应用玻璃质光纤制备透光混凝土的研究

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发布时间：2021-09-03

资料介绍

目前关于该类材料的组成、制备技术号陛能研究报道
不多。李悦等以水泥砂浆和水泥净浆为基体制备了透光
水泥基材料，光纤不进行纺织加工，直接采用平行排列法
分布于基体中，测试了其抗压强度和透光性能，并且采用
SEM观察了其微观结构。结果表明：制备出的透光材料具
有较高的透光率，在波长520～630 hill范围内，透光率可达
到甚至超过70 gA4打印纸的透光率；透光率随光纤体积
掺量的增加而增大，抗压强度随光纤体积掺量的增大而减
小。李悦等提出了2项发明专利，除了应用光纤平行排列
法制备水泥基透光材料之外凹，还选用了有机质多模光纤，
把光纤进行一定规则的纺织成型为纤维布或纤维集成体，
并作为传输光线的导体以实现水泥混凝土材料透光传像
等特殊效果[1ol。但是在上述研究中并没有实际解决玻璃质
光纤布置的规则排列问题。尹衍操【n】介绍了采用生产模组
制备透光混凝土的专利技术，但也没有阐述光纤如何均布
在混凝土中。
本试验结合已有的研究成果，制备了水泥砂浆作为透
光混凝土的基体材料，采用玻璃质多模光纤、应用平行排
列法在水泥砂浆中埋入两种光纤，考察了光纤体积掺量的
变化对透光混凝土材料的透光性能和强度的影响，为该类
材料的设计与制备提供了有价值的研究。
1 试验概况
1．1 试验设计
水泥：钻牌P·O 42．5级水泥，3、28 d抗压强度分别为
l9．8、45．5]VIPa。集料：选用了中国ISO标准砂，完全符合
GB／T 17671-1999标准，最大粒径经过筛选后控制为2 mn'l。
光纤：武汉长飞光线光缆有限公司生产的两种玻璃质多模光
纤，光纤外直径均为125 i．Lm，内芯直径分别为50、62．5 Ixm，
依次记为①号、②号光纤。偶联剂为巴斯夫(中国)有限公
司上海分公司生产的安固力分散体。减水剂为萘系高效减
水剂，减水率为21％。打印纸：作为透光率对比试验，选择亚
龙纸制品(昆山)有限公司生产的A4中性纸，规格为70 g。
1．2 试验方法
1．2．1 试件成型方法
水泥砂浆的制备：水泥与集料的质量比为1：1，减水剂
掺量为水泥质量的1％，水灰比为O．40，水泥砂浆的稠度达
到15 cm。然后将水泥砂浆浇筑于4 cmx4 cmxl6 cm试模
中，每次浇筑厚度为0．5 cm左右。
光纤的铺设：将光纤切成长度为15 cm左右的单纤维，
用偶联剂处理光纤表面后风干。待浇筑完成一次砂浆后，
将光纤均匀地平行排列铺设于砂浆的表面，光纤的间距根据
光纤掺量进行调整。每层纤维铺设完毕后轻轻振捣水泥浆
体。如此反复，直到试模内部全部充满水泥浆体和光纤织物。
养护和切割：将含有光纤的水泥浆体试件在标准养护
条件(温度(20~2)℃，I (95±5)％)下养护到28 d，一部分
试件用于测试抗压抗折强度，另一部分试件用切割机切割
成断面为4 cmx4 c；m、厚度为5 min的薄片，并将切割断面
打磨抛光，得到透光混凝土，以供测量透光率使用。切割后
的断面均垂直于光纤束方向。
1．2．2 试件测试方法
采用UV765紫外可见分光光度计在波长520~630 nnl
范围内分别测量透光混凝土和打印纸的透光率，结果取平
均值。将透光混凝土的平均透光率与打印纸的平均透光率
进行比较，其比值作为相对透光率，计算公式即为：相对透
光率=透光混凝土的平均透光率／打印纸的平均透光率。
试件的抗压、抗折强度按GB／T 17671(水泥胶砂强度
检验方法》检测，水泥砂浆的流动性按照GB／T 2419(水泥
胶砂流动度测定方法》检测。
2 结果与讨论
2．1 透光混凝土的压折强度试验结果分析
从表1透光混凝土的抗压强度试验结果可以看出：埋
入光纤的试块的抗压强度比未埋入光纤的试块抗压强度
有所降低。对于同种光纤，试块的抗压强度随光纤体积掺
量的增加而逐渐降低。其主要原因是玻璃质多模光纤的内
芯由二氧化硅和二氧化锗组成，外皮材质为二氧化硅，本
身的强度较低，约为9MPa，且断面呈圆形，这种光纤的加
入导致了基体的不均匀性，从而部分降低了试块的抗压强
度。对于体积掺量相同的不同种类的光纤，试块抗压强度
相近，原因是包层和内芯材质的强度相近，在纤维体积总
掺量相同的条件下对试件整体抗压强度的影响相近。