耐碱玻纤对保温材料干缩性能的影响

摘要：以玻化微珠保温砂浆为基体，系统研究了耐碱玻纤在不同体积掺量（0%、0.1%、0.2%、0.3%、0.4%）下对保温材料干燥收缩值的影响。结果表明：掺入耐碱玻纤能显著抑制保温材料的干缩变形，且掺量越高，抑制效果越明显；当掺量为0.4%时，60d干燥收缩值较基准组降低39.0%，同时力学性能有所改善。结合纤维间距理论和水分蒸发分析，揭示了耐碱玻纤缓解干缩的机理。

关键词：耐碱玻纤；保温材料；干缩性能；干燥收缩值；纤维增强

一、引言

建筑保温砂浆是一种以轻骨料（如玻化微珠）为主、与胶凝材料混合而成的无机保温材料，因防火等级高、保温性能好而广泛应用。然而，保温砂浆在硬化后因水分蒸发和环境干燥会产生较大的干燥收缩，进而引起开裂、空鼓，降低保温系统的耐久性。如何有效控制干缩成为该类材料应用的关键问题。

近年来，纤维增强技术在保温材料中受到重视。其中，耐碱玻纤（耐碱玻璃纤维）因具有较高的抗拉强度、弹性模量以及耐碱侵蚀能力，能有效地跨越基体内部微裂缝，承担拉应力，改善收缩变形。相关研究表明，纤维长度、掺量及分散性对干缩性能有显著影响。本文通过系统试验，定量分析不同掺量耐碱玻纤对保温材料干缩性能的影响，并探讨其机理。

二、试验概况

试验所用基体材料为玻化微珠保温砂浆，原材料包括P.O42.5级水泥、II级粉煤灰、玻化微珠（堆积密度80kg/m³）、可再分散乳胶粉以及耐碱玻纤。耐碱玻纤长度12mm，直径15μm，弹性模量72GPa，断裂强度1700MPa，极限伸长率1.5%。试件尺寸40mm×40mm×160mm，按体积掺量设5组，配合比见表1。

表1 试验配合比（kg/m³）

组别	水泥	粉煤灰	玻化微珠	乳胶粉	耐碱玻纤	体积掺量/%
基准组	450	200	600	20	0	0
F-0.1	450	200	600	20	1.62	0.1
F-0.2	450	200	600	20	3.24	0.2
F-0.3	450	200	600	20	4.86	0.3
F-0.4	450	200	600	20	6.48	0.4

干缩试验按JC/T 951-2005进行，试件标准养护14d后移入温度（20±2）℃、相对湿度（60±5）%的干燥环境，用接触式干缩仪测定不同龄期长度变化。干燥收缩值以微应变表示（×10⁻⁶ mm/mm）。每组取三个试件平均值。

三、结果与分析

3.1 干燥收缩值

表2列出了各组试件在7d、14d、28d和60d的干燥收缩值。可以看出，基准组的干缩发展较快，60d达到1180×10⁻⁶；掺入耐碱玻纤后，各龄期收缩值均有明显下降，且纤维掺量越大，下降幅度越大。

表2 不同耐碱玻纤掺量下干燥收缩值（×10⁻⁶ mm/mm）

组别	7d	14d	28d	60d
基准组	220	450	780	1180
F-0.1	205	410	700	1020
F-0.2	190	375	620	880
F-0.3	175	340	550	790
F-0.4	160	310	490	720

从表2可见，耐碱玻纤对早期干缩的抑制作用尤为明显。7d时，F-0.4组较基准组减小27.3%；60d时减小39.0%。表明纤维在硬化初期即开始承担由水分迁移引起的拉应力，从而抑制微裂缝的产生与发展。

3.2 干缩抑制机理分析

保温砂浆的干缩主要源于凝胶体失水、毛细孔压力增大及水化硅酸钙凝胶的收缩。掺入耐碱玻纤后，乱向分布的纤维在基体中形成三维空间网络，具有桥接作用。当基体产生收缩应力时，应力通过界面传递给高弹性模量的纤维，由纤维承担一部分拉应力，从而降低基体的收缩应变。同时，纤维与基体间的界面摩擦力限制了自由收缩，起到“约束”作用。

此外，耐碱玻纤的耐碱性保证了纤维在水泥水化产物的碱性环境中保持稳定，长期性能可靠。但掺量过高可能导致纤维团聚，形成薄弱界面。在本试验掺量范围内（0%~0.4%），未发现明显的纤维结团现象，干缩性能持续改善。

3.3 对力学性能的扩展影响

为全面评价耐碱玻纤的作用，表3列出了28d试件的抗折和抗压强度。可以看出，适量纤维的加入在抑制干缩的同时，也提高了抗折强度，而抗压强度基本保持稳定或有小幅提升。这是因为纤维抑制了内部微裂纹的扩展，使试件在受力时能承受更大变形。

表3 28d力学性能

组别	抗折强度/MPa	抗压强度/MPa
基准组	2.1	3.8
F-0.1	2.3	3.9
F-0.2	2.5	4.0
F-0.3	2.7	4.1
F-0.4	2.8	4.0

四、结论

（1）耐碱玻纤能够有效降低保温材料的干燥收缩，60d干燥收缩值随纤维掺量增加呈下降趋势。与基准组相比，掺量为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%时，60d收缩值分别降低了13.6%、25.4%、33.1%和39.0%。

（2）耐碱玻纤的掺入在早期发挥的抑制作用更为突出，7d收缩率降低幅度为6.8%~27.3%，有利于减少早期塑性开裂。

（3）在0%~0.4%体积掺量范围内，保温材料28d抗折强度提高了9.5%~33.3%，抗压强度提高0~7.9%，未出现强度劣化，表明耐碱玻纤改善干缩性能的同时不会带来效应。

（4）工程应用时建议根据具体基体配合比选择合适的纤维掺量，兼顾施工性能和干缩控制，本试验条件下0.3%~0.4%掺量可获得较好效果。