秸秆纤维水泥基复合材料性能的研究.pdf

第22卷第1期吉林建筑工程学院学报Vol.22No.1

2005年3月JournalofJilinArchitecturalandCivilEngineeringInstituteMar12005

文章编号:100921288(2005)0120001206

秸秆纤维水泥基复合材料性能的研究3

肖力光1李会生※张奇志2
(1:吉林建筑工程学院土木工程系长春130021;2:吉林省建设厅长春130061)

摘要:对秸秆纤维水泥复合材料的基体相、界面相、复合效果、秸秆纤维水泥基复合材料性能,以及界面剂对其性能
的影响等方面进行了研究,结果表明,在界面剂的作用下,秸秆植物纤维和水泥之间取得了良好的界面效果.
关键词:秸秆植物纤维;界面剂;水泥基复合材料;性能
中图分类号:TU5文献标识码:A

我国是一个农业大国,农副产品十分丰富,品种多,数量大.据有关部门统计,我国农作物秸秆总产量超
过7亿t,其中稻草类213亿t、小麦秸秆112亿t、玉米秸秆212亿t、其他农作物秸秆2亿t.但是,在我国,秸
秆的利用率却很低,仅占5%左右.农作物收获后,为保证土地的再次耕种,大量的农作物秸秆被烧掉,既浪
费了大量的自然资源,又对环境造成了污染,使空气中的二氧化碳、氮气严重超标.随着人们对环保意识的增
强,对农作物秸秆的处理问题也逐步引起人们的重视,更重要的是可再生天然资源的开发,可大量补充人类
面临的不可再生资源的短缺,对人类的可持续发展有着重要意义.
利用农作物秸秆与水泥复合制作新型节能墙体材料,既利用了农作物废料,又达到了节约能源的目的,
同时,符合国家《新型墙体材料专项基金征收和使用管理办法》中“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”的规定,减免征收税.就原材料而言,我国每年生产农作物秸秆几亿吨,如果
取其总量的百分之几用于制造建筑房屋的墙体材料,就可代替数10亿立方米的红砖,不仅节省大量的土地
资源,而且,可节约大量的能源消耗,符合国家环保、节能、综合利用的产业政策,有较好地市场需求,同时,具
有显著的社会效益和经济效益.因此,对秸秆纤维水泥复合材料及其性能进行研究,意义重大.
1主要原材料及性能

111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[1],
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/水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,
强度较高.从植物纤维的几何形态考虑,麻秆粉碎后呈自然状态,玉米秆和麦草秆在破碎后,其细料成窄而薄
的纤维状态,长径比大的纤维含量大[2],在加入一定的助剂时,与水泥基体混合均匀、充分,结合状态好,且
强度高.棉秆碎料颗粒粗大,呈枣核状,形态差,长径比平均水平低,成型过程与基体结合不充分,影响性能.
几种秸秆成分见表1.

实验采用的植物纤维是经破碎的玉米秸秆,其主要成份是SiO2、木质素纤维素等.从微观结构来看,玉

收稿日期:2004-11-031
作者简介:肖力光(1962～),男,吉林省长春市人,教授,在读博士研究生.
3基金项目:吉林省科技发展重大攻关项目(吉科合字20020410-1);国家建设部2004年科学技术计划项目-科研攻关项目(04-2-117)
※吉林建筑工程学院土木工程系无机非金属材料专业2004届毕业生.

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2吉林建筑工程学院学报第22卷

米秸秆是以网状高纯度SiO2为骨架,再包裹一层致密的纤维素.因此,玉米秸秆孔隙度大、重量轻、保温性能
好、耐腐蚀能力强.它不仅具有非常好的韧性,而且,还具有一定的强度.玉米秸秆颗粒均匀,粒度适中,玉米
秸秆湿润后体积不膨胀,易于压实,这有利于拌和均匀和提高混合料的密实度.而采用的水泥和表面改性剂
均为弱碱性物质,因此,玉米秸秆与水泥及表面改性(聚合物乳液)拌和,其混合料的化学性能较稳定.植物纤
维玉米秸秆,既可起增强作用,又可减轻复合材料的质量,使其具有隔音、隔热性能.玉米秸秆生命期较短,枯
死后切断破碎形成窄而薄的纤维碎料状态,干燥后粉碎1mm～1