。玻璃纤维增强水泥板通过连接件连接在钢骨架上，到现场后只需将钢骨架与预埋于主体结构上的预埋件相焊接。

玻璃纤维增强水泥板是目前装饰领域新型的装饰材料，被广泛应用于学校、医院、电视台、演艺中心、艺术中心等领域中的屋宇建造、土木建筑和其他特种用途。例如：剧院的声学反射、吸声吊顶和墙面、高档建筑的大厅艺术造型吊顶。

国家大剧院应用玻璃纤维增强水泥板装饰墙面原因：

1、无毒、无害、环保

2、质量轻、强度高、不变形。主材石膏对玻璃纤维无任何腐蚀作用，产品性能稳定、经久

耐用、不龟裂、不变形，使用寿命长。

3、声学效果好。玻璃纤维增强水泥板经过良好的造型设计，可构成良好的吸声结构，达到

隔声、吸引的作用。

4、施工便捷、加工周期短。玻璃纤维增强水泥板可根据设计师的设计，任意造型，现场加

工性能好，安装迅速、灵活，可进行大面积无缝密拼，形成完整造型。其脱膜时间仅需30分钟，干燥时间仅需4个小时，大大缩短施工周期。

5、材质表面光洁、细腻，白度达到90%以上，并且可以和各种涂料及面饰材料良好地粘结。