秸桿纖維提取方法及其增強(qiáng)水泥砂漿力學(xué)性能試驗(yàn)研究

李帥　金渝林

摘 要：通過正交試驗(yàn)，以秸稈纖維素纖維的單絲強(qiáng)度、殘膠率、等作為纖維性能優(yōu)劣的評(píng)價(jià)指標(biāo)，初選出利用氫氧化鈉、硅酸鈉、亞硫酸鈉、三聚磷酸、尿素、雙氧水等不同試劑在不同溫度和作用條件下提取秸稈纖維素纖維的幾組較優(yōu)工藝，進(jìn)而利用較優(yōu)工藝生產(chǎn)的秸稈纖維素纖維成品，研究了其對(duì)水泥砂漿力學(xué)性能的改善效果。通過對(duì)力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果的分析，進(jìn)一步優(yōu)選出適用于水泥砂漿使用的秸稈纖維素纖維及其提取工藝。為進(jìn)一步研究提供了有益借鑒。

關(guān)鍵詞：秸稈纖維；正交試驗(yàn)；抗折性；抗壓性

1 引言

近年來農(nóng)作物秸稈成為農(nóng)村面臨污染的新源頭。每年夏收秋冬之時(shí)，總有大量的小麥玉米秸稈在田間焚燒產(chǎn)生了大量的煙霧，不僅成為農(nóng)村環(huán)境保護(hù)的瓶頸問題，甚至成為了殃及城市環(huán)境的罪魁禍?zhǔn)住；炷猎诟黝惞こ探Y(jié)構(gòu)中占主導(dǎo)地位，混凝土的抗壓性能和耐久性好，抗裂性能，抗折性能，抗?jié)B性能卻比較差，隨著我國(guó)經(jīng)濟(jì)水平的不斷提高，人民對(duì)房屋抗震設(shè)防等級(jí)的要求也越來越高，對(duì)高性能混凝土的需求也越來越大。植物纖維混凝土的造價(jià)低廉，提高了混凝土的整體性能。

2 試驗(yàn)

2.1 材料

濃度為98.8%的濃硫酸硫酸（H2SO4）；氫氧化鈉（NaOH）；雙氧水（H202）；木聚糖酶；電子天平（精度為0.1g）；剪刀若干；恒溫烘箱；恒溫水浴鍋；單纖維強(qiáng)力儀；3L的燒杯若干；試管若干；量筒。

2.2 纖維提取方案設(shè)計(jì)

化學(xué)法提取纖維是最普遍的一種方式，實(shí)驗(yàn)過程相對(duì)傳統(tǒng)和固定，提取效果也較為優(yōu)良，且此法較為突出優(yōu)勢(shì)之一是實(shí)驗(yàn)有兩次堿煮過程，為纖維營(yíng)造了一個(gè)堿性的環(huán)境，而水泥基復(fù)合材料的服役條件也必須是在堿性環(huán)境下，這也滿足了成為增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的條件之一。另外，化學(xué)法提取纖維用到的鹽如硅酸鈉，亞硫酸鈉等，一方面可使實(shí)驗(yàn)獲得更好的提取效果，另一方面附著有這些物質(zhì)的纖維素纖維在摻有礦物摻合料的水泥中可進(jìn)一步激發(fā)粉煤灰等摻合料的水化。提取工藝流程如下：

試樣準(zhǔn)備 → 浸酸 → 水洗 → 一煮 → 水洗 → 二煮 →水洗→ 烘干→抖松 → 打纖

3 水泥砂漿及混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)：

化學(xué)工藝提取出的纖維素纖維，進(jìn)行了增強(qiáng)水泥砂漿力學(xué)性能的評(píng)價(jià)。

3.1 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方法

試驗(yàn)材料：水泥為32.5級(jí)普通硅酸鹽水泥，砂漿配合比為：水泥：中砂：水=1：3.0：0.5具體材料配比情況為：水泥450g，中砂1350g，水225g。

3.2 水泥砂漿試驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1 將試模擦凈、模板四周與底座的接觸面上應(yīng)涂黃油、緊密裝配、防止漏漿。內(nèi)壁均勻刷一薄層機(jī)油。

2 每成型3條試件需稱量：水泥450g，標(biāo)準(zhǔn)砂1350g（標(biāo)準(zhǔn)砂應(yīng)符合GB/T17671—1999中國(guó)ISO標(biāo)準(zhǔn)砂的質(zhì)量要求），水225mL

3 膠砂攪拌

4 試件用振實(shí)臺(tái)成型

5 養(yǎng)護(hù)：成型好的試件連模放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱（室）內(nèi)養(yǎng)護(hù)，在溫度為（20±1）℃，相對(duì)濕度不低于90%的條件下養(yǎng)護(hù)20～24h之間脫模（脫模時(shí)應(yīng)防止損傷試件）試件脫模后立即水平或豎直放入水槽中養(yǎng)護(hù)28天，養(yǎng)護(hù)水溫為（20±1）℃，水平放置時(shí)刮平面應(yīng)朝上，試件之間留有間隙，水面至少高出試件5mm，最后用自來水裝滿水池，并隨時(shí)加水以保持恒定水位。

3.3 力學(xué)性能結(jié)果分析

抗折試驗(yàn)：

將試件安放到抗折夾具內(nèi)，進(jìn)行抗折試驗(yàn)。抗折強(qiáng)度結(jié)果取三塊試件的平均值；當(dāng)三塊試件中有一塊超過平均值的±10%時(shí)，應(yīng)予剔除，取其余兩塊的平均值作為抗折強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果。

通過對(duì)養(yǎng)護(hù)28天的水泥砂漿進(jìn)行抗折試驗(yàn)，并對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析（見上表）可知當(dāng)纖維摻入時(shí)，各組水泥砂漿抗折強(qiáng)度有提高亦有下降，分析其原因提出以下合理解釋，當(dāng)摻入量在0.1%∽0.2%時(shí)，由于水泥砂漿摻入少量纖維，使其分子粘聚力下降，水泥砂漿內(nèi)部產(chǎn)生空隙不能緊密結(jié)合，使得強(qiáng)度下降，當(dāng)纖維摻入量在0.5%∽0.8%時(shí)，由于摻入量相對(duì)較多，水泥砂漿在振搗成型過程中由于纖維密度較小使得纖維較多分散于砂漿中上部，使其分散不均勻，故強(qiáng)度有所降低。

當(dāng)纖維摻入量在0.3%∽0.4%之間時(shí)，水泥砂漿抗折強(qiáng)度略有提高，但增強(qiáng)效果不明顯。

4 結(jié)論與展望

4.1 結(jié)論

通過對(duì)秸稈纖維素纖維提取工藝及秸稈纖維素纖維改性水泥砂漿力學(xué)性能的試驗(yàn)研究，可得出以下結(jié)論：

1 隨秸稈纖維摻量的提高，水泥砂漿的抗折性能和抗壓性能呈先增后降的趨勢(shì)，說明秸稈纖維素纖維的摻量存在最佳值。但總體而言，秸稈纖維對(duì)水泥砂漿的抗折性能和抗壓性能并沒有顯著增強(qiáng)。

2 由單絲強(qiáng)度指標(biāo)和水泥砂漿力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果可知，工藝（見下表）是最優(yōu)的秸稈纖維素纖維提取方案，也是增強(qiáng)水泥砂漿力學(xué)性能的最優(yōu)條件。

4.2 展望

秸稈纖維混凝土的發(fā)展前景根據(jù)我國(guó)工程建設(shè)發(fā)展的需要，在和工程領(lǐng)域中都能得到更多的運(yùn)用，性能優(yōu)良價(jià)格低廉的纖維混凝土是未來發(fā)展的趨勢(shì)。隨著纖維混凝土新材料的不斷出現(xiàn)，纖維混凝土理論研究和應(yīng)用技術(shù)的成熟，尤其是在對(duì)工程界的力學(xué)性能和耐久性也越來越好，纖維混凝土的發(fā)展前景十分可觀！

參考文獻(xiàn)

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