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高性能玻镁外墙挂板的耐久性与使用寿命评价(中)
作者:admin 日期:2012年02月15日 来源:本站原创 浏览:

核心提示:  4.2玻镁板的力学性能与实验温度之间的Arrhenius规律性 图6是根据内插法得出的普通玻镁板和佳汇牌玻镁外墙挂板的极限弯曲强度与实验温度之间的Arrhenius型曲线。结果表明,图6中3种极限弯曲强度下的Arrhenius型曲线

 

4.2玻镁板的力学性能与实验温度之间的Arrhenius规律性

图6是根据内插法得出的普通玻镁板和佳汇牌玻镁外墙挂板的极限弯曲强度与实验温度之间的Arrhenius型曲线。结果表明,图6中3种极限弯曲强度下的Arrhenius型曲线均为一组平行线,这充分证明玻镁板的弯曲强度损失速率与反应温度之间符合Arrhenius型关系。这样就可以用在较高温度条件下,通过较短时间的加速老化实验,来评价、预测长期使用在较低温度的正常使用环境下的极限弯曲强度变化规律。以此为基础,可以将这一簇直线在0~100℃范围内外推,它仍然是一簇符合Arrhenius型的直线。为了使计算和预测简便易行,可以把图6中的一簇相互平行的直线“归一化”,即简化为一条简单的直线。取50℃作为归一化的基准温度,对于普通玻镁板和佳汇牌玻镁外墙挂板,分别选定某一适当的强度σ,如6.20Mpa和8.34Mpa。假设:ɑ为绝对温度T条件下强度降至σ所对应的时间tT与基准温度323K所对应的时间t323之比:

ɑ=ⅡT/Ⅱ323

高性能玻镁外墙挂板的耐久性与使用寿命评价(中)
a)M配比

高性能玻镁外墙挂板的耐久性与使用寿命评价(中) 
b)MSGP1配比

图6 普通玻镁板和佳汇牌玻镁外墙挂板的极限弯曲强度与实验温度之间的Arrhenius型曲线

将ɑ的对数与温度T的倒数作图,即lnɑ]1/T,即可得到一条“归一化”的Arrhenius型直线,如图7所示。结果表明:

(1)普通玻镁板的lnɑ和1/T的函数关系如式(2):

lnɑ=8350.8(1/T)□25.854    (2)

(2)(2)优选配比MSGP的的lnɑ和1/T的函数关系如式(3):

lnɑ=9798(1/T)□30.334    (3)

高性能玻镁外墙挂板的耐久性与使用寿命评价(中)
a)M配比

高性能玻镁外墙挂板的耐久性与使用寿命评价(中)
b)MSGP1配比

图7不同玻镁板的“归一化”Arrhenous型直线

4.3玻镁板的热水加速老化实验条件与自然环境条件之间的关系

以中国首都北京的气候条件为例,通过公式(2)和(3),可以获得不同玻镁板的热水加速老化试验时间与北京地区年平均气温为12℃的自然老化时间的关系,详见表4。

针对中国不同地区的气温条件,通过计‘算获得不同玻镁板在我国不同地区的自然老化时间与50℃和80℃热水加速老化1d的关系,计算结果详见表5和表6。

表4 不同玻镁板的热水加速老化试验时间与北京地区自然老化时间的关系

条件 相当于北京地区自然老化时间/d
普通玻镁板 佳汇牌玻镁外墙挂板
80℃1d 286 752
50℃1d 31 57

表5 全国不同气候自然老化对应于加速老化50℃ 1d的关系

地区 平均气温 相当于北京地区自然老化时间/d
普通玻镁板 佳汇牌玻镁外墙挂板
京津地区 12℃ 31 57
华北地区 10℃ 39 73
华东地区 14℃ 26 45
华南地区 20℃ 14 22
东北、西北地区 4℃ 73 154

表6 全国不同气候自然老化对应于加速老化80℃ 1d的关系

地区 平均气温 相当于北京地区自然老化时间/d
普通玻镁板 佳汇牌玻镁外墙挂板
京津地区 12℃ 283 752
华北地区 10℃ 348 959
华东地区 14℃ 230 592
华南地区 20℃ 127 294
东北、西北地区 4℃ 659 2030

 

4.4玻镁板在自然环境下的寿命预测与规律性

根据按照英国标准、德国标准和国际学术界对玻璃纤维增强水泥材料的寿命的划分规定,当强度保留率低于30%时,即认为材料不能满足使用要求,即材料的寿命终结。通过上述对不同玻镁板在热水加速老化实验中力学性能的退化特性,通过计算不同玻镁板的强度保证率,按照低于50%为材料服役寿命的终结,就能够计算出不同玻镁板的使用寿命。表7是不同玻镁板在50℃加速老化条件下的强度保留率。

表7不同玻镁板在50℃加速老化条件下的强度保留率

配比 干燥 50℃20d 50℃40d 50℃60d 80℃2.5d 80℃5d 80℃7d 80℃10d 80℃12d
M 100% 48.0% 67.6% 45.6% 42.2% 49.6% 58.2% 35.1% 34.9%
MSGP1 100% 72.3% 57.4% 66.4% 63.3% 73.3% 72.5% 62.0% 67.8%

表8为不同玻镁板在全国各个地区的使用寿命,其中,“≥”表示最低寿命为计算值,“≤”表示最长寿命为计算值。由于热水加速老化实验的时间限制,50℃和80℃更长老化时间的试验没有做完,因此本研究工作暂未得出佳汇牌玻镁外墙挂板的最长使用寿命,仅仅获得了其最短使用寿命。表8的计算结果表明,在北京地区,普通玻镁板的使用寿命低干1.7a,佳汇牌玻镁外墙挂板的服役寿命超过25a;在西北和东北寒冷地区,普通玻镁板的服役寿命低于4 a,佳汇牌玻镁外墙挂板的服役寿命超过66a。

因此,采中国国家“七五”重点科技攻关项目成果的佳汇牌玻镁外墙挂板,在类似于我国东北、西北地区环境气候条件的国家和地区,其有效使用寿命可以达到50年以上。

表8不同配比在全国各个地区的服役寿命

配比 京津地区/d 华北地区/d 华东地区/d 华南地区/d 东北、西北地区/d
M ≤628 ≤773 ≤512 ≤282 ≤1464
MSGP1 ≥9025 ≥11508 ≥7103 ≥3530 ≥24360

4.5玻镁板寿命预测结果与实际使用寿命之间的相关性

南京航空航天大学土木工程系和中国科学院青海盐湖研究所的科研人员从2006年开始,调查了中国不同地区使用1-20年的几十个玻镁材料户外工程,并取样进行了系统的微观结构分析,典型的研究结果如下:

(1)南京佳汇新型建材有限公司以前生产的普通玻镁板,在南京作为户外围墙使用6a以后,发现板材结构已经酥松,强度丧失,已失效破坏,实际寿命应远小于6a,而通过热水加速老化实验预测其使用寿命为2a左右,此时的强度保留率为48%,两者相符,表明预测方法是正确的。

(2)在浙江沿海地区使用14-15a的室内玻镁建筑垃圾道和户外玻镁板,在制作时采用了适当的改性技术,其实际使用寿命在15a左右,而热水加速老化实验预测强佳汇牌玻镁外墙挂板的使用奄命在19a左右,基本相符,证明预测结果的正确性。

五、高性能玻镁外墙挂板的高耐久性机理

5.1碳化后水泥的微观物相组成、微观形态及纤维腐蚀状况

(1)碳化样品的微观物相组成分析

图8是M和MSGP1自然、碳化样品的XRD图。表9为M和MSGP l的自然和浸水样晶XRD分析结果汇总表。碳化前,样品的主要物相为Mg(OH) 2·  MgCl2·8H2O(5·l·8)和Mg(OH)2;碳化后样品的主要物相为MgCO3、5·1·8和Mg(OH)2·MgCl2·2MgCO3·6H2O(1·1·2·6)。碳化后5·1·8和Mg(OH) 2,的特征峰变弱,MgCO3特征峰变强,这表明强CO2条件下5·1·8转化为l·1·2·6,Mg(OH) 2碳化生成了MgCO3,此外,M试样出现了微量的4MgCO3·Mg(OH) 2·4H2O(4·l·4),它是l·l·2·6受到水份作用之后的进一步分解产物。可见,物相改变是碳化后GRMC试件的抗弯强度明湿增大的原因。比较M和MSGPl的1·1·2·6特征峰发现,M的1·1·2·6特征峰强于MSGP1,即M的碳化程度火于MSGPl,因此,掺加复合抗水外加剂肯矿物掺合料可有效减缓氯氧镁水泥的碳化进程。

高性能玻镁外墙挂板的耐久性与使用寿命评价(中)

图8是M和MSGP1自然、碳化样品的XRD图

表9 M和MSGP1的自然和碳化样品的XRD分析结果汇总表

配比 试验条件 SiO2 MgCO3 Mg3Si4O10(OH)2 CaCO3 MgO 5·1·8 Mg (OH)2 4·1·4 1·1·2·6
M 自然 + + * * + +++ + * *
M 碳化 + +++ * * + ++ + * ++
MSGP1 自然 + + - * + +++ +    
MSGP1 碳化 + +++ * * + ++ +   ++

说明:+++表示很多,++表示较多,+表示较少,*表示微量,-表示不存在。

碳化样品的微观形态及纤维腐蚀状况

碳化后,氯氧镁水泥基体的碱度降低,接近中性。在理论上讲,玻璃纤维在中性的环境下的稳定性优于较酸碱环境,但是碳化是否真的对玻璃纤维没有损害,需要试验观察验证。用低真空扫描电镜(SEM)观察了两种配比碳化样品的微观机构形貌好纤维腐蚀状况。M碳化样品SEM照片见图9.

高性能玻镁外墙挂板的耐久性与使用寿命评价(中)
图9 M碳化样品SEM照片

图9a~c为碳化样品纤维情况,从图中可以看出纤维表而光滑,说明氯氧镁水泥碳化不会造成纤维腐蚀。另从图9c中看出纤维和水泥基体粘结良好,结构致密,纤维间水泥基体jt要为板块状晶体及凝胶相。图9d为图9c放火照,纤维间仍有5·l·8针棒状晶体存在。图9e和图9f为水泥基体照片,图中条状凹痕是制样时纤维拔出留下。水泥基体以板块状晶体和凝胶相为主。结合XRD结果,可推测板块状结晶以MgCO3为主。试验中暂未观察到1.1·2·6不同于其他物质的特有结晶形态。

图10为MSGPl碳化样晶的SEM照片。图10a~d为基体形貌,图10a为基体全貌,照片中裂纹为制样时造成的。图10b和图10c可以看出棒状晶体和凝胶相相互连生。图10d中的水泥基体为板块状晶体和凝胶相组成。图10e和图lOf为纤维照片,纤维表面基本光滑,无腐蚀现象。

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

 碳化后,2种配比的纤维均无腐蚀现象,说明氯氧镁水泥碳化对中碱玻璃纤维无损害。碳化后氯氧镁水泥基体中的针棒状结晶形态变少,主要以凝胶相和板块状为主,结构密实度变大,且纤维和基体粘结良好。这是GRMC试件碳化后强度明明显增大的原因之一。

5.2 冻融循环样品的微观物相组成与微观形态

(1)冻融样品的微观物相组成分析

图11是M和MSGP1自然、浸水和冻融样品的XRD图,表10为M和MSGPl的自然、浸水和冻融样品XRD分析结果汇总表。可看出冻融前后,5·l·8都是M和MSGPl的主要物相。

M冻融样品的XRD图和浸水样品的物相组成基本相同。不同的是冻融样品代表MgCO3和5·1·8的0.2743nm的峰值变强,代表MgCO3和MgO的0.2106nm峰值也有所增强。冻融条件下,样品长期与水接触,低活性的MgO与水长期接触会发生水化反应,故冻融样品中MgO含量应小于或等于浸水样品中MgO含量。冻融样品中代表5·1·8的主要衍射峰和浸水样品相同,因此0.2743nm和0.2106nm的峰值变强,代表了MgCO3说明在冻融循环的过程中小部分Mg(OH) 2发生碳化反应生成MgCO3。比较自然、浸水、冻融样品RXD发现代表Mg(OH) 2的0.4772nm的衍射峰强度变化趋势为弱一强一弱。M样品中5·1·8稳定性差,浸水后部分5·1·8分解生成Mg(OH) 2,0.1772nm的衍射峰变强;冻融后该衍射峰变弱,说明部分Mg(OH) 2发生了碳化反应。也就是说,MgCO3含量的增加与5.1.8分解产物Mg(OH) 2的碳化有关。

MSGP1冻融、浸水和自然样品的物相组成基本相同,说明MSGPl配比水泥基体中的5·1.8在浸水和冻融条件下都有良好的稳定性,性能优于M。

 
高性能玻镁外墙挂板的耐久性与使用寿命评价(中)

表10 M和MSGPl的自然、浸水和冻融样品XRD分析结果汇总表

配比 试验条件 SiO2 MgCO3 Mg3Si4O10(OH)2 CaCO3 MgO 5·1·8 Mg (OH)2 4·1·4 1·1·2·6
M 自然 + ++ * * + +++ + * *
M 浸水 + ++ * * * +++ ++ *  
M 冻融 + ++ * * * +++ + *  
MSGP1 自然 + ++ - * + +++ +    
MSGP1 浸水 + ++ - * * +++ +    
MSGP1 冻融 + ++ - * * +++ +    

说明:+++表示很多,++表示较多,+表示较少,*表示微量,-表示不存在。

 
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