植物纖維水泥板抗折性能研究

唐春凱

摘要：通過變量實(shí)驗(yàn)的方法，找出影響植物纖維水泥板抗折性能的各種因素，并對其配比進(jìn)行研究，同時對各個因素分散設(shè)計實(shí)驗(yàn)，評價他們在植物纖維水泥板抗折性能上的作用，以及如何改進(jìn)的方法。介紹了部分配合比下的不同樣的養(yǎng)護(hù)方法，和對提升抗折強(qiáng)度的巨大影響。

關(guān)鍵詞：植物纖維；水泥板；抗折性能

引言

能源在國民經(jīng)濟(jì)各領(lǐng)域中的作用盡人皆知，但是非再生能源儲量總有一天會枯竭，故在20世紀(jì)初，人們就已經(jīng)開始重視再生能源的開發(fā)和利用，并已取得了較大的進(jìn)展，據(jù)世界能源委員會預(yù)測，在1990～2020年期間再生能源的用量占總能源用量的比例將會翻3番，到2050年，再生能源將占能源市場的60%。而植物纖維水泥板。綜合利用了部分廢棄物，開辟了一條變廢為寶的道路，可以稱為一種可再生資源。

目前全世界每年產(chǎn)農(nóng)作物秸稈1000～2000億t，我國達(dá)到7億t以上，資源十分豐富，是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)上的一項(xiàng)重要的有機(jī)肥源。合理利用秸稈。有利農(nóng)業(yè)和農(nóng)村發(fā)展，否則，秸稈將對社會的許多方面造成負(fù)作用。傳統(tǒng)的農(nóng)作物處理方法就是焚燒，雖然焚燒可以最大限度地實(shí)現(xiàn)農(nóng)作物秸稈的減量化，但是這是一種嚴(yán)重的資源浪費(fèi)，同時，焚燒秸稈產(chǎn)生大量的一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物，對大氣環(huán)境產(chǎn)生嚴(yán)重的影響。此外焚燒還有可能引起土壤礦物質(zhì)的破壞。百害而無一利。

同時，我國《新型墻體材料專項(xiàng)基金征收和使用管理辦法》中規(guī)定“原材料摻有不少于30%農(nóng)作物秸稈、垃圾、工業(yè)廢料、淤泥的墻體材料”，減免征收稅。因此利用農(nóng)作物秸稈等植物纖維，加上部分木料廢棄物鋸末等研制墻體水泥板具有較高的經(jīng)濟(jì)效益，市場前景廣闊。

1.主要原材料及其性能

1.1植物纖維增強(qiáng)相

植物纖維水泥復(fù)合材料增強(qiáng)相是一年生植物經(jīng)破碎后的自然形態(tài)植物纖維。研究發(fā)現(xiàn)，植物纖維的本身的強(qiáng)度大都較低，其拉伸強(qiáng)度均為玻璃纖維和碳纖維拉伸強(qiáng)度的1/30-1/90，而且，植物纖維中含有大量對水泥基體有緩凝和阻凝作用的抽出物，如果膠樹脂、油脂、酸性物質(zhì)等，這些抽出物對界面結(jié)合十分不利，而且不同種類纖維的化學(xué)組分和纖維形態(tài)有很大差別，這樣亦造成其水泥復(fù)合材料力學(xué)性能的差異很大。4種植物纖維水泥復(fù)合材料中，麻稈/水泥復(fù)合材料性能較好，棉桿/4泥復(fù)合材料性能較差。從植物纖維的化學(xué)組分考慮，4種植物纖維中，麻稈的各種抽出物是最低的。它對界面結(jié)合的影響是最小的，因而性能較好，因此我們實(shí)驗(yàn)選擇了麻纖維。

麻纖維的表面具有強(qiáng)烈的吸水性，嚴(yán)重影響了復(fù)合材料的潤濕性和機(jī)械性能，為獲得性能穩(wěn)定的麻纖維，需要對麻纖維進(jìn)行化學(xué)和機(jī)械處理，以提高界面剪切應(yīng)力的傳播和增強(qiáng)復(fù)合材料的機(jī)械性能。總共有以下幾種方法：（1）堿溶液處理：在麻纖維中含有大量的半纖維素和木質(zhì)素，可以用堿性溶液來打破半纖維素和木質(zhì)素中的酯鍵和醚鍵，使部分半纖維素和木質(zhì)素溶解。提高其的穩(wěn)定性：（2）蒸汽爆炸法：是目前為止較為常用的一種方法，主要目的是除去秸稈纖維中大部分半纖維素和木質(zhì)素。改變纖維表面狀態(tài)，增大纖維的表面積，細(xì)化纖維和增強(qiáng)纖維表面化學(xué)反應(yīng)性，以使纖維成為一種增強(qiáng)材料：（3）纖維表面細(xì)化處理：這種方法是采用機(jī)械增粘的方法，使纖維的表面粗糙化，增大了纖維的表面積，使纖維與基體界面發(fā)生機(jī)械的結(jié)合，由此提高界面的粘附性，從而可以提高纖維與基體之間的連接力，達(dá)到提高其抗剪切的能力。

測試選擇了比較方便的堿溶液處理的方法，

1.2基體相

水泥在植物纖維水泥復(fù)合材料中既是基體，又起粘結(jié)劑的作用。水泥是典型的脆性材料，作為一種傳統(tǒng)的建筑材料沿用已久。其脆性可以通過加筋或加入有機(jī)材料加以克服，而用植物纖維是一種有益的嘗試。水泥的特點(diǎn)是必須在堿性介質(zhì)（PH>12）中才能凝固。水泥中加入糖類、甘油、羧基甲基纖維素、單寧和葡萄糖酸及鹽類等，將使水泥凝固延緩，如加入水泥重量1%的糖，水泥幾乎完全停止凝固。同時，水泥拌水后由于水泥水化漿體呈堿性，因此水泥中加入植物纖維和加入礦物纖維不同，植物纖維在水泥漿堿性溶液中浸泡，會有許多淬取物沉淀，對水泥有緩凝或阻凝作用，例如大多數(shù)木種成分能使水泥不凝固，這也是造成木質(zhì)水泥刨花板不能推廣的原因。幾乎所有農(nóng)作物秸稈都對水泥有阻凝或緩凝使用，因此需加入一定的添加劑才能解決增強(qiáng)纖維和水泥基體的結(jié)合問題，試驗(yàn)中采用的是普通硅酸鹽水泥。

粉煤灰（FA）：粉煤灰通過其形態(tài)效應(yīng)、火山灰效應(yīng)和微集料效應(yīng)，可以提高混凝土的保水性、塑性及強(qiáng)度，同時，又可節(jié)約水泥和石灰，降低成本。

1.3復(fù)合添加劑一無機(jī)鹽類

其主要包括有早強(qiáng)型和阻出型兩大類，主要原理：通過助劑加速水泥固化或在木材表面形成膜狀物，以克服木材抽提物對水泥微粒表面的包圍作用，使之溶解并及時析出晶體，這種作用與電解質(zhì)能改變微粒表面電荷及表面性能有關(guān)。國內(nèi)外有關(guān)研究結(jié)果顯示：添加劑以氯化物的效果最好，主要是氯離子的擴(kuò)散力極強(qiáng)，可穿透硅酸三鈣（c3s）表面的保護(hù)膜，與鋁酸三鈣（c3A）形成氯鋁酸三鈣（3CaO·Al2O3·CaCl2·10H20），其溶解度大于鈣礬石，使水泥微粒在水化初期被一層滲透性好的物質(zhì)所包圍，從而加速水化。可以緩解由纖維抽出物帶來的緩凝或阻凝影響。

實(shí)驗(yàn)選擇采用A1C13或CaCl2進(jìn)行比對。