玻璃纤维增强氯氧镁水泥混料_丝_方式及工艺实施

�� � � 年第 � 期 � 月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 � � � � �麟 ��� �� � � �� � � � � � � � � � �� � � � � � � � � � � � � � � � � 玻璃纤维增强氯氧镁水泥混料 �丝 �方式及工艺实施 韩敏芳 李伯涛 �中国矿 业大学北京研 究生部 �� � � � � � 摘要 � 本 文论述 一�玻 璃纤维 短丝在抓氧镁水泥基体中的三 种分布方式 , 提出了七种实施混 丝的工艺 , 并对其可行性 进行 了分析 关键词 � 玻璃 纤维 氯氧镁水泥 均匀混合 一 、概 述 氯氧镁水泥是一种 低碱度胶凝材料 , 可 以采用普通 中碱玻璃 纤维增强 , 而不会对玻 璃纤维有太多的腐蚀 。 玻璃纤维增强氯氧镁 水泥制成的波形板是一种不含石棉 , 性能指 标又决不亚于石棉水泥板的制品 , 同时 又 回 避了纤维增强水泥制 品中必须使用耐碱玻璃 纤维和低碱度水 泥基体的要求 , 在成本价格 上具有明显的优势 , 有较大 的潜 力和 广阔的 市场前景 。 玻璃纤维增强氯氧镁水泥制品一般采用 中碱玻璃纤维 网格布或 中碱玻璃纤维长 、短 丝 , 大量 的实验 结果川 表 明 , 采 用中 间加 一 层玻璃纤维布 , 两边水泥基体中配以玻璃纤 维短丝增强制 成的波形板 , 其性能和生产成 本等综合指 标均较为理想 。 上述 方式 , 关键 是将玻璃纤维短丝均匀有效地分布于基体材 料 中 。 针对这 一点 , 我 们作 了大量的实验研 究 , 走过了小试和中试试验 , 现 已进入了工业 化大生产阶段 。 本文仅就此点 , 谈些体会和 经验 , 以共商榷 。 二 、玻璃纤维短丝在氯氧镁水泥基体中 的分布方式 氯氧镁水泥是 以轻烧镁 �又称菱苦土 �为 原料 , 配以自水调制而成料浆 , 在此基础上加 入改性外加剂 和填料 , 同时加 入起增强作用 的玻璃纤维短丝 。 这样混料部分可以看作是 一 � � 一 三种物料的混合 。 �参见图 �� 轻烧镁 十卤水 � 一�一 琪二军一冲可⋯仁些绝携丝 � �巡竺口 匕兰竺� 一里一 � 一 , 一均 匀 混 合 ‘ — , 一壁生竺�哩少生⋯ 图 � 原料混合过程框图 玻璃纤维短丝进入泥料的方式有三种 � � � 一维方向定向排列 这种布丝方式要求玻璃纤维短丝沿某一 方向或在局部范围内沿某一方 向定向分布于 基体泥料中。 对于 使用较 长 的连 续玻璃纤 维 , 这种布丝方式 比较容易实现 , 纤维的利用 率也较高 , 但是 , 这种丝的分布方式会造成基 体复合材料典型的各向异性 。 对于有此项性 能要求的材料效果较好 , 但对于使用短切玻 璃纤维而言 , 这种 定向排列的分布方式在工 艺实施过程中有一定困难 , 从工艺上来说 , 也 不要求短丝定向排列 , 因此在实际生产中 , 我 们不提倡这种方式 。 � � 二维平面内随机分布 将玻璃纤维短丝以层铺方式引入基体泥 料 中 , 当然 , 这种布丝方式也会形成复合材料 的各向异性 , 但这与一维定向排列的纤维形 成的复合材料 的各向异性不同 , 确保了短纤 维丝增强部分的基体材料在二维平面 内的各 向同性 , 而在 与平面垂直方向上出现了不一 致 , 这种各向异性针对 目前生产的氯氧镁水 泥波形板而言 , 是一种理想的配置 , 它正好能 满 足 制 品 的 性 能 要 求 �参 见 国 标 �� � �� � � �一� � 、。 从 另一角度来看 , 波形板 的厚度一般在 � 一 � � � 之间 , 而短切玻璃纤 维丝的长度 �巧 一 �� � �远远大 于板的厚度 , 如果玻纤丝沿板的厚度方向上分布 , 就会造 成纤维丝弯曲 , 团聚 , 这种效应不仅会严重影 响玻纤丝的增强效果〔�〕, 还会使复合体材料 产生较多的缺陷 。 综合上述因素考虑 , 二维 平面 内随 机布 丝是一 种 比较理 想的分布方 式 , 它易实现短丝的均匀分布 , 在工艺设备中 也容易实施 , 丝的加入量不受工艺限制 , 特别 是在薄板制品 中 , 这种方式是一种值得推荐 且很有发展前途的方法 。 � � 三维方式随机分布 � 将玻璃纤维短丝与泥料经过搅拌等方式 均匀混合 。 这种方式确保了短纤维在三维方 向上的均匀分布 , 保证了复合材料 的各项 同 性 , 从理论上讲 , 是一种很好的方式 。 但实施 时 , 玻纤丝 的长 度必 须小于 �� � � , 加量 较 少 , 搅拌过程 中有时会 出现折丝甚至结团现 象 , 玻纤丝的利用率相对较低 。 但这种方式 设备简单 、操作便捷 , 是目前使用着的一种混 合方式 。 总之 , 上述 三种 布丝方式都有其合理性 和可行性 , 实际生产时可根据具体的工 艺要 求 , 设备状况 , 生产规模 , 资金状况等因素综 合考虑 , 选择最合理的 。 我 们在实 际的抓氧镁水泥波形 板生产过程中 , 主要采 用了二维平面内布丝和三维方式布丝两种方 式将玻纤短丝分散于基体材料 中 , 具体的工 艺路线有如下七种 。 三 、抓级镁水泥波形板混料 �丝 �的工艺 实施 � � � 自落式搅拌混合 将料浆 、填料和短切 的玻璃纤维丝按工 艺要求的比例放入搅拌筒内 , 拌筒 内壁上设 置有若干径 向布置 的搅拌 叶片 。 工作时 , 拌 筒绕水平轴回转 , 物料被提升至一定的高度 。 如图 � 中的 � 处 , 当其重力的径 向分力大于 物料与叶片的粘滞摩擦力以及物料与筒壁的 粘结 力 时 , 物 料 沿 叶 片表 面 自由滑落至 � 处 , 而未被叶片直接提 升起来的物料 � , 则在 重力的作用下沿混合料的倾斜表面运动落至 � 处 。 在拌筒周而复始 的运动过程 中 , 物料 主要在 � 处不断地相 互穿插 、 翻拌 、混合以 达到扩散均 匀的作用 � �〕。 显 然 , 扩散机理是 自落式搅拌机的工作原理 。 自落式搅拌机结构简单 , 功率消耗较小 。 这种混合方式是纯粹的三维立体混合 , 在玻 纤丝和料的混合过程 中 , 要求在满 足工艺要 求条件下玻纤丝尽量的短 。 实际操作中 , 丝 易折断团集 , 丝的加 入量小于 � � �重量比 � 并且这种混料方式不适宜连续性工业化大生 产 , 在实际生产中 , 我们不推荐这种方式 。 �洛 图 � 自落式搅拌机物料运动轨迹示意图 � � 柔性混合 �奥姆尼搅拌机 � 柔性混合也是三维方向混丝 , 其不同于 搅拌混合方式之处主要在于搅拌筒内没有搅 拌叶片 , 橡胶制 的搅拌筒底部装有一个倾斜 的摆盘 , 摆盘的轴 线 与拌 筒 的轴线相 交成 � � 。的倾斜角。 由液压传动机构驱动拌筒的 伟动轴旋转时 , 带动圆盘摆动 , 在这个摆盘上 离盘中心不同距离的物料颗料是以不同的加 速度向各方向运动的 , 盘表面 各点颗粒 以 �一�� � 的加速度变化 , 位于盘中心的颗粒加 速度最小。 由于各点速度不同以及拌料时对 一 � � 一 物料的抛翻作用 , 颗粒的加速度 、速度是变化 的 , 就象气体分子一样 , 作杂乱无章的运动 。 如图 � 所示 , 因而料浆象气体扩散那样很快 包裹在集料颗粒的周 围 , 大大提高了搅拌效 率 , 搅拌时间显著减少 。 混合均匀 。 这种混料 �丝 �方式也存在丝弯 曲 、团聚 、折断等问题 , 它要求玻纤丝尽量短 �� �� � � � , 且丝 的加量 不宜太高 �� � � � � 重量比�。 ������ 碱 于 � 图 � 搅拌原理示意图 �一橡胶筒 � �一摆盘 � �一转轴 这种混料方式能有效地阻止玻璃纤维丝 图 � 艳送轴上不同结构模块 � � 料浆 、丝 、填料同时喷射再搅拌混合 这也是一种实现三维混料连续送料的工 艺过程 , 其工艺原理见图 � 。 的团聚 , 确保了玻璃纤维丝的均匀分布 , 其不均 匀度小于 � � �� � �� 。 它仍属 于 间断混料�丝 � , 由于搅拌简是橡胶制成 的 , 设备易磨损 、寿命短 , 并且橡胶做成 的筒体也不宜做得很大 , 所以将其应用 于连续性工业化生产中还有待解决一些 具体间题 。 � � 先混丝 , 再加填料的连续工艺 电机 减速器 喷射人料 口 料浆丝城料川 间断姗旋片 连续叶片 毕室 � � � � � � , 气 � 石�头 出料 口 一一一一月厂这种混料 �丝 �方式 仍属 于三维混合方 式 , 与前面二者的差别是它实现 了泥料的连 续混合与输送 , 其工艺原理见图 � 。 图 � 喷射人料 , 真空练泥机混料翰送示意图 将料浆 、短切玻璃纤维和填料经计量后 , 通过高压喷射装置 , 直接喷入混合容器入料 口 , 入料 口直接连在真空练泥机的入料口处 , 通过轴上间断螺旋叶片的搅拌和连续螺旋片 电机减速器 人玻丝口 ����� 不同结构模块 图 � 先混丝再加填料混合方式 利用低浓度料浆易与玻璃纤维丝混合的 特点 , 确保丝能均布于料浆中 , 然后再加入填 料 。 物料边搅拌边混合边输送 , 可以满足连 续生产的需要 。 在实际分散过程中 , 采用了 诸如图 � 中�� 、 �� �、 �。�等结构的螺旋叶片 间断排列 �� , 不 同的结构模块向物料施加了 掺和 、改向 、翻腾 、踩溅 、微进等作用 , 将物料 一 � � 一 的输送 , 及真空室的抽真空处理 , 完成了 均匀混料 �丝 � , 连续输送和排除料 中气 泡三种功能 , 满足工业化生产需要 。 这 种工艺方式是一种简便快捷的途径 。 它 利用本行业的定型设备真空练泥机为主 机 , 省去了计算 , 加工调试等工序 , 是一种值得推荐推广的方法 。 � � 先混填料再混丝的连续工艺 将料浆与填料均匀混合是很容易实现的 工艺过程 , 可以采用上述四种方式中的任何 一种或其它方式实施 , 泥料与短丝均匀混合 是混料的关键 。 采用图 � 所示的双螺杆混料 送料可以实现泥料与丝的均 匀混合和连续输 送 。 这种丝的分散方式是介于三维与二维混 合之 间的一种方式 。 它是通过双螺杆的反向 转动 , 将丝压入泥料中 , 也可以看作是在扭曲 的曲面 内布丝 , 因此和 � 、 � 两种分散方式相 比 , 这种分散方式中玻纤丝的折断 、 聚 团较 少 , 丝的分布状况 比较理想 。 电机及 传动机构 入料 口 ����� 装置 , 更有效地提高制品的致密度 。 同时还 可以将压实滚与成型滚结合起来 , 在泥料压 实过程中 , 直接起波 , 形成波形板 , 因此这种 工艺方案是一种较理想的方案 。 � � 先混填料 , 再分层铺布丝 � 这种方式是典型的玻璃纤维短 丝二维平面 内分布 , 工艺原理见 图 � 。 泥料 料 料层 出料口 兰‘琪 压丝滚 几对压实滚 传送带 图 � 双螺杆混料示意图 � � 料浆 、丝 、填料喷射混合对滚压实 类似于 � 方式 , 先将料浆与填料均匀混 合成泥料 , 再采用 � � 工艺过程普遍采用的 喷射技术 , 将泥料与短切玻纤丝喷射在 一起 混合 , 这种方式趋向于短切玻纤丝于二维平 面内分布为主 。 只是采用上述喷射工艺制成 的氛氧镁水泥波形板其抗折强度等性能指标 不能满足国标要求 , 例如小波板横向抗折强 度为 ��� �� � � , 比 国 标要 求的性 能指 标 �� � � � 低 �� � 。 这是 由于在喷射过程中 裹入了许多空气 , 在 基体材料中形成了大量 气泡 , 结果造成复合材料体密度下降 , 强度降 低 。 针对此点作些改进 , 工艺原理如 图 � , 就 可生产出性能满足要求的制品 。 泥料 玻纤丝。混合�日 � 几对� 传送带下 图 � 喷射混料对滚 压实工艺示意图 经喷射混合的泥料与玻纤丝一起置于传 送带上 , 传送带有几对压实滚 , 将泥料压实的 同时 , 排除气泡 。 一般经 � 对 以上滚子压实 后 , 制品性能 能够满 足要求〔‘� , 若要更进一 步提高制品的性能 , 可附加泥料抽真空排气 图 � 层铺布丝工艺示意图 将料浆与填料均匀混合的泥料分薄层送 入 , 上面直接喷射经短切计量的玻璃纤维丝 , 然后 , 再加一滚筒将丝 压入泥料中。 可根据 工艺要求 , 实现二层 、三层甚 至多层 加丝 , 制 成不同性能的产品 。 这种分散丝的方式 , 不 受丝的长度 限制 , 加入量可高至 � � �重量 比�以上 , 并且丝呈二维平面随机分布 , 不集 团 , 不弯曲 , 不折断 , 丝 的利用率较高 。 在此 基础上 , 加上丝的梳理装置 , 图中压丝滚前加 刷子 , 还可实现丝的一维定向分布 。 层铺布 丝后与 � 工艺过程类似 , 仍需加几对压实滚 或成型滚 , 压实泥料排除气泡 , 提高强度 。 这 种分散混 料方式也是一种很值得推广 的方 法 。 上述 � 种工艺方案各有其优点缺点 。 � 和 � 两种方案适用于间断式生产 , 产量小 , 相 应设备投资少 , 维修方便 , 但不适用于工业化 大生产 。 � 一 � 均可实现工 业化生产 。 其 中 � 、� 属 于三维混合分散 , 丝易团聚 、折断 , 玻 纤丝利用率相对较低 , � 方案吸取 了上述优 点 , 又进一步有了改进 , � 一 � 属二维平面布 丝 , 在制品性能有各向异性要求时 , 诸如生产 波形板 、平板等制 品是较理 想 的工艺方案。 当然 , 实际生产中 , 各厂可根�下转第 � � 页� 一 � � 一 时间影响程度外 , 还 要考虑 它 在整个外加剂中所占 比重合理性问题 。 一般 , 缓凝组分含量高 , 流 动度保 持性能就好 。 但当缓凝组分超过 一 定限度时 , 会引 起净浆或混凝上 泌水量的增大 为了改善外加剂的 保水性 , 在将引气组分 凋整 至最佳掺量后 , 我们还选 用 了具有保水性能的化 卜物 深水组分通常采 用极坦 有机高分子化合物 , 它 本身具有 一定分散性 , 能 被水泥 颗料 吸 附 。 加入 保 水组分后 , 净浆流 动 度稍 有 厂降 , 但 初凝时 间推迟 , 终凝时问提前 , 泌 丁 � 门 ’一过减 � 厂见表 � 中 � ” 、 � ” 与 � “结果 实验中 , 我们还 现察到 , 渗加一 定保水剂后 , 水 泥净浆静置一段 日、�叫便呈稀凝胶状 � 但稍加搅拌 � 又 恢复流动性能 � 保水沮 分的 保水性能与保水剂分子 极性基 团含量及掺星 又牙甚 人 。 极性基 团多 , 掺量 小时 , 泌水量反而增 大 优体底部出现板结 。 保水剂对 水泥桨体性能的影响 表 � 凝结时 �司 �� � � �� � 泌水率 �� �, 斗�川州办���比 气� �������� ��� ����� � 七� � � 初凝 一终凝 一丁寸石万 ��� �� 干 仅 工工 ⋯号���人方 � , �� �� 于 保 �� 一 � ‘、互一竺一生⋯一主竺习三竺兰一‘�王一。三典牛任�子互理少竺� � ! � �� � � � �� 一� , � �七’ � 」叫 , ‘,� � 崎 刀 �。 ’ 工 川 注 � � 水泥 � 巢湖 � �� 普游 外加州掺量 � � � � � � � � �� 二 � � 卜缓凝剂 � � 泌水率是水灰 比为 � � �� 时净浆 泌水量与拌 合水量 之比 、 保工 � 保 �� 为两 种不同深水剂 。 根据实验结果及对高分 子化合物性质的认识 , 我们认为 �高分子化合物 的保水性能与水泥 浆形 成 稀凝胶有密切联系 。 保水剂中有许 多可电离的 基 团 , 被水泥粒子 吸附后 , 使粒 子 间静电斥力增强 � 当 吸附着保水剂大分子的粒子接近 到 一 定距离 , 由于 高分子链的空间障碍 , 必然阻碍粒子间进一步靠近 , 这使得作 冲、组分有一定分散性和缓凝作用 。 更重要 的是 , � � 一 � 的分散组分可使水泥粒子被均匀 分散 , 上述高分子再被水泥粒子所吸附 , 由于高分子链长 , 具有柔顺性且含有多 个极性基团 , 易于搭成网架 、 从 而形成一种连续的 网状结构 , 网状结构的孔隙中则 填满了水 。 这种网状结构是借分子吸引力及部分氢 键形成的 , 具有触变性 、在外力作用 下其结构会遭破 坏 , 而静置后则 又重新形成网状结构 。 有实验 � 在低浓度凝胶中 � 低分子物质的扩散速度与在纯液 休 , �了� 扩散速度几乎没有差别 。 因此 , 在网状结构 上的水 泥颗粒可继续缓慢水化 � 水化诱导期结束时 , 水泥粒子可利用网状结构间隙中的水参与水化 , 直 至水泥硬化 。 当高分子化合物掺量不 足时 , 高分子 不足以形成网状结构 , 便通过 “搭桥 ”方式使两个或 多个水泥粒子拉在一起 , 大大增加 了粒子间碰撞机 会 , 导致水泥浆沉淀 , 析出水相 。 综上所述 , 保水剂 保水机理 主 要是由于高分子 有机物在水泥颗粒 上吸附后形成网状结构 , 使水泥 颗粒和水都暂时固定在了一 定空 间 , 起到保水作用 。 三 、结论 � � � � 一� 是集减水 � 缓凝 , 可泵 , 早强 于一体的 一 种混凝土外加剂 。 � � � � 一� 对水泥的分散作月 � 与其吸附一缓凝的 同步作用有关 � 即与其塑化组份和 缓凝组份的相互 促进 � 共同作用有关 。 � � � � 一� 中保水组分的作用为 �吸附 了保水剂的 水泥粒子形成网状结构 , 使水泥粒子和水分子被暂 时固定在一定空间 。 �上接 第 �� 页 �据 自己的具体情况进行选择 , 或将其中的几种方案组合 , 形成更适合 自己 实际生产的工艺方案 , 才是明智的做法 。 四 、结 语 纤维增强 氯氧镁 水泥 材料 可以制波 形 板 、平板 、 内墙板 、地板块等 , 其中玻璃纤维的 连续混合及制 品的连续成型是实现制品工业 化大生产的关键 。 希望上面介绍的实验及生 产中的一些有益的经验 , 能 为推动这项事业 发展有所贡献 。 参考文献 【�� 韩敏芳 , �玻璃件 维增强氯氧镁水泥性能研究》 【�〕韩敏芳 , �玻璃纤维增强抓氧镁水泥机理探讨》 【�� 陆厚根 , �混凝土制 品机械 �武 汉工 业大学 出版社 � �� �� 年 � 月 【�」� � � � � � � �� � , �� � � � � � � � � � � , � � �。 � � � � ��� �� � � � �� � �� �“ � � � � �� �� � � � � � � � �� �� � ��盯 � � � � � � �� � � � � � � � � � � �� � � � � �� � � � � ��� � � � �� ” � � �」� � � �� � � � � � , “肠� � � � � � � � � � � � �� � � �� � � � � � � � � � � � 眼y” 1 9 9 1 年 8 月 P70一P7 9 2 0