唐春凱
摘要:通過(guò)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(duì)其配比進(jìn)行研究,同時(shí)對(duì)各個(gè)因素分散設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn),評(píng)價(jià)他們?cè)谥参锢w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(duì)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(guó)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(chǔ)量總有一天會(huì)枯竭,故在20世紀(jì)初,人們就已經(jīng)開(kāi)始重視再生能源的開(kāi)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(huì)預(yù)測(cè),在1990~2020年期間再生能源的用量占總能源用量的比例將會(huì)翻3番,到2050年,再生能源將占能源市場(chǎng)的60%。而植物纖維水泥板。綜合利用了部分廢棄物,開(kāi)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(guó)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(duì)社會(huì)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(shí),焚燒秸稈產(chǎn)生大量的一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物,對(duì)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(wú)一利。
同時(shí),我國(guó)《新型墻體材料專(zhuān)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(chǎng)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(duì)水泥基體有緩凝和阻凝作用的抽出物,如果膠樹(shù)脂、油脂、酸性物質(zhì)等,這些抽出物對(duì)界面結(jié)合十分不利,而且不同種類(lèi)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(duì)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(rùn)濕性和機(jī)械性能,為獲得性能穩(wěn)定的麻纖維,需要對(duì)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??偣灿幸韵聨追N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(lái)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(cè)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(guò)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(lèi)、甘油、羧基甲基纖維素、單寧和葡萄糖酸及鹽類(lèi)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(shí),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(huì)有許多淬取物沉淀,對(duì)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(duì)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(wèn)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(guò)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(shí),又可節(jié)約水泥和石灰,降低成本。
1.3復(fù)合添加劑一無(wú)機(jī)鹽類(lèi)
其主要包括有早強(qiáng)型和阻出型兩大類(lèi),主要原理:通過(guò)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(duì)水泥微粒表面的包圍作用,使之溶解并及時(shí)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(guó)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(lái)的緩凝或阻凝影響。
實(shí)驗(yàn)選擇采用A1C13或CaCl2進(jìn)行比對(duì)。