用于混凝土增強(qiáng)的磷酸鹽耐堿玻璃纖維結(jié)構(gòu)和性能的研究.pdf

1、玻璃纖維增強(qiáng)混凝土（GFRC）是一種以混凝土為基體，玻璃纖維為增強(qiáng)體復(fù)合而成的材料。其中玻璃纖維對性能起重要作用，目前使用的耐堿玻璃纖維主要問題是含有較高的氧化鋯、熔制溫度較高、成本較高。本文則研究熔制溫度較低的磷酸鹽耐堿玻璃纖維系統(tǒng)，討論不同氧化物對磷酸鹽玻璃的增強(qiáng)作用以及性能的影響，重點(diǎn)關(guān)注耐堿性。由結(jié)果可知，不同氧化物的加入可以對磷酸鹽玻璃的化學(xué)穩(wěn)定性，尤其是耐堿性產(chǎn)生優(yōu)化作用。而對于結(jié)構(gòu)和性能的影響分別得到以下結(jié)論：
　　

2、在鋅磷酸鹽玻璃中添加氧化鋁，氧化鋁能夠使玻璃中的網(wǎng)絡(luò)發(fā)生解聚然后通過形成P-O-Al鍵，提高玻璃的聚合度，進(jìn)而提高玻璃的玻璃化轉(zhuǎn)變溫度、析晶溫度。玻璃全部為非晶狀態(tài)，密度卻因?yàn)檠趸X的分子量小于氧化鋅而下降。但是由于氧化鋁的電負(fù)性較大，玻璃的聚合度上升的同時，化學(xué)穩(wěn)定性尤其是耐堿性也出現(xiàn)上升的趨勢；但是，堿性溶液腐蝕之后的玻璃表面殘留大量的多面體晶體。
　　在上述鋅鋁磷酸鹽玻璃中添加氧化鋯，會生成 P-O-Zr鍵使網(wǎng)絡(luò)的致密度上升

3、，再加上氧化鋯的電負(fù)性也很大，會使玻璃的網(wǎng)絡(luò)聚合度增加，也提高玻璃的耐堿性。添加氧化鋯的玻璃卻出現(xiàn)析晶，主要是因?yàn)檠趸喆龠M(jìn)析晶。氧化鋯的添加則會使玻璃的密度上升，不僅因?yàn)椴ＡЫY(jié)構(gòu)變得致密，還因?yàn)槠溲趸喎肿恿恳笥谘趸\。聚合度也會促使玻璃化轉(zhuǎn)變溫度上升，析晶溫度的上升趨勢很小則與其促進(jìn)析晶有關(guān)。
　　當(dāng)鐵磷酸鹽玻璃中加入堿土金屬氧化物（氧化鎂、氧化鈣、氧化鍶）時，這些氧化物會導(dǎo)致磷酸鹽的鏈段變短；玻璃中形成各種P-O-R（R=

4、Mg、Ca、Sr）鍵也會使玻璃的聚合度上升，提高玻璃的耐堿性。而玻璃在酸性溶液或者堿性溶液中的質(zhì)量損失均隨時間的推移而下降。經(jīng)過堿性溶液腐蝕的樣品表面腐蝕情況比酸性溶液嚴(yán)重表明玻璃的耐酸性比耐堿性更加優(yōu)異。從這些樣品的XRD和SEM結(jié)果來看，其中形成更多的晶體,玻璃樣品的XRD結(jié)果也表明只有少量樣品含有晶體。添加堿土金屬氧化物能夠使密度都增加，且添加氧化鍶的密度要大于添加氧化鎂和氧化鈣的玻璃。玻璃的聚合度上升使得玻璃化轉(zhuǎn)變溫度Tg均會表

5、現(xiàn)出不同程度的上升；但是析晶溫度Tc趨勢出現(xiàn)差異。摻雜氧化鎂和氧化鈣使玻璃析晶溫度增大，但摻雜氧化鍶的玻璃則呈現(xiàn)急劇下降的趨勢。最后，高溫粘度測試結(jié)果表明耐堿性最優(yōu)的玻璃能夠滿足拉絲工藝要求。
　　對于鈣鐵磷酸鹽玻璃來說，添加氧化鋇會使玻璃網(wǎng)絡(luò)變得更加疏松，聚合度也下降。進(jìn)而導(dǎo)致添加氧化鋇使得玻璃的耐堿性比沒有添加的樣品差。對比添加氧化鋇的玻璃的樣品，耐堿性隨著氧化鋇含量提高是因?yàn)殇^離子半徑較大，對玻璃的耐堿性起到促進(jìn)作用。堿性溶

6、液腐蝕之后的樣品出現(xiàn)大量的多面體晶體，酸性溶液腐蝕的樣品表面則變化很小。由玻璃樣品的XRD結(jié)果也可看出，玻璃中出現(xiàn)很多晶體，它們對于玻璃的耐堿性和耐酸性并沒有起到增強(qiáng)作用。但是由于鋇離子的半徑比較大，其含量增加能夠阻止玻璃析晶的發(fā)生，也促使玻璃的轉(zhuǎn)變溫度、析晶溫度和兩者之間的差異均上升，而密度上升的原因則在于氧化鋇具有較大的分子量。對于密度變化過程中出現(xiàn)的波動，可以視為網(wǎng)格中結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)聚合度的影響。高溫粘度的結(jié)果也表明，耐堿性能最優(yōu)的玻璃