植物纖維水泥板抗折性能研究

唐春凱

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

關鍵詞：植物纖維；水泥板；抗折性能

引言

能源在國民經濟各領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世紀初，人們就已經開始重視再生能源的開發和利用，并已取得了較大的進展，據世界能源委員會預測，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。

目前全世界每年產農作物秸稈1000～2000億t，我國達到7億t以上，資源十分豐富，是農業生產上的一項重要的有機肥源。合理利用秸稈。有利農業和農村發展，否則，秸稈將對社會的許多方面造成負作用。傳統的農作物處理方法就是焚燒，雖然焚燒可以最大限度地實現農作物秸稈的減量化，但是這是一種嚴重的資源浪費，同時，焚燒秸稈產生大量的一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物，對大氣環境產生嚴重的影響。此外焚燒還有可能引起土壤礦物質的破壞。百害而無一利。

同時，我國《新型墻體材料專項基金征收和使用管理辦法》中規定“原材料摻有不少于30%農作物秸稈、垃圾、工業廢料、淤泥的墻體材料”，減免征收稅。因此利用農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濟效益，市場前景廣闊。

1.主要原材料及其性能

1.1植物纖維增強相

植物纖維水泥復合材料增強相是一年生植物經破碎后的自然形態植物纖維。研究發現，植物纖維的本身的強度大都較低，其拉伸強度均為玻璃纖維和碳纖維拉伸強度的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、酸性物質等，這些抽出物對界面結合十分不利，而且不同種類纖維的化學組分和纖維形態有很大差別，這樣亦造成其水泥復合材料力學性能的差異很大。4種植物纖維水泥復合材料中，麻稈/水泥復合材料性能較好，棉桿/4泥復合材料性能較差。從植物纖維的化學組分考慮，4種植物纖維中，麻稈的各種抽出物是最低的。它對界面結合的影響是最小的，因而性能較好，因此我們實驗選擇了麻纖維。

麻纖維的表面具有強烈的吸水性，嚴重影響了復合材料的潤濕性和機械性能，為獲得性能穩定的麻纖維，需要對麻纖維進行化學和機械處理，以提高界面剪切應力的傳播和增強復合材料的機械性能。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素，可以用堿性溶液來打破半纖維素和木質素中的酯鍵和醚鍵，使部分半纖維素和木質素溶解。提高其的穩定性：（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素。改變纖維表面狀態，增大纖維的表面積，細化纖維和增強纖維表面化學反應性，以使纖維成為一種增強材料：（3）纖維表面細化處理：這種方法是采用機械增粘的方法，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生機械的結合，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合材料中既是基體，又起粘結劑的作用。水泥是典型的脆性材料，作為一種傳統的建筑材料沿用已久。其脆性可以通過加筋或加入有機材料加以克服，而用植物纖維是一種有益的嘗試。水泥的特點是必須在堿性介質（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，例如大多數木種成分能使水泥不凝固，這也是造成木質水泥刨花板不能推廣的原因。幾乎所有農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纖維和水泥基體的結合問題，試驗中采用的是普通硅酸鹽水泥。

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

1.3復合添加劑一無機鹽類

其主要包括有早強型和阻出型兩大類，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，這種作用與電解質能改變微粒表面電荷及表面性能有關。國內外有關研究結果顯示：添加劑以氯化物的效果最好，主要是氯離子的擴散力極強，可穿透硅酸三鈣（c3s）表面的保護膜，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。

實驗選擇采用A1C13或CaCl2進行比對。