植物纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的性能研究.pdf

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1、硅酸鹽通報(bào)　1997年第3期植物纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的性能研究李國忠　于衍真　司志明　王志　付興華(山東建筑材料工業(yè)學(xué)院　濟(jì)南250022)摘　要:針對含有鋼渣的植物纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料,研究了其基體結(jié)構(gòu)和界面狀況對材料性能的影響。探討了摻入外加劑后基體材料的水化機(jī)理。同時采用脲醛樹脂對植物纖維進(jìn)行表面處理,有效地改善了復(fù)合材料的物理性能。關(guān)鍵詞:水泥,植物纖維,鋼渣,水化機(jī)理,界面[1-4]11前言物纖維替代木質(zhì)纖維的研究,具有重要近年來隨著新型建筑材料的開發(fā)與進(jìn)意義。本文探討了水泥、植物纖維、鋼渣復(fù)合步,

2、以植物纖維為增強(qiáng)材料的復(fù)合型建材取材料中,基體的微觀結(jié)構(gòu)及復(fù)合材料界面結(jié)得了很大的進(jìn)展。特別以木質(zhì)纖維增強(qiáng)的水合狀況對性能的影響。泥刨花板、石膏刨花板都取得了較為廣泛的應(yīng)用。發(fā)達(dá)國家的許多公司相繼推出了成套21實(shí)驗(yàn)的生產(chǎn)設(shè)備與技術(shù),國內(nèi)對此種板材的生產(chǎn)211原材料與應(yīng)用也逐漸興起。但是我國木材資源比較棉花秸稈干燥后粉碎至長5～20mm。緊缺,全國大多數(shù)地區(qū),此種板材的發(fā)展在原普通硅酸鹽水泥取自淄博501水泥廠。材料上受到限制。我國是一個農(nóng)業(yè)大國,農(nóng)鋼渣取自濟(jì)南鋼廠。用球磨機(jī)磨細(xì)至170作物秸稈資源十分充足。因此,

3、以一年生植目。水泥、鋼渣的化學(xué)成份分析見表1。表11水泥、鋼渣的化學(xué)成份(%)材料種類SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3燒失量水　泥21.046.564.3061.962.581.871.68鋼　渣16.1010.2827.8037.026.32——　　建筑石膏粉、硅酸鈉(模數(shù)為216),生石(2)在原材料中摻入3%的建筑石膏粉灰粉購自建材商店。脲醛樹脂取自山東木材及2%的生石灰粉替代等重量的水泥,并加廠。入2%的硅酸鈉重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。212工藝與設(shè)備(3)將棉稈纖維用脲醛樹脂處理后重復(fù)(1)將普通硅酸

4、鹽水泥、植物纖維、鋼渣上述實(shí)驗(yàn)。其處理方法是,將10%的脲醛水按5∶2∶3在JS195A攪拌機(jī)內(nèi)干混合均勻,溶液用空壓機(jī)及噴槍進(jìn)行霧化,空壓機(jī)壓力加入適量水拌勻,使物料呈半干狀態(tài)。均勻控制在012～0125MPa,使脲醛樹脂均勻地鋪裝在模具上送入50-C-1成型壓機(jī),在噴射到棉稈纖維表面上。218MPa壓力下保壓4小時,壓制成10mm213測試方法厚的板材。(1)按照水泥木屑板國家行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)—42—硅酸鹽通報(bào)　1997年第3期JC411-91測試板材的抗折強(qiáng)度、平面抗拉合狀況。強(qiáng)度、浸水24小時抗折強(qiáng)度保留率、浸水

5、24小時厚度膨脹率。31結(jié)果與討論(2)用HITACHIS-2500掃描電鏡觀311物理性能測試結(jié)果察板材基體的水化產(chǎn)物及微觀結(jié)構(gòu)。以上述實(shí)驗(yàn)方法制作的板材,其物理性(3)用HITACHIS-2500掃描電鏡觀能測試結(jié)果見表2。察破壞試樣的斷口形貌及纖維基體界面的結(jié)表2　復(fù)合板物理性能測試結(jié)果抗折強(qiáng)度平面抗拉強(qiáng)度浸水24h抗折吸水厚度樣品種類MPaMPa強(qiáng)度保留率%膨脹率　%A7.860.3476.22.4B9.280.5282.02.0C11.830.5890.011.2A—摻量比為水泥∶棉稈纖維∶鋼渣=50∶

6、20∶30B—摻量比為水泥∶棉稈纖維∶鋼渣∶石膏∶石灰=45∶20∶30∶3∶2,另外摻2%硅酸鈉水溶液。C—摻量比同B,棉稈纖維經(jīng)脲醛樹脂進(jìn)行表面處理。圖1、未摻外加劑基體水化狀況　　　　　　　圖2、摻外加劑后基體水化狀況312基體水化反應(yīng)機(jī)理強(qiáng)度將降低8%～10%。在此體系中,鋼渣在水泥、棉稈纖維、鋼渣反應(yīng)體系中,棉基本上沒有參與反應(yīng),只起到填充作用。稈纖維的浸出物聚戎糖、醇類、單寧等對水泥在摻加了石膏、石灰、硅酸鈉的多元體系的水化硬化起著緩凝阻凝作用。研究表中,石膏成分與水泥中的C3A反應(yīng)生成鈣礬[5]明,

7、棉稈纖維存在的條件下,水泥混凝土石,其反應(yīng)式為:的凝結(jié)時間將推遲112～115小時,制品最終3CaO·Al2O3+3(CaSO4·0.5H2O+29.5H2O=3CaO·Al2O3·3CaSO4.31H2O在此體系中水泥的硅酸鹽組分可快速形成水渣顆粒表面,破壞其玻璃體結(jié)構(gòu),使活性的化硅酸鈣和氫氧化鈣等水化產(chǎn)物。同時體系SiO2、Al2O3從顆粒表面溶出,進(jìn)而與其他組2+-2-中存在的Ca、OH、SO4迅速擴(kuò)散到鋼分形成CSH和CASH凝膠。因?yàn)樯鲜霎a(chǎn)物—43—硅酸鹽通報(bào)　1997年第3期的形成消耗了水泥水化產(chǎn)生的

8、Ca(OH)2,故等,此時則有利于水化產(chǎn)物的均勻擴(kuò)散。以鋼渣的存在又促進(jìn)了水泥熟料中的C2S和上幾種作用的共同結(jié)果可能導(dǎo)致誘導(dǎo)期縮C3S的水化反應(yīng)?；w材料中的石膏對鋼渣短,體系中各種離子的擴(kuò)散能力增強(qiáng),此時鋼起硫酸鹽激發(fā)的同時又對水泥起著早強(qiáng)的作渣不僅起填充作用,而且具有了相當(dāng)?shù)幕钚?用。石灰與硅酸鈉都對鋼渣起堿性激發(fā)作使整個體系的反應(yīng)更加充分。正因?yàn)椴捎昧擞?同時它們