无机玻璃钢通风管道应用现状分析

无机玻璃钢通风管道应用现状分析

   无机玻璃钢通风管（又称玻璃纤维氯氧镁水泥通风管）是以氯氧镁水泥为胶结料中碱玻璃纤维为增强材料、加入填充材料和改性剂等所制成的一种管材。它具有不燃烧、属不燃材料A级，耐腐蚀、强度高和重量轻等特点。在建筑工程、地下工程及工业厂房的通风中，它已经完全取代了不耐燃的有机玻璃钢通风管，并在逐步取代防癌性能差的镀锌铁皮通风管。尤其是在湿度大的地下工程和长江以南地区，它的优越性更为显著。近年来其应用普及全国各地。然而，通过氯氧镁胶凝材料的研究及制品的检测，发现无机玻璃钢通风管在生产中及工程应用中仍存在一些质量问题。有的质量问题严重影响了工程的使用寿命，应引起大家足够重视。

   l通风管的质量问题

   1．l外观质量

   （1）吸潮返卤。在一组试样的3块板上各任意切取150×150mm试样，放入相对湿度≥90%，温度30－40℃的恒温恒湿箱中，24h及48h后取出观察有无水珠或变潮。这是检验制品在高温高湿的环境中表面的潮湿情况。产生吸潮返卤的主要原因是硬化体中残留的MgCl2溶液因蒸发作用，在靠近表面的缝隙中析出MgCl2·6H2O晶体，而MgCl2·6H2O晶体是强吸潮剂。当空气相对湿度较大时，这些晶体会吸收空气中的水分，在制品表面凝结造成表面挂满水珠，严重时出现水珠连成一片形成流淌现象。如果空气湿度变低，硬化体表面水分蒸发，留下了斑斑白迹。所以，含有未反应完全MgCl2的镁水泥硬化体在使用和存放过程中会随着环境湿度的不同发生吸潮返卤-干燥的反复文化。这种变化不仅影响了制品的外观质量，而且降低了制品的耐水性和使用寿命。

   （2）泛霜。用肉眼观察或用手指抹管表面，看到有白色盐析出物，这就是泛霜。通过化学分析可知这层白霜的主要成分是MgO和Mg（OH)2。在配料中，如果出现MgO过剩，未与MgCl2反应的MgO又与空气中的水分发生反应生成白色的Mg（OH)2。另外，所用卤水中含有可溶性的碱金属盐类；如KCI、NaCI等。在水化过程中，可溶性减金属盐沿着制品的微细孔扩散到表面，当水分蒸发后就留下白色的残余物，形成所说的“泛霜”。泛霜可造成制品褪色、泛白、颜色不均匀等。

   （3）翘曲变形。通风管道大多是一些薄壁、大幅画的产品，在生产和使用过程中经常出现翘曲变形的问题。主要原因：①镁水泥在自然养护条件下其体积是一个连续膨胀过程，其线膨胀率为0.1~0.2%，体积膨胀率约为1%；②菱镁矿在服烧过程中不可避免地产生局部过烧，使一部分MgO呈死烧状态，过烧的MgO水化过程很慢，当已形成强度的水泥石中的MgO再遇水进行水化时，生成Mg（OH)2，体积膨胀120%；③轻烧氧化镁中游离CaO水化时体积膨胀90％，而卤片中存在着SO42-，当Ca（OH)2转化成石膏时，固体体积将增加2倍以上，导致制品变形，这也是限制轻烧氧化镁中游离CaO含量、卤片中SO42-含量的原因；④MgO－Mg－C12－H2O系统水化过程是一个强烈的放热反应过程，而生产的管道体积又大，若环境温度较高，则反应升温过程，板材本体温度过高，反应不充分，造成较大的结晶应力和热膨胀应力，使制品体积膨胀。

   1．2力学性能

   （1）抗弯强度低。标准 JC646－ 1996 对抗奇强度的指标和检验方法都作了详细的规定，主要是考虑了通风管道是薄壁（3~8mm）、大幅面（可达5~6m2）的产品，而且长期悬空使用，使用寿命要求在30年以上，所以抗弯强度是一项非常重要的力学性能指标。抗弯强度低的主要原因是①使用了不合格的玻璃纤维布，如高喊布或玻璃丝布的经纬都太稀疏、或是玻璃布厚度太薄；②铺放的玻璃公布层数太少，达不到标准的要求。

   （2）耐水性差。通风管道长期在潮湿的环境下使用，其力学性能不显著降低的性质称为耐水性。通风管道使用的环境比较复杂，如地下、防空洞、煤矿等地方基本长期处于潮湿的环境，而长江以南地区湿度更大，这要求通风管道必须有良好的耐水性。但普通的或改性效果不好的管道耐水性很差，软化系数只有0.2~0.4，即强度丧失60~80%，基本失去使用性能。通风管道水化硬化的主要产物是518相（五相）和 318相（三相），两者皆为晶体结构，一般是针杆状形态。它们相互交叉搭接，穿插排列成网状结构，变成坚固的水泥石而产生较高的机械强度。但三、五相在结构上属亚稳态，它们晶体间相互交叉穿插，但并没有结合成整体；只是类似于石膏晶体相穿插，粘附形成一体；在网状结构中存在着大量热力学不稳定的接触点，当暴露于水中后，晶体间的穿插和吸附作用消失，易发生水解，使制品耐水性变差。

   （3）韧性差、脆性大是通风管道在安装、维护中所经常遇到的问题。在这一过程中，制品肯定要受到外来较大的撞击和压力，如脚踩、手按、重物的碰施、甚至是受锐器的强烈冲击等。制品表面受到破坏，或产生放射状大裂纹或产生网状细裂纹，降低了管道的耐久性。最直观的检验是用刚脱模或养护好或安装前的管道，大面朝上用手向下用力按压，韧性差的管道会发生“嘎巴、嘎巴”似管壁断裂的声音，人更是不敢站上去；韧性好的管道却听不到任何声音，人站在管道上面有一种颤悠悠的感觉。

   2影响质量的主要因素

   2.1轻烧氧化镁

   轻烧氧化镁是天然菱镁矿经800－900℃煅烧，MgCO3分解成MgO，再经磨细而成。镁水泥所用的氧化镁必须具有活性。氧化镁的活性是指它与水或MgC12溶液混合后具有发生水化反应的能力，亦称水活性。话讲氧化镁也是衡量轻烧粉质量和进行配料计算的重要依据。活性氧化镁含量总是比总氧化镁含镁要低。这之间的差值一是在低烧中与烧失最相关的氢氧化镁和碳酸镁含量，二是反应活性很差的过烧氧化镁，而过烧氧化镁的存在使制品体积安定性变并。平常人们讲的“80粉”、“85粉”都是指总氧化镁含量，所以要把这二者区别开来。

   现在菱镁行业使用的轻烧气化镁标准是JC／T449－91“建筑材料用菱苦土”，后来又修改为JC／T449－2000“镁质胶凝材料用原料”。这两个标准的主要控制指标为总Mgo、游离CaO、烧失量、凝结时间、细度和安定性；但都未设活性MgO指标。容易给生产配方计算带来失误。新制定的菱镁行业标准WBT1019-2002“菱镁制品用轻烧氧化镁”已于2002年 11月 1日起实施，该标准中增加了活性MgO含量指标，并规定MgO的检验方法。笔者建议通风管使用一等品以上的轻烧氧化镁。

   2.2工业氯化镁

   工业氯化镁是氛氧镁水泥的调和剂。它以MgCl2·6H2O形式存在，有海产和盐湖产两种。前者分卤块、卤片等，后者主要足结晶体。目前市场上流通的一部分海产氯化镁质量较差，主要足NaCl、KCL、CaCl2、SO42-等有育杂质合录过高，从而引起制品吸潮返卤、泛霜、变形等弊病，因此生产中应严格控制其化学成分，建议通风管使用的工业氯化钦指标如表1。

    表1 通风管用工业氧化镁控制指标

化学成分 MgCl2 KCl NaCl CaCl2 SO42-

含量／% ≥45 ≤0.5 ≤1.0 ≤0.5 ≤2.8

   2．3增强玻璃纤维布

   由于镁水泥浆体的PH值在8．5－9．5，比硅酸盐水泥浆体的12．5－13低的多，因此可以用中碱玻璃纤维网布来做通风管道的增强材料。玻纤布的厚度及铺放层数对通风管道的抗奇强度和抗冲击强度有很大影响。 JC646－1996标准对通风管道中玻璃纤维布的厚度及铺设层数都作了明确规定，见表2。笔者发现，由于社会上不正当的价格竞争，一部分生产厂又开始使用国家明文规定严禁使用的陶土坩埚拉制的高碱玻纤布。在山东德州、武城，河北枣强。江苏宜兴等地，部分销售商和生产厂使用的0.4mm玻纤网布价格只有 0．45元m（幅宽 0.9m），真正的中碱布反而不好卖，出现了一种不正常现象。通风管中使用高碱布，在短期内产品强度也很高，处理好也能达到国家标准，但试验表明，一年后管道的强度下降约40％，以后强度还要逐年降低，而且管道还会开裂、粉化等，因此应特别加强对玻璃纤维布的管理和使用。

   表2  无机玻璃钢通风管对玻璃纤维布的铺放要求

圆形风管直径或矩形风管大边长 铺设玻璃纤维布层数层

风管管体                              法兰

玻璃纤维布厚度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生产配比

   通风管道的生产配比主要根据MgO／MgCl2、H2O／MgCl2。两个比值来计算，MgO／MgCl2越大，强度越高；H2O／MgCl2越小，强度越高。但要注意比值对吸潮返卤性、变形及科浆和易性的影响。生产中出现的一个误区是很多人把MgO／MgCl2中的MgO看成是总MgO，而实际上一是参与化学反应的活性MgO的量。笔者建议，通风管配料的MgO／MgCl2为7－9，H2O／MgCl2为15一18，但也要根据温度。湿度以及填充材料的不同来进行调整。

   2.5养护条件

   在温度20－35℃、相对湿度60一70％的室内环境下，成型24h即可脱模，脱模后不要立即拆除表面的聚脂薄膜，保温保湿养护3一5d。养护温度过高会引起制品内水分快速蒸发，水化反应过早地停止，导致制品泛霜、翘曲变形；温度过低会延缓能机硬化速度，延年脱模时间，降低强度；现在有的生产企业受生产场地限制，没有专门的养护室，脱模后的管放到室外露天堆放。更有甚者，成型后即把管连同模具一起放于室外，遭受太阳的暴晒。有的企业受模具数量限制，上午成型的管道仅凝固5个多小时就脱模，以便下午再次使用模具。这些做法都会破坏管道的早期性能，并危机后期性能。

   3改性技术的发展

   针对现在通风管道存在的种种不足，经系统试验研究，研制成功第三代菱镁胶凝材料改性剂。该技术通过了山东省科技厅鉴定，申报了发明专利，并成功地应用于通风管道中，解决了通风管道的种种弊病。

   3.1改善表面性能

   通过外加改性剂的方式可大幅提高管道的表面质量，使其不吸潮返卤、不泛霜。原理如下：①改变管道的表面性能，使其亲水性降低；憎水性提高，并将游离的MgCl2。屏蔽起来；②外掺的改性剂具有很强的减水功能，可在保证料浆流动性、和易性不变的前提下，降低料浆中的卤水用量，亦即是降低了游离MgCl2的含量，料浆水灰比的降低也减少了制品的毛细通道，同时提高了制品的耐水性；③加入一些无机活性填料，加活性处粉、硅灰、粉煤灰等，活性SiO2能与体系中过剩的 Mg2+反应，生成抗水性较强的MgSiO3胶凝结品化合物。

   3．2提高耐水性能

   改性剂提高耐水性的机理：可以改变硬化相的结晶外貌，使518相变得更细小、更致密。通过电镜分析知道，未改性的镁水泥体主要是一些针杆状结晶，在此网状结构中存在大量热力学不稳定的结晶接触点，遇水易发生水解。改性后的结构以短棒状或板块状品体为主，耐水性得到提高；加入的高分子聚合物能在络合物周围产生高聚物并包覆Mg（OH)2结晶体，形成良好的防水保护层，同时堵塞结晶体中的毛细通道。

   3．3改善力学性能

   主要途径是，①在体系中掺入增韧剂，增强系统中有机物和无机物之间的亲和力，起到分子桥的作用，从而使制品具有良好的抗冲击性和韧性；②加入消泡剂，可有效地减少料浆中的气泡，从而提高制品的密实度，提高强度和耐水性；并能改善管道的发面质量。

   3．4 改善料装件和物的性能

   加入缓凝剂，可延长料浆的初凝时间，提高和易性，并能提高制品的强度和耐水性。这一部分的内容，笔者已在“新型建筑材料”2002年第 7期作了详细介绍，在此不再重复。

   应则该技术生产的改性无机玻璃钢通风管道，经国家防火建筑材料质量监督检验中心测试，性能符合JC646－1996标准中一等品的要求，见表3。

   表3 改性无机玻璃钢通风管性能

   表观密度g·cm-3 吸水率% 执弯强度MPa 软化系数 法兰抗冲击强度kj·m-2

实测值 1.6 10 90 0.92 30

   4 结束

   （1）无机玻璃钢通风管道具有不燃烧、耐腐蚀、强度高、重量轻等优点，现已成为通风管道的首选产品，市场前景广阔；

   （2）氯氧镁胶凝材料固有的耐水性差、易吸潮返卤、泛霜、易变形等弊病严重降低了通风管过的使用质量，如不彻底解决将影响该行业的发展；

   （3）在无机玻璃钢通风管的生产中，要严格控制主要原材料的质量指标，切实做到不合格的原料不进厂，并严格生产工艺和生产配方，这是保证产品质量的基础；

   （4）新一代改性剂的使用可改善通风管的表面质量、提高抗弯强度、韧性及耐水性、并改善拌和物的成型性能，从根本上克服氯氧镁材料的弊病，提高其质量和使用寿命。