淺述秸稈纖維在土木工程中的研究與應(yīng)用

劉穎

摘? ? 要：我國作為農(nóng)業(yè)大國，農(nóng)作物秸稈的大量廢棄或焚燒造成了巨大的資源浪費以及嚴(yán)重的環(huán)境污染問題。由于秸稈富含大量纖維，價格低廉，來源廣泛，并且添加纖維可以提高水泥基材料的力學(xué)性能，賦予材料新的功能和用途，秸稈纖維在土木工程中的應(yīng)用受到廣泛關(guān)注。本文總結(jié)了前人對秸稈纖維水泥基復(fù)合材料的研究成果，并對其發(fā)展前景進(jìn)行了展望。

關(guān)鍵詞：秸稈纖維;土木工程;應(yīng)用

1? 引言

在我國許多地區(qū)，農(nóng)戶為了提高耕地使用率，常常在農(nóng)作物豐收后大量焚燒秸稈，以便于繼續(xù)在該耕地上進(jìn)行耕種活動。然而，秸稈的燃燒不僅會造成大量的可再生資源的浪費，而且還會加重了環(huán)境污染問題，同時在一定程度上增大了大氣污染物濃度，使得霧霾天氣更加嚴(yán)重，對人們出行的安全性也產(chǎn)生了影響。隨著環(huán)境問題日益加重，人們的環(huán)保意識得到加強(qiáng)，秸稈的有效利用也成為了專家學(xué)者們研究的重點。由于秸稈中含有豐富的纖維，價格相對低廉，來源極其廣泛，同時也是可再生資源，在代替各種人造合成纖維方面有著無與倫比的潛力，以秸稈纖維為增強(qiáng)體的復(fù)合材料也因此誕生。本文主要分析了秸稈纖維在水泥基復(fù)合材料中各項性能的表現(xiàn)，歸納其在土木工程中的研究和應(yīng)用狀況，總結(jié)了秸稈纖維在土木工程基礎(chǔ)施工中的應(yīng)用前景。

2? 秸稈纖維在土木工程中的研究現(xiàn)狀

2.1? 秸稈纖維復(fù)合材料的優(yōu)點

秸稈纖維水泥基復(fù)合材料就是將秸稈纖維摻入到水泥中混合得到的復(fù)合材料，它的特點是質(zhì)量較輕，能夠隔熱保溫，可以吸收噪聲并且提高了資源利用率。把這種材料用于建筑材料中，不僅可以節(jié)約墻體材料，而且能夠節(jié)約大量能源消耗，有效的維護(hù)生態(tài)環(huán)境?！?」在研究了秸稈纖維水泥基復(fù)合材料的性能后，發(fā)現(xiàn)在配合比不變的情況下，秸稈摻量與該材料的強(qiáng)度成負(fù)相關(guān)，摻量增加，折壓比和柔韌性都有所提高，復(fù)合材料容重減小;在秸稈量不變的情況下，表面改性劑摻量增加，復(fù)合材料的強(qiáng)度也隨之增大，而吸水率隨之減小。因此，將秸稈纖維應(yīng)用于水泥基復(fù)合材料中，可大幅提高復(fù)合材料的柔韌性、抗沖擊強(qiáng)度和抗裂性，能發(fā)揮出保溫作用和纖維增強(qiáng)作用，同時還具有質(zhì)量較輕，吸水率很小，抗凍融性能力強(qiáng)以及防火性能好等優(yōu)點。

2.2? 秸稈纖維復(fù)合材料的力學(xué)性能

「2」對秸稈纖維對水泥漿體性能的影響進(jìn)行了研究，研究發(fā)現(xiàn)未改性和改性秸稈纖維均會導(dǎo)致標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量增加，但未改性纖維中含有的一些雜質(zhì)會延長水泥凝結(jié)時間。未改性秸稈會釋放緩凝物質(zhì)來阻止水泥的水化，并且隨著摻量的變化呈現(xiàn)不同的趨勢，而改性秸稈則可以有效降低新拌水泥漿的流動性。同時未改性秸稈纖維會降低材料的力學(xué)性能，而改性秸稈纖維卻能改善其強(qiáng)度，其抗折強(qiáng)度顯著增強(qiáng)，但抗壓強(qiáng)度略有下降?！?」通過一系列工藝對水稻秸稈進(jìn)行預(yù)處理，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過預(yù)處理后能夠有效地提高纖維的結(jié)晶度和熱穩(wěn)定性，使得纖維水泥基復(fù)合材料具有更好的力學(xué)性能。用秸稈纖維等量代替水泥基材料，可降低并延遲水泥的最大水化速率和時間，且兩者之間成負(fù)相關(guān)。同時纖維素的摻量決定了復(fù)合材料的物理性能，與纖維的種類無關(guān)。此外，摻加適量的秸稈纖維素可以明顯提高水泥基復(fù)合材料的力學(xué)性能。

3? 秸稈纖維在土木工程中的應(yīng)用現(xiàn)狀

3.1? 秸稈纖維復(fù)合材料在墻板中的應(yīng)用

秸稈纖維來源廣泛、價格低廉且制作簡單，這就使得植物纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料在某些方面被廣泛應(yīng)用。例如：一家專門從事天然纖維增強(qiáng)水泥制品的著名企業(yè)Jameshaidie公司，推出了植物纖維水泥外掛墻板，該墻板耐用，性能好，強(qiáng)度大，效益高，不會翹曲、腐爛，提高了建筑的隔音效果和保溫隔熱性能，同時可降低風(fēng)化影響。

3.2? 秸稈纖維復(fù)合材料在我國的應(yīng)用

在我國研制的一種吸水水泥也使用了該種植物纖維制成的水泥基復(fù)合材料，使其表面具有生長植物的能力。該水泥不但自身含有纖維，重量減少了30%，可吸收其自身重量35%的水分，而且不會因為對水分的吸收而導(dǎo)致自身強(qiáng)度的降低，可適用于河川、海洋的防波堤建造以及樓頂或墻壁，同時還可以保護(hù)水邊生態(tài)，有助于綠化。近期我國某公司還發(fā)明了一種新型復(fù)合秸稈材料專利，利用稻草秸稈的莖稈，將纖維管通過特殊處理變?yōu)槔w維管，進(jìn)行填充封裝后，制作出自愈合纖維管;再通過與砂漿基體均勻混合、水化形成了秸稈纖維管自愈合水泥基復(fù)合材料，其優(yōu)點是具有良好的抗裂性，環(huán)保性強(qiáng)，同時還可以大量節(jié)省資源并有效的控制或者修復(fù)裂紋。

4? 應(yīng)用前景

目前，大多數(shù)發(fā)達(dá)國家都忽略了對秸稈纖維水泥基復(fù)合材料的研究。事實上，摻秸稈纖維的材料可提高它的力學(xué)性能，且摻同體積摻量的秸稈纖維和人造纖維的復(fù)合材料，其抗裂性相差不大，然而兩者之間的價格相差近10倍，因此采用秸稈纖維代替人造纖維不僅可以在保證性能的前提下降低成本，也可以更加有效的利用可再生資源，減少因焚燒秸稈造成的空氣污染。將秸稈纖維應(yīng)用于土木工程施工過程中，既滿足了可持續(xù)發(fā)展的社會需求，又能夠促進(jìn)人們理解應(yīng)用秸稈纖維復(fù)合材料的優(yōu)越性，同時也保證了產(chǎn)業(yè)經(jīng)濟(jì)優(yōu)勢，因此其利用價值較高。

5? 結(jié)束語

當(dāng)前我國對于秸稈纖維水泥基復(fù)合材料的研究也較為欠缺，大多數(shù)研究都致力于對其力學(xué)性能和制備方法進(jìn)行深度分析，而缺少對于該類材料的實際應(yīng)用的研究，因此其在土木工程中的實際應(yīng)用面也較為狹窄，如何推進(jìn)該材料的實際應(yīng)用也成為了亟待解決的問題。我們應(yīng)當(dāng)用新的方法，從新的角度，對秸稈纖維進(jìn)行更加深入的研究，促進(jìn)其在土木工程基礎(chǔ)施工中的應(yīng)用與發(fā)展。

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