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1、硅酸盐通报 1997年第3期植物纤维增强水泥基复合材料的性能研究李国忠 于衍真 司志明 王志 付兴华(山东建筑材料工业学院 济南250022)摘 要:针对含有钢渣的植物纤维增强水泥基复合材料,研究了其基体结构和界面状况对材料性能的影响。探讨了掺入外加剂后基体材料的水化机理。同时采用脲醛树脂对植物纤维进行表面处理,有效地改善了复合材料的物理性能。关键词:水泥,植物纤维,钢渣,水化机理,界面[1-4]11前言物纤维替代木质纤维的研究,具有重要近年来随着新型建筑材料的开发与进意义。本文探讨了水泥、植物纤维、钢渣复合步,
2、以植物纤维为增强材料的复合型建材取材料中,基体的微观结构及复合材料界面结得了很大的进展。特别以木质纤维增强的水合状况对性能的影响。泥刨花板、石膏刨花板都取得了较为广泛的应用。发达国家的许多公司相继推出了成套21实验的生产设备与技术,国内对此种板材的生产211原材料与应用也逐渐兴起。但是我国木材资源比较棉花秸秆干燥后粉碎至长5～20mm。紧缺,全国大多数地区,此种板材的发展在原普通硅酸盐水泥取自淄博501水泥厂。材料上受到限制。我国是一个农业大国,农钢渣取自济南钢厂。用球磨机磨细至170作物秸秆资源十分充足。因此,
3、以一年生植目。水泥、钢渣的化学成份分析见表1。表11水泥、钢渣的化学成份(%)材料种类SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3烧失量水 泥21.046.564.3061.962.581.871.68钢 渣16.1010.2827.8037.026.32—— 建筑石膏粉、硅酸钠(模数为216),生石(2)在原材料中掺入3%的建筑石膏粉灰粉购自建材商店。脲醛树脂取自山东木材及2%的生石灰粉替代等重量的水泥,并加厂。入2%的硅酸钠重复上述实验。212工艺与设备(3)将棉秆纤维用脲醛树脂处理后重复(1)将普通硅酸
4、盐水泥、植物纤维、钢渣上述实验。其处理方法是,将10%的脲醛水按5∶2∶3在JS195A搅拌机内干混合均匀,溶液用空压机及喷枪进行雾化,空压机压力加入适量水拌匀,使物料呈半干状态。均匀控制在012～0125MPa,使脲醛树脂均匀地铺装在模具上送入50-C-1成型压机,在喷射到棉秆纤维表面上。218MPa压力下保压4小时,压制成10mm213测试方法厚的板材。(1)按照水泥木屑板国家行业标准—42—硅酸盐通报 1997年第3期JC411-91测试板材的抗折强度、平面抗拉合状况。强度、浸水24小时抗折强度保留率、浸水
5、24小时厚度膨胀率。31结果与讨论(2)用HITACHIS-2500扫描电镜观311物理性能测试结果察板材基体的水化产物及微观结构。以上述实验方法制作的板材,其物理性(3)用HITACHIS-2500扫描电镜观能测试结果见表2。察破坏试样的断口形貌及纤维基体界面的结表2 复合板物理性能测试结果抗折强度平面抗拉强度浸水24h抗折吸水厚度样品种类MPaMPa强度保留率%膨胀率 %A7.860.3476.22.4B9.280.5282.02.0C11.830.5890.011.2A—掺量比为水泥∶棉秆纤维∶钢渣=50∶
6、20∶30B—掺量比为水泥∶棉秆纤维∶钢渣∶石膏∶石灰=45∶20∶30∶3∶2,另外掺2%硅酸钠水溶液。C—掺量比同B,棉秆纤维经脲醛树脂进行表面处理。图1、未掺外加剂基体水化状况 图2、掺外加剂后基体水化状况312基体水化反应机理强度将降低8%～10%。在此体系中,钢渣在水泥、棉秆纤维、钢渣反应体系中,棉基本上没有参与反应,只起到填充作用。秆纤维的浸出物聚戎糖、醇类、单宁等对水泥在掺加了石膏、石灰、硅酸钠的多元体系的水化硬化起着缓凝阻凝作用。研究表中,石膏成分与水泥中的C3A反应生成钙矾[5]明,
7、棉秆纤维存在的条件下,水泥混凝土石,其反应式为:的凝结时间将推迟112～115小时,制品最终3CaO·Al2O3+3(CaSO4·0.5H2O+29.5H2O=3CaO·Al2O3·3CaSO4.31H2O在此体系中水泥的硅酸盐组分可快速形成水渣颗粒表面,破坏其玻璃体结构,使活性的化硅酸钙和氢氧化钙等水化产物。同时体系SiO2、Al2O3从颗粒表面溶出,进而与其他组2+-2-中存在的Ca、OH、SO4迅速扩散到钢分形成CSH和CASH凝胶。因为上述产物—43—硅酸盐通报 1997年第3期的形成消耗了水泥水化产生的
8、Ca(OH)2,故等,此时则有利于水化产物的均匀扩散。以钢渣的存在又促进了水泥熟料中的C2S和上几种作用的共同结果可能导致诱导期缩C3S的水化反应。基体材料中的石膏对钢渣短,体系中各种离子的扩散能力增强,此时钢起硫酸盐激发的同时又对水泥起着早强的作渣不仅起填充作用,而且具有了相当的活性,用。石灰与硅酸钠都对钢渣起碱性激发作使整个体系的反应更加充分。正因为采用了用,同时它们
