無機玻璃鋼通風(fēng)管道應(yīng)用現(xiàn)狀分析

   無機玻璃鋼通風(fēng)管（又稱玻璃纖維氯氧鎂水泥通風(fēng)管）是以氯氧鎂水泥為膠結(jié)料中堿玻璃纖維為增強材料、加入填充材料和改性劑等所制成的一種管材。它具有不燃燒、屬不燃材料A級，耐腐蝕、強度高和重量輕等特點。在建筑工程、地下工程及工業(yè)廠房的通風(fēng)中，它已經(jīng)完全取代了不耐燃的有機玻璃鋼通風(fēng)管，并在逐步取代防癌性能差的鍍鋅鐵皮通風(fēng)管。尤其是在濕度大的地下工程和長江以南地區(qū)，它的優(yōu)越性更為顯著。近年來其應(yīng)用普及全國各地。然而，通過氯氧鎂膠凝材料的研究及制品的檢測，發(fā)現(xiàn)無機玻璃鋼通風(fēng)管在生產(chǎn)中及工程應(yīng)用中仍存在一些質(zhì)量問題。有的質(zhì)量問題嚴(yán)重影響了工程的使用壽命，應(yīng)引起大家足夠重視。
   l通風(fēng)管的質(zhì)量問題
   1．l外觀質(zhì)量
   （1）吸潮返鹵。在一組試樣的3塊板上各任意切取150×150mm試樣，放入相對濕度≥90%，溫度30－40℃的恒溫恒濕箱中，24h及48h后取出觀察有無水珠或變潮。這是檢驗制品在高溫高濕的環(huán)境中表面的潮濕情況。產(chǎn)生吸潮返鹵的主要原因是硬化體中殘留的MgCl2溶液因蒸發(fā)作用，在靠近表面的縫隙中析出MgCl2·6H2O晶體，而MgCl2·6H2O晶體是強吸潮劑。當(dāng)空氣相對濕度較大時，這些晶體會吸收空氣中的水分，在制品表面凝結(jié)造成表面掛滿水珠，嚴(yán)重時出現(xiàn)水珠連成一片形成流淌現(xiàn)象。如果空氣濕度變低，硬化體表面水分蒸發(fā)，留下了斑斑白跡。所以，含有未反應(yīng)完全MgCl2的鎂水泥硬化體在使用和存放過程中會隨著環(huán)境濕度的不同發(fā)生吸潮返鹵-干燥的反復(fù)文化。這種變化不僅影響了制品的外觀質(zhì)量，而且降低了制品的耐水性和使用壽命。
   （2）泛霜。用肉眼觀察或用手指抹管表面，看到有白色鹽析出物，這就是泛霜。通過化學(xué)分析可知這層白霜的主要成分是MgO和Mg（OH)2。在配料中，如果出現(xiàn)MgO過剩，未與MgCl2反應(yīng)的MgO又與空氣中的水分發(fā)生反應(yīng)生成白色的Mg（OH)2。另外，所用鹵水中含有可溶性的堿金屬鹽類；如KCI、NaCI等。在水化過程中，可溶性減金屬鹽沿著制品的微細(xì)孔擴散到表面，當(dāng)水分蒸發(fā)后就留下白色的殘余物，形成所說的“泛霜”。泛霜可造成制品褪色、泛白、顏色不均勻等。
   （3）翹曲變形。通風(fēng)管道大多是一些薄壁、大幅畫的產(chǎn)品，在生產(chǎn)和使用過程中經(jīng)常出現(xiàn)翹曲變形的問題。主要原因：①鎂水泥在自然養(yǎng)護條件下其體積是一個連續(xù)膨脹過程，其線膨脹率為0.1~0.2%，體積膨脹率約為1%；②菱鎂礦在服燒過程中不可避免地產(chǎn)生局部過燒，使一部分MgO呈死燒狀態(tài)，過燒的MgO水化過程很慢，當(dāng)已形成強度的水泥石中的MgO再遇水進行水化時，生成Mg（OH)2，體積膨脹120%；③輕燒氧化鎂中游離CaO水化時體積膨脹90％，而鹵片中存在著SO42-，當(dāng)Ca（OH)2轉(zhuǎn)化成石膏時，固體體積將增加2倍以上，導(dǎo)致制品變形，這也是限制輕燒氧化鎂中游離CaO含量、鹵片中SO42-含量的原因；④MgO－Mg－C12－H2O系統(tǒng)水化過程是一個強烈的放熱反應(yīng)過程，而生產(chǎn)的管道體積又大，若環(huán)境溫度較高，則反應(yīng)升溫過程，板材本體溫度過高，反應(yīng)不充分，造成較大的結(jié)晶應(yīng)力和熱膨脹應(yīng)力，使制品體積膨脹。
   1．2力學(xué)性能
   （1）抗彎強度低。標(biāo)準(zhǔn) JC646－ 1996 對抗奇強度的指標(biāo)和檢驗方法都作了詳細(xì)的規(guī)定，主要是考慮了通風(fēng)管道是薄壁（3~8mm）、大幅面（可達5~6m2）的產(chǎn)品，而且長期懸空使用，使用壽命要求在30年以上，所以抗彎強度是一項非常重要的力學(xué)性能指標(biāo)。抗彎強度低的主要原因是①使用了不合格的玻璃纖維布，如高喊布或玻璃絲布的經(jīng)緯都太稀疏、或是玻璃布厚度太薄；②鋪放的玻璃公布層數(shù)太少，達不到標(biāo)準(zhǔn)的要求。
   （2）耐水性差。通風(fēng)管道長期在潮濕的環(huán)境下使用，其力學(xué)性能不顯著降低的性質(zhì)稱為耐水性。通風(fēng)管道使用的環(huán)境比較復(fù)雜，如地下、防空洞、煤礦等地方基本長期處于潮濕的環(huán)境，而長江以南地區(qū)濕度更大，這要求通風(fēng)管道必須有良好的耐水性。但普通的或改性效果不好的管道耐水性很差，軟化系數(shù)只有0.2~0.4，即強度喪失60~80%，基本失去使用性能。通風(fēng)管道水化硬化的主要產(chǎn)物是518相（五相）和 318相（三相），兩者皆為晶體結(jié)構(gòu)，一般是針桿狀形態(tài)。它們相互交叉搭接，穿插排列成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，變成堅固的水泥石而產(chǎn)生較高的機械強度。但三、五相在結(jié)構(gòu)上屬亞穩(wěn)態(tài)，它們晶體間相互交叉穿插，但并沒有結(jié)合成整體；只是類似于石膏晶體相穿插，粘附形成一體；在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中存在著大量熱力學(xué)不穩(wěn)定的接觸點，當(dāng)暴露于水中后，晶體間的穿插和吸附作用消失，易發(fā)生水解，使制品耐水性變差。
   （3）韌性差、脆性大是通風(fēng)管道在安裝、維護中所經(jīng)常遇到的問題。在這一過程中，制品肯定要受到外來較大的撞擊和壓力，如腳踩、手按、重物的碰施、甚至是受銳器的強烈沖擊等。制品表面受到破壞，或產(chǎn)生放射狀大裂紋或產(chǎn)生網(wǎng)狀細(xì)裂紋，降低了管道的耐久性。最直觀的檢驗是用剛脫模或養(yǎng)護好或安裝前的管道，大面朝上用手向下用力按壓，韌性差的管道會發(fā)生“嘎巴、嘎巴”似管壁斷裂的聲音，人更是不敢站上去；韌性好的管道卻聽不到任何聲音，人站在管道上面有一種顫悠悠的感覺。
   2影響質(zhì)量的主要因素
   2.1輕燒氧化鎂
   輕燒氧化鎂是天然菱鎂礦經(jīng)800－900℃煅燒，MgCO3分解成MgO，再經(jīng)磨細(xì)而成。鎂水泥所用的氧化鎂必須具有活性。氧化鎂的活性是指它與水或MgC12溶液混合后具有發(fā)生水化反應(yīng)的能力，亦稱水活性。話講氧化鎂也是衡量輕燒粉質(zhì)量和進行配料計算的重要依據(jù)。活性氧化鎂含量總是比總氧化鎂含鎂要低。這之間的差值一是在低燒中與燒失最相關(guān)的氫氧化鎂和碳酸鎂含量，二是反應(yīng)活性很差的過燒氧化鎂，而過燒氧化鎂的存在使制品體積安定性變并。平常人們講的“80粉”、“85粉”都是指總氧化鎂含量，所以要把這二者區(qū)別開來。
   現(xiàn)在菱鎂行業(yè)使用的輕燒氣化鎂標(biāo)準(zhǔn)是JC／T449－91“建筑材料用菱苦土”，后來又修改為JC／T449－2000“鎂質(zhì)膠凝材料用原料”。這兩個標(biāo)準(zhǔn)的主要控制指標(biāo)為總Mgo、游離CaO、燒失量、凝結(jié)時間、細(xì)度和安定性；但都未設(shè)活性MgO指標(biāo)。容易給生產(chǎn)配方計算帶來失誤。新制定的菱鎂行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)WBT1019-2002“菱鎂制品用輕燒氧化鎂”已于2002年 11月 1日起實施，該標(biāo)準(zhǔn)中增加了活性MgO含量指標(biāo)，并規(guī)定MgO的檢驗方法。筆者建議通風(fēng)管使用一等品以上的輕燒氧化鎂。
   2.2工業(yè)氯化鎂
   工業(yè)氯化鎂是氛氧鎂水泥的調(diào)和劑。它以MgCl2·6H2O形式存在，有海產(chǎn)和鹽湖產(chǎn)兩種。前者分鹵塊、鹵片等，后者主要足結(jié)晶體。目前市場上流通的一部分海產(chǎn)氯化鎂質(zhì)量較差，主要足NaCl、KCL、CaCl2、SO42-等有育雜質(zhì)合錄過高，從而引起制品吸潮返鹵、泛霜、變形等弊病，因此生產(chǎn)中應(yīng)嚴(yán)格控制其化學(xué)成分，建議通風(fēng)管使用的工業(yè)氯化欽指標(biāo)如表1。
    表1 通風(fēng)管用工業(yè)氧化鎂控制指標(biāo)

化學(xué)成分 MgCl2 KCl NaCl CaCl2 SO42-
含量／% ≥45 ≤0.5 ≤1.0 ≤0.5 ≤2.8
   2．3增強玻璃纖維布
   由于鎂水泥漿體的PH值在8．5－9．5，比硅酸鹽水泥漿體的12．5－13低的多，因此可以用中堿玻璃纖維網(wǎng)布來做通風(fēng)管道的增強材料。玻纖布的厚度及鋪放層數(shù)對通風(fēng)管道的抗奇強度和抗沖擊強度有很大影響。 JC646－1996標(biāo)準(zhǔn)對通風(fēng)管道中玻璃纖維布的厚度及鋪設(shè)層數(shù)都作了明確規(guī)定，見表2。筆者發(fā)現(xiàn)，由于社會上不正當(dāng)?shù)膬r格競爭，一部分生產(chǎn)廠又開始使用國家明文規(guī)定嚴(yán)禁使用的陶土坩堝拉制的高堿玻纖布。在山東德州、武城，河北棗強。江蘇宜興等地，部分銷售商和生產(chǎn)廠使用的0.4mm玻纖網(wǎng)布價格只有 0．45元m（幅寬 0.9m），真正的中堿布反而不好賣，出現(xiàn)了一種不正常現(xiàn)象。通風(fēng)管中使用高堿布，在短期內(nèi)產(chǎn)品強度也很高，處理好也能達到國家標(biāo)準(zhǔn)，但試驗表明，一年后管道的強度下降約40％，以后強度還要逐年降低，而且管道還會開裂、粉化等，因此應(yīng)特別加強對玻璃纖維布的管理和使用。
   表2  無機玻璃鋼通風(fēng)管對玻璃纖維布的鋪放要求

圓形風(fēng)管直徑或矩形風(fēng)管大邊長 鋪設(shè)玻璃纖維布層數(shù)層
 
風(fēng)管管體                              法蘭
 
玻璃纖維布厚度mm
mm 0.3 0.4 0.3 0.4
小于300 5-6 4-5 8-9 7-8
320-500 7-8 5-6 10-12 8-9
530-1000 8-9 6-7 13-14 9-10
1060-1500 9-10 7-8 14-16 10-11
1600-2000 12-13 8-9 16-18 14-15
大于2000 14-15 9-10 20-22 16-18
   2.4生產(chǎn)配比
   通風(fēng)管道的生產(chǎn)配比主要根據(jù)MgO／MgCl2、H2O／MgCl2。兩個比值來計算，MgO／MgCl2越大，強度越高；H2O／MgCl2越小，強度越高。但要注意比值對吸潮返鹵性、變形及科漿和易性的影響。生產(chǎn)中出現(xiàn)的一個誤區(qū)是很多人把MgO／MgCl2中的MgO看成是總MgO，而實際上一是參與化學(xué)反應(yīng)的活性MgO的量。筆者建議，通風(fēng)管配料的MgO／MgCl2為7－9，H2O／MgCl2為15一18，但也要根據(jù)溫度。濕度以及填充材料的不同來進行調(diào)整。
   2.5養(yǎng)護條件
   在溫度20－35℃、相對濕度60一70％的室內(nèi)環(huán)境下，成型24h即可脫模，脫模后不要立即拆除表面的聚脂薄膜，保溫保濕養(yǎng)護3一5d。養(yǎng)護溫度過高會引起制品內(nèi)水分快速蒸發(fā)，水化反應(yīng)過早地停止，導(dǎo)致制品泛霜、翹曲變形；溫度過低會延緩能機硬化速度，延年脫模時間，降低強度；現(xiàn)在有的生產(chǎn)企業(yè)受生產(chǎn)場地限制，沒有專門的養(yǎng)護室，脫模后的管放到室外露天堆放。更有甚者，成型后即把管連同模具一起放于室外，遭受太陽的暴曬。有的企業(yè)受模具數(shù)量限制，上午成型的管道僅凝固5個多小時就脫模，以便下午再次使用模具。這些做法都會破壞管道的早期性能，并危機后期性能。
   3改性技術(shù)的發(fā)展
   針對現(xiàn)在通風(fēng)管道存在的種種不足，經(jīng)系統(tǒng)試驗研究，研制成功第三代菱鎂膠凝材料改性劑。該技術(shù)通過了山東省科技廳鑒定，申報了發(fā)明專利，并成功地應(yīng)用于通風(fēng)管道中，解決了通風(fēng)管道的種種弊病。
   3.1改善表面性能
   通過外加改性劑的方式可大幅提高管道的表面質(zhì)量，使其不吸潮返鹵、不泛霜。原理如下：①改變管道的表面性能，使其親水性降低；憎水性提高，并將游離的MgCl2。屏蔽起來；②外摻的改性劑具有很強的減水功能，可在保證料漿流動性、和易性不變的前提下，降低料漿中的鹵水用量，亦即是降低了游離MgCl2的含量，料漿水灰比的降低也減少了制品的毛細(xì)通道，同時提高了制品的耐水性；③加入一些無機活性填料，加活性處粉、硅灰、粉煤灰等，活性SiO2能與體系中過剩的 Mg2+反應(yīng)，生成抗水性較強的MgSiO3膠凝結(jié)品化合物。
   3．2提高耐水性能
   改性劑提高耐水性的機理：可以改變硬化相的結(jié)晶外貌，使518相變得更細(xì)小、更致密。通過電鏡分析知道，未改性的鎂水泥體主要是一些針桿狀結(jié)晶，在此網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中存在大量熱力學(xué)不穩(wěn)定的結(jié)晶接觸點，遇水易發(fā)生水解。改性后的結(jié)構(gòu)以短棒狀或板塊狀品體為主，耐水性得到提高；加入的高分子聚合物能在絡(luò)合物周圍產(chǎn)生高聚物并包覆Mg（OH)2結(jié)晶體，形成良好的防水保護層，同時堵塞結(jié)晶體中的毛細(xì)通道。
   3．3改善力學(xué)性能
   主要途徑是，①在體系中摻入增韌劑，增強系統(tǒng)中有機物和無機物之間的親和力，起到分子橋的作用，從而使制品具有良好的抗沖擊性和韌性；②加入消泡劑，可有效地減少料漿中的氣泡，從而提高制品的密實度，提高強度和耐水性；并能改善管道的發(fā)面質(zhì)量。
   3．4 改善料裝件和物的性能
   加入緩凝劑，可延長料漿的初凝時間，提高和易性，并能提高制品的強度和耐水性。這一部分的內(nèi)容，筆者已在“新型建筑材料”2002年第 7期作了詳細(xì)介紹，在此不再重復(fù)。
   應(yīng)則該技術(shù)生產(chǎn)的改性無機玻璃鋼通風(fēng)管道，經(jīng)國家防火建筑材料質(zhì)量監(jiān)督檢驗中心測試，性能符合JC646－1996標(biāo)準(zhǔn)中一等品的要求，見表3。
   表3 改性無機玻璃鋼通風(fēng)管性能
   表觀密度g·cm-3 吸水率% 執(zhí)彎強度MPa 軟化系數(shù) 法蘭抗沖擊強度kj·m-2
實測值 1.6 10 90 0.92 30
   4 結(jié)束
   （1）無機玻璃鋼通風(fēng)管道具有不燃燒、耐腐蝕、強度高、重量輕等優(yōu)點，現(xiàn)已成為通風(fēng)管道的首選產(chǎn)品，市場前景廣闊；
   （2）氯氧鎂膠凝材料固有的耐水性差、易吸潮返鹵、泛霜、易變形等弊病嚴(yán)重降低了通風(fēng)管過的使用質(zhì)量，如不徹底解決將影響該行業(yè)的發(fā)展；
   （3）在無機玻璃鋼通風(fēng)管的生產(chǎn)中，要嚴(yán)格控制主要原材料的質(zhì)量指標(biāo)，切實做到不合格的原料不進廠，并嚴(yán)格生產(chǎn)工藝和生產(chǎn)配方，這是保證產(chǎn)品質(zhì)量的基礎(chǔ)；
   （4）新一代改性劑的使用可改善通風(fēng)管的表面質(zhì)量、提高抗彎強度、韌性及耐水性、并改善拌和物的成型性能，從根本上克服氯氧鎂材料的弊病，提高其質(zhì)量和使用壽命。