植物纤维水泥板抗折性能研究

唐春凯

摘要：通过变量实验的方法，找出影响植物纤维水泥板抗折性能的各种因素，并对其配比进行研究，同时对各个因素分散设计实验，评价他们在植物纤维水泥板抗折性能上的作用，以及如何改进的方法。介绍了部分配合比下的不同样的养护方法，和对提升抗折强度的巨大影响。

关键词：植物纤维；水泥板；抗折性能

引言

能源在国民经济各领域中的作用尽人皆知，但是非再生能源储量总有一天会枯竭，故在20世纪初，人们就已经开始重视再生能源的开发和利用，并已取得了较大的进展，据世界能源委员会预测，在1990～2020年期间再生能源的用量占总能源用量的比例将会翻3番，到2050年，再生能源将占能源市场的60%。而植物纤维水泥板。综合利用了部分废弃物，开辟了一条变废为宝的道路，可以称为一种可再生资源。

目前全世界每年产农作物秸秆1000～2000亿t，我国达到7亿t以上，资源十分丰富，是农业生产上的一项重要的有机肥源。合理利用秸秆。有利农业和农村发展，否则，秸秆将对社会的许多方面造成负作用。传统的农作物处理方法就是焚烧，虽然焚烧可以最大限度地实现农作物秸秆的减量化，但是这是一种严重的资源浪费，同时，焚烧秸秆产生大量的一氧化碳、二氧化碳、氮氧化物，对大气环境产生严重的影响。此外焚烧还有可能引起土壤矿物质的破坏。百害而无一利。

同时，我国《新型墙体材料专项基金征收和使用管理办法》中规定“原材料掺有不少于30%农作物秸秆、垃圾、工业废料、淤泥的墙体材料”，减免征收税。因此利用农作物秸秆等植物纤维，加上部分木料废弃物锯末等研制墙体水泥板具有较高的经济效益，市场前景广阔。

1.主要原材料及其性能

1.1植物纤维增强相

植物纤维水泥复合材料增强相是一年生植物经破碎后的自然形态植物纤维。研究发现，植物纤维的本身的强度大都较低，其拉伸强度均为玻璃纤维和碳纤维拉伸强度的1/30-1/90，而且，植物纤维中含有大量对水泥基体有缓凝和阻凝作用的抽出物，如果胶树脂、油脂、酸性物质等，这些抽出物对界面结合十分不利，而且不同种类纤维的化学组分和纤维形态有很大差别，这样亦造成其水泥复合材料力学性能的差异很大。4种植物纤维水泥复合材料中，麻秆/水泥复合材料性能较好，棉杆/4泥复合材料性能较差。从植物纤维的化学组分考虑，4种植物纤维中，麻秆的各种抽出物是最低的。它对界面结合的影响是最小的，因而性能较好，因此我们实验选择了麻纤维。

麻纤维的表面具有强烈的吸水性，严重影响了复合材料的润湿性和机械性能，为获得性能稳定的麻纤维，需要对麻纤维进行化学和机械处理，以提高界面剪切应力的传播和增强复合材料的机械性能。总共有以下几种方法：（1）碱溶液处理：在麻纤维中含有大量的半纤维素和木质素，可以用碱性溶液来打破半纤维素和木质素中的酯键和醚键，使部分半纤维素和木质素溶解。提高其的稳定性：（2）蒸汽爆炸法：是目前为止较为常用的一种方法，主要目的是除去秸秆纤维中大部分半纤维素和木质素。改变纤维表面状态，增大纤维的表面积，细化纤维和增强纤维表面化学反应性，以使纤维成为一种增强材料：（3）纤维表面细化处理：这种方法是采用机械增粘的方法，使纤维的表面粗糙化，增大了纤维的表面积，使纤维与基体界面发生机械的结合，由此提高界面的粘附性，从而可以提高纤维与基体之间的连接力，达到提高其抗剪切的能力。

测试选择了比较方便的碱溶液处理的方法，

1.2基体相

水泥在植物纤维水泥复合材料中既是基体，又起粘结剂的作用。水泥是典型的脆性材料，作为一种传统的建筑材料沿用已久。其脆性可以通过加筋或加入有机材料加以克服，而用植物纤维是一种有益的尝试。水泥的特点是必须在碱性介质（PH>12）中才能凝固。水泥中加入糖类、甘油、羧基甲基纤维素、单宁和葡萄糖酸及盐类等，将使水泥凝固延缓，如加入水泥重量1%的糖，水泥几乎完全停止凝固。同时，水泥拌水后由于水泥水化浆体呈碱性，因此水泥中加入植物纤维和加入矿物纤维不同，植物纤维在水泥浆碱性溶液中浸泡，会有许多淬取物沉淀，对水泥有缓凝或阻凝作用，例如大多数木种成分能使水泥不凝固，这也是造成木质水泥刨花板不能推广的原因。几乎所有农作物秸秆都对水泥有阻凝或缓凝使用，因此需加入一定的添加剂才能解决增强纤维和水泥基体的结合问题，试验中采用的是普通硅酸盐水泥。

粉煤灰（FA）：粉煤灰通过其形态效应、火山灰效应和微集料效应，可以提高混凝土的保水性、塑性及强度，同时，又可节约水泥和石灰，降低成本。

1.3复合添加剂一无机盐类

其主要包括有早强型和阻出型两大类，主要原理：通过助剂加速水泥固化或在木材表面形成膜状物，以克服木材抽提物对水泥微粒表面的包围作用，使之溶解并及时析出晶体，这种作用与电解质能改变微粒表面电荷及表面性能有关。国内外有关研究结果显示：添加剂以氯化物的效果最好，主要是氯离子的扩散力极强，可穿透硅酸三钙（c3s）表面的保护膜，与铝酸三钙（c3A）形成氯铝酸三钙（3CaO·Al2O3·CaCl2·10H20），其溶解度大于钙矾石，使水泥微粒在水化初期被一层渗透性好的物质所包围，从而加速水化。可以缓解由纤维抽出物带来的缓凝或阻凝影响。

实验选择采用A1C13或CaCl2进行比对。