5-增强材料

第三节增强材料主讲人：曹杨山东省建筑科学研究院2011.04外墙外保温系统使用的增强材料主要有耐碱玻璃纤维网布和镀锌电焊网。下面对该两种增强材料的性能指标及检测方法分别进行介绍。一、玻璃纤维网格布概述玻璃纤维网格布是以玻璃纤维纱为原料，织成玻璃纤维网格布为基材，再经涂覆有机树脂（丙烯酸共聚液）烘干后而成的一种新型耐碱产品。该产品具有结构稳定，强度高，耐碱性能好，防腐，抗裂等特点。增强效果佳，而且施工简单。主要适用于建筑物墙体和其它构筑物内外表面增强、防裂。在外墙外保温系统中，玻璃纤维网布起到应力分散的作用，与抹面胶浆一起共同组成外保温体系的防防护面层，抵抗自然界温、湿度变化及意外撞击所引起的面层开裂。1、玻璃纤维玻璃纤维分为无碱玻璃纤维、中碱玻璃纤维和耐碱玻璃纤维等，其中无碱和中碱玻璃纤维是按玻璃纤维中碱金属氧化物含量的多少命名的，而耐碱玻璃纤维是按其具有的性能命名的。按照国际标准的命名方法，应分别称为：E玻纤（电绝缘性能）、C玻纤（耐化学腐蚀）和AR玻纤（耐碱腐蚀）。玻纤之所以具有不同的性能，是因为其化学组成不同，其主要化学成分见下表。SiO2B2O3Al2O3CaOMgOR2OTiO2ZrO2无碱玻纤53.6-54.68.3-9.314.2-15.016.3-16.94.3-4.9≤0.8//中碱玻纤66.5-67.5/5.8-6.69.2-9.83.9-4.511.6-12.4//耐碱玻纤59.2-60.8/≤1.04.0-5.0/13.9-16.15.5-6.513.7-15.3玻璃纤维主要化学组成从上表中可以看出，无碱玻纤碱金属氧化物含量小于0.8%，中碱玻纤碱金属氧化物含量为11.6%-12.4%，耐碱玻纤中含有约14.5%的氧化锆和6%的氧化钛。氧化锆是耐碱玻纤抵抗碱性腐蚀的主要成分，锆含量越高，玻纤的耐碱性就越好。玻璃纤维的强度决定了网格布的强度，而玻纤的强度与其化学组成有关。一般以新生态纤维的强度来代表玻纤的强度，所谓新生态纤维是指玻璃熔体流经拉丝漏板漏嘴后刚形成的玻纤，此时的玻纤尚未遭到空气中水分的侵蚀，其表面微裂纹的数量和尺寸都极少，此时的强度真实且具有可比性，下表给出了无碱、中碱和耐碱玻纤的新生态纤维拉伸强度。玻纤种类无碱玻纤中碱玻纤耐碱玻纤新生态玻纤强度MPa3058261723002、网格布拉伸断裂强力拉伸断裂强力是指将单位宽度的试样拉伸至断裂时所需施加的最大力，单位为N/50mm。网格布的拉伸断裂强力的高低对外保温系统的抗冲击性能、剥离性能、粘结强度等都有较大影响。下表给出了JC561.2-2006中对以无碱和中碱玻纤为原料的网格布的拉伸断裂强力要求和JC/T841-2007中以耐碱玻纤为原料的网格布的拉伸断裂强力要求。由以上两个表可以看出，两个标准对中碱和无碱网格布拉伸断裂强力的要求比耐碱网格布高约30%，通过检测，对网格布的实测结果也大致如此。这主要是由于玻纤原料的成分、直径和熔制困难程度等原因造成。3、网格布断裂伸长率网布的断裂伸长率也称为断裂应变。玻璃纤维的伸长率一般为4%左右，且无塑性伸长，在外墙外保温抹面层上使用玻璃纤维网布可以有效地抵抗抹面砂浆裂纹的伸展，阻止砂浆开裂，提高抹灰层的抗冲击强度。在相关的外墙外保温系统的标准中规定玻璃纤维网布的断裂应变应不大于5%。4、玻纤网与抹面胶浆的相容性在承受拉力变形时，抹面胶浆必须与玻纤网协调一致地发挥作用，两种材料必须有很好的相容性，与抹面胶浆相容性不好的网格布，强度再高还是难免裂缝在早期产生。在防护面层开始承受拉力时，网格布应能尽快处于受力状态以发挥其抗拉性能，并使应力分散。虽然网格布无法阻止抹面胶浆在达到一定拉应变的时候产生第一条裂缝，但能有效地延迟第一条裂缝的开展时间，和限制第一条裂缝的开展宽度，并通过其经纬向节点分布应力，使整个抹面胶浆均匀受力从而也使裂缝均布。在欧美一般认为，宽度在0.2mm以下的裂缝为无害裂缝。对外墙外保温体系来说，更重要的并不是阻止裂缝的发生（就象钢筋无法阻止混凝土的开裂，抹面胶浆最终是否开裂取决于其开裂应变），而是尽量延迟变形时间，从而延迟开裂，同时限制单条裂缝的宽度。与抹面胶浆相容性好的网格布应具备下列性能：（1）较高的节点强度如果网格布受拉时节点发生滑移，则在受力初期应力就多由抹面胶浆承受而产生裂缝。（2）较低的拉伸应变如果网格布受拉时节点不发生滑移，而拉抻应变较大，同样会引起抹面胶浆在早期就发生开裂。（3）较小的织丝偏斜度网格布在编织时难免有织丝跑偏的情况发生。如果偏离得太多，导致受力时偏心，同样影响使用效果。5、影响网格布耐久性的主要因素5.1纤维成分纤维成分是保证网格布耐久性的前提，含有ZrO2的玻璃纤维能有效提高网格布的耐碱性。ZrO2的含量有一合理设定值，一般认为玻璃中Na2O/ZrO2比值在1-1.2之间能获得良好的耐碱性，减少比值，对提高耐碱性的效果并不明显，而增大比值，耐碱性则会急剧降低。5.2网格布涂塑量网格布的涂塑是保护纤维免受碱性介质侵蚀的保护外衣。涂塑层是以浆料的形式被网格布吸附到表面，再经过烘焙、脱水、反应成膜、卷取等过程固化成型。涂塑量的多少并决定网格布耐碱性好坏，国内网格布的涂塑大多使用“丙烯酸+纯丙乳液”、“醋酸乳液+聚乙烯醇”或PVC乳液。5.3网格布加工工艺玻璃纤维具有极高的抗拉强度，纤维越细强度越高，经丝一般在10.5-11.5μm，维丝一般在11.5-12.5μm；但玻璃纤维的抗剪切性能差，在生产过程中因设备精度、表面粗糙度等影响，极易造成纤维表面的磨损伤害。这种纤维经后期涂塑覆盖，将直接造成网格布强度和耐久性的降低。5.4外部应力水泥在水化过程中因体积膨胀产生应力，这种应力对嵌入砂浆中的玻纤网造成两种分力，一是平行于纤维的拉应力，二是垂直于纤维表面的压应力。如果纤维在成型时表面已有微裂纹，则纤维在拉、压应力的作用下，势必会使其表面原有裂纹扩大，最终造成断裂。另外，外部水分会浸入纤维裂纹内部，通过蒸发或冻融作用，水分体积膨胀，也将加深裂纹的扩展，造成网格布耐久性的降低。5.5网格布的耐碱性无碱和中碱玻纤本身不具备耐碱性，主要依靠纤维表面包裹的有机涂覆层来实现；耐碱玻纤本身具备一定的耐碱性，再加上有机涂覆层的保护，其耐碱性较好。网格布耐碱性以网格布在碱性溶液中浸泡后的拉伸断裂强力（保留率）表示。其测试的方法很多，如GB/T20102-2006《玻璃纤维网布耐碱性试验方法氢氧化钠溶液浸泡法》、JC561.2-2006附录B、JGJ144-2004中A.12条、JG158-2004中6.7.6条、JG149-2003中6.6.2条、GB50404-2007中附录E等。网格布耐碱性的国内相关标准要求标准号碱性介质浸泡温度/℃浸泡时间GB/T201025%NaOH溶液23±228dJC561.25%NaOH溶液80±26hJGJ144混合溶液（快）806h5%NaOH溶液（标）23±228dJG158水泥浆液（快）80±24h水泥浆液（标）常温28dJG1495%NaOH溶液23±228dGB50404混合溶液（快）806h5%NaOH溶液（标）23±228d网格布在不同碱性环境下的强度碱性环境原强度/N耐碱后强度/N保留率/%经向纬向经向纬向经向纬向5%NaOH溶液（80℃6h）154415091148112274.474.4混合溶液（80℃6h）1187116976.977.5水泥浆液（80℃6h）1450139893.992.65%NaOH溶液（23℃28d）1224122179.380.9混合溶液（23℃28d）1208121278.280.3水泥浆液（23℃28d）1471144495.395.7二、相关检测标准对比1、各标准规定的性能指标存在差异目前，耐碱玻纤网布检测所依据的标准有行业标准也有地方标准，由于标准的编制单位以及编制的目的不同，导致现行的标准在其性能指标的要求上存在较大的差异。（1）JGJ144-2004对玻纤网的规定如下（2项指标）：玻纤网经向和纬向耐碱拉伸断裂强力均不得小于750N/50mm；耐碱拉伸断裂强力保留率均不得小于50%。（2）JG149-2003规定了4项指标：单位面积质量≥130g/m2；经向和纬向耐碱断裂强力≥750N/50mm；耐碱断裂强力保留率≥50%；断裂应变≤5.0%。（3）JG158-2004规定了9项指标，其中与JG149相对应的指标规定如下：单位面积质量，普通型≥160g/m2，加强型≥500g/m2；经向和纬向耐碱断裂强力，普通型≥1250N/50mm，加强型≥3000N/50mm；耐碱断裂强力保留率≥90%；断裂伸长率≤5%。（4）JC/T841-2007规定的耐碱断裂强力保留率≥75%；断裂伸长率≤4.0%。（5）JC561.2-2006对耐碱性指标的规定如下：拉伸断裂强力保留率≥50%。（6）GB50404-2007，分标准网和加强网两种情况。采用标准网时，单位面积质量≥160g/m2；经向和纬向耐碱断裂强力≥750N/50mm；断裂强力保留率≥50%；断裂应变≤5.0%。采用加强网时，单位面积质量≥280g/m2；经向和纬向耐碱断裂强力≥1500N/50mm；断裂强力保留率≥50%；断裂应变≤5.0%。2、耐碱性指标试验方法不同玻纤网耐碱性试验方法有标准法和快速法，其中：（1）JGJ144-2004附录A规定了两种方法，标准法使用5%NaOH溶液，试验周期为29天。快速法中使用混合碱溶液（0.88gNaOH、3.45gKOH、0.48gCa(OH)2和1L蒸馏水，其目的是模拟水泥水溶液），试验周期为2d。（2）JG149-2003采用标准法，试验周期也为29天。（3）JG158-2004玻纤网耐碱性试验也有两种方法，方法一同标准法大致相同，不同的是将浸泡液换成水泥净浆溶液，试验周期为29天。方法二（即快速法）将试件放入80℃的水泥净浆溶液中浸泡4h，然后再烘干，并放置24h，试验周期为29h。（4）JC/T841-2007中规定玻纤网耐碱性试验按照GB/T20102《玻璃纤维网布耐碱性试验方法：氢氧化钠溶液浸泡法》进行，先5%NaOH溶液浸泡28天，然后在实验室条件下放置7天进行试验，周期最长，为35天。（5）JC561.2-2006则按照ASTME2098-2000(2006)《PB级外绝缘和涂层系统(EIFS)中使用的玻璃纤维增强网暴露于氢氧化钠溶液后拉伸断裂强度测定的标准试验方法》，规定使用5%氢氧化钠溶液浸泡28天，实验室条件下放置7天后试验。周期为35天，或者采用其附录A中规定的快速法：在80℃5%氢氧化钠溶液浸泡6h，烘干1h后进行试验，周期为7h。（6）GB50404-2007耐碱性试验选用其附录中的规定的试验方法。一种是前面所述的标准法，浸泡溶液为5%NaOH，试验周期为29天。另外一种是快速法，浸泡溶液使用混合碱溶液（0.88gNaOH、3.45gKOH、0.48gCa(OH)2和1L蒸馏水，试验周期为7h。3、具体试验时选择标准的原则在建筑工程中，如何选择合适的玻纤网格布的检测依据，变得比较棘手，目前在山东，大家比较认同的方式是：首先根据建筑工程所采用的节能系统（保温体系）来确定其检测应依据的标准。对未按相应技术标准中规定的保温体系设计的，其玻纤网格布检测依据应采用产品标准，即JC/T841-2007《耐碱玻璃纤维网布》。（见下表）耐碱玻纤网检测评定标准系统名称检测依据1.EPS板薄抹灰外墙外保温系统（JG149-2003）设计单位面积质量≤160g/m2的，按JG149-2003；设计单位面积质量＞160g/m2的，按DBJ14-035-20072.胶粉聚苯颗粒外墙外保温系统（JG158-2004）JG158-20043.EPS现浇混凝土外墙外保温系统（JGJ144-2004）设计单位面积质量≤160g/m2的，按JG149-2003；设计单位面积质量＞160g/m2的，按DBJ14-035-20074.EPS钢丝网架板现浇混凝土外墙外保温系统（JGJ144-2004）按产