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高性能玻镁外墙挂板的耐久性与使用寿命评价(上)
作者:admin 日期:2012年02月14日 来源:本站原创 浏览:

核心提示:通过快速碳化、快速冻融和喷淋一热辐射等试验系统研究了普通玻镁板和掺加复合抗水外加剂和矿物掺合料的高性能玻镁外墙挂板的耐久性,结果表明.玻镁外墙挂板的水化产物物相组成和微观结构的稳定性是决定其耐久性的关键因素高性能玻镁外墙挂板具有优良的抗碳化能力、抗冻融破坏能力、抗喷淋-热辐射循环破坏能力。因此,对玻镁产品进行有效的抗水改性,是提高其耐久性的最有效方法。

 

高性能玻镁外墙挂板的耐久性与使用寿命评价(上)

余红发1,2,刘倩倩2,李颖1,林启红3

(1.中国科学院青海盐湖研究所  西宁810008;2.南京航空航天大学土木工程系

南京210016;3.南京佳汇新型建材有限公司  南京210059)

 

摘要:通过快速碳化、快速冻融和喷淋一热辐射等试验系统研究了普通玻镁板和掺加复合抗水外加剂和矿物掺合料的高性能玻镁外墙挂板的耐久性,并借鉴SIC(Strand In Cement)试验方法。对两种玻镁板进行了热水加速老化试验。通过分析试件的破坏形态、强度特征、物相组成和SEM微观结构的稳定性、以及镁水泥玻璃纤维界面结构之间相互作用,研究了玻镁材料改性前后的耐久性规律。分析了普通玻镁板的微观失效机理,提出了高性能玻镁外墙挂板具有高耐久性的形成机理。结果表明.玻镁外墙挂板的水化产物物相组成和微观结构的稳定性是决定其耐久性的关键因素高性能玻镁外墙挂板具有优良的抗碳化能力、抗冻融破坏能力、抗喷淋-热辐射循环破坏能力。普通玻镁板在户外自然环境条件下的使用寿命较短.不足4a,高性能玻镁外墙挂板在户外自然环境条件下的使用寿命较长.在京津地区超过25a。在与中国东北、西北类似环境气候条件下能够满足50a的使用要求。因此,对玻镁产品进行有效的抗水改性,是提高其耐久性的最有效方法。

关键词:玻镁外墙挂板:氯氧镁水泥:玻璃纤维:耐久性:使用寿命

一、引言

高性能玻镁外墙挂板是南京佳汇新型建材有限公司引进国家“七五”重点科技攻关项目成果、于2005年开发成功的一种新型外墙装饰材料,具有防水、防火、防腐、防虫害、抗老化,绿色环保等性能优势。已经先后获得国家实用新型专利和国家发明专利,并在美国、加拿大和芬兰等国家得到大量应用。经过中国科学院青海盐湖所和南航空航天大学土木工程系对该材料耐久性进行了系统、全面的研究,证明佳汇牌玻镁外墙挂板具有经久耐用的特点,使用寿命长达50年以上。本报告是对坡镁外墙挂板耐久性实验的总结。

玻镁外墙挂板必须采用新型复合抗水外加剂技术,本报告重点研究了佳汇牌玻镁外墙挂板的抗碳化能力、抗冻融破坏能力、抗喷淋、热辐射循环能力以及热水加速老化实验规律性,同时与普通玻镁板的耐久性进行系统的比较研究。以下报告中,编号M是普通玻镁板,编号MSGP1是佳汇牌玻镁外墙挂板。

二、实验方法

2.1碳化实验

碳化设备采用CCB-70A型混凝土碳化试验箱,碳化试验条件为(20士5) ℃、(70士5)%RH、CO2浓度(20士3)%,碳化时间为28d。试件规格为305mm×152mm,碳化28d后,用DL-D-100KN/5000N电子万能试验机测试碳化试件的抗弯荷载-挠度曲线,评价碳化前后不同玻镁板的弯曲力学性能。

2.2快速冻融实验

实验参照混凝土相关标准ASTM C 666-97《Test Method for Resistance of Concrete to Rapid Freezing and Thawing》 (Procedure B)。将规格305mm×152mm的板材试件在不低于(5士2) ℃的水中至少浸泡48h,把每块板材分别封装于塑料袋内.进行冻融循环,冻融采用气冻、水融方法,在(-18士2)℃冻4h、在(4士2) ℃水中融1h为一个冻融循环。AC386标准要求试件经过25次冻融循环后肉眼观察无裂缝、分层或碎裂现象。然后,用DL-D-100KN/5000N电子万能试验机测试试件的抗弯荷载挠度曲线,评价冻融前后不同玻镁板的弯曲力学性能。

2.3喷淋一热辐射实验

为了模拟日晒雨淋作用,参照标准ASTM C1185-99,设计了喷淋-热辐射实验方法。试验设备采用自来水喷淋头和电热辐射器。将规恪为152mm×150mm的板材试件与垂直方向呈80°放置,在正上方安放一个喷头,并放置一个辐射热量的加热装置,交替进行喷淋和热辐射试验。其循环制度如下:用不高于30℃的水喷淋2h55min,喷水速度为3.786L/min,静停5min;然后加热辐射2h55min,使试样温度达到(60士5) ℃,再静停5min,为一个交替循环。经过2次喷淋一热辐射循环试验后,用肉眼观察试件是否有损伤或结构变化。并采用DL—D—100KN/5000N电子万能试验机测试试件的抗弯荷载一挠度曲线,评价喷淋一热辐射前后不同玻镁板的力学性能。

2.4热水加速老化实验

热水加速老化试验(SIC)方法参照标准:ASTM C 1185—99《test Methods for Sampling and Testing Non—asbestos  Fiber—ceinent  Flat Sheet,  Roofing  and Siding Shingles, and  Claptboards》,BS EN 14649—2005 and DIN EN 14649—2005《Precast concrete products-Test method for strength reterltion of glass fitbres in cement and concrete(SIC test)》。试验设备采用SY-84型水泥快速养护箱。试件规格为305mm×152mm。试件自然养护28d后,将其在指定温度(50℃和80℃)下煮沸至一定的天数后,肉眼观察试样是否有裂缝、分层或其它缺陷。80℃热水煮沸的时间分别为2.5、5、7、10和12d,50℃热水煮沸的时间分别为20、40和60d。之后采用DL—D—100KN/5000N电子万能试验机测试试件的抗弯荷载一挠度曲线,评价热水加速寿命实验后不同玻镁板的弯曲力学性能。并运用Arrhenius理论,分析玻镁板的强度损失率,研究其在自然条件下的寿命规律。

2.5微观结构分析

采用日本理学公司产的D/MAX-3B型X射线衍射仪进行物相组成分析,CuKa,管压40KV,管流30mA,扫描速度4°/min,扫描范围(20)5°~80°。日本电子光学公司产的JSM一3600LV低真空扫描电子显微镜观察样品微观形貌,SEM分辨率为3.5nm,仪器加速电压为20KV,试样分析前表面喷金。

三、玻镁外墙挂板的耐久性实验结果与分析

3.1玻镁外墙挂板的抗碳化能力

表1是不同玻镁板碳化后的质量变化规律。结果表明,碳化后玻镁板的质量增大,质量增幅在14%~22%。质量增加部分主要是玻镁板吸收了CO2,表明镁水泥水化产物与CO2发生了碳化反应,碳化后水泥基体物相组成将发生改变。从环保的角度看,玻镁板在使用过程中可大量吸收CO2,属于绿色环保吸碳材料。

表1 快速碳化前后不同玻镁板试件的质量

编号 碳化前质量/g 碳化后质量/g 质量变化率/%
M -1 366.4 437.8 19.49
-2 372.8 449.6 20.60
MSGP1 -1 412.8 472.8 14.53
-2 417.8 477.8 14.36

图1是不同玻镁板碳化前后的初裂弯曲强度(fcra)和极限弯曲强度(fm)。结果表明,碳化后普通玻镁板的初裂弯强度下降了10%,极限弯曲强度提高了31%,而佳汇牌玻镁外墙搓板的初裂弯曲强度和极限弯曲强度均比碳化前提高了2%~3%,这表明佳汇牌玻镁外墙挂板的性能较稳定,不会因大气的碳化作用而降低。

高性能玻镁外墙挂板的耐久性与使用寿命评价(上)

1不停玻镁板在碳化状态和自然状态下的弯曲强度对比

3.2冻融循环对GRMC弯曲力学性能的影响

图2是不同玻镁板经过25次冻融循环实验后的表面形态照片。可见,试件冻融后表面无颗粒脱落及结构疏松现象。

高性能玻镁外墙挂板的耐久性与使用寿命评价(上)     高性能玻镁外墙挂板的耐久性与使用寿命评价(上)

a)M                            b)MSGP1

图2冻融试验后不同玻镁板试件的表面状态

3 是不同玻镁板经过25次冻融循环前后的初裂弯曲强度(fcar)和极限弯曲强度(fm)。结果表明,经过25次冻融循环之后,两种玻镁板额初裂弯曲强度几乎没有降低,极限弯曲强度分别提高了19.6%和1.9%,这同样表明佳汇牌玻镁外墙挂板的性能较稳定,不会因环境的冻融作用而发生变化,从而影响使用功能。

 高性能玻镁外墙挂板的耐久性与使用寿命评价(上)

图3 是不同玻镁板经过25次冻融循环前后的初裂弯曲强度和极限弯曲强度

3.3喷淋-热辐射对GRMC弯曲力学性能的影响

4 是不同玻镁板经过25次喷淋-热辐射循环后的表面状态照片,可以看出,普通玻镁板表面出现了大面积脱落,有肉眼可见的孔洞,佳汇牌玻镁外墙挂板的表面水泥浆体变薄,无可见孔洞出现。

高性能玻镁外墙挂板的耐久性与使用寿命评价(上)  高性能玻镁外墙挂板的耐久性与使用寿命评价(上)

a)M                           b)MSGP1

4 喷淋-热辐射25次循环后不同玻镁板的表面状态

图5比较了不同玻镁板在25次喷淋-热辐射循环和自然、干燥和浸水48h的极限弯曲强度。结果表明,喷淋-热辐射试验后玻镁板的力学性能有所下降,但是下降幅度不超过20%。以干燥条件为基准,普通玻镁板和佳汇牌玻镁外墙挂板在25次喷淋-热辐射循环条件下的弯曲强度表留率均在80%以上。这充分证明,玻镁板材在室外日晒雨淋条件下具有较好的耐候性。

高性能玻镁外墙挂板的耐久性与使用寿命评价(上)

5玻镁板在自然、干燥,浸水48h和25次喷淋一热辐射循环条件下的极限弯曲强度

四、玻镁外墙挂板的寿命预测方法

4.1玻镁板在热水加速老化实验条件下的力学,性能变化

玻镁板属于玻璃纤维增强水泥材料,其使用寿命预测可以采用国际上通行的标准,即ASTM C1185—99((Test Methods for Sampling and Testing Non-asbestos Fiber-cement Flat Sheet,Roofing and Siding Shingles,and Clapboards)),BS EN 14649-2005 and DIN EN 14649—2005((Precast concrete products—Test method for strength retention of glass fibres in cement and concrete(SIC test))),其基本方法是热水加速老化试验(SIC)方法。表2和表3分别是普通玻镁板和佳汇牌玻镁外墙挂板在50℃和80℃热水加速老化实验条件下的极限弯曲强度。

表2普通玻镁板试件在不同热水加速老化条件下的弯曲强度/Mpa

    时间
 温度
干燥 2.5d 5d 7d 10d 12d 20d 40d 60d
80 12.50 5.28 6.20 7.27 4.39 4.36 - - -
50 - - - - - 6.00 7.18 5.71

 

表3 佳汇牌玻镁外墙挂板试件在不同热水加速老化条件下的弯曲强度/Mpa

    时间
 温度
干燥 2.5d 5d 7d 10d 12d 20d 40d 60d
80 12.39 7.84 9.08 8.98 7.68 8.40 - - -
50 - - - - - 8.96 8.38 8.22

 
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