淺析植物纖維對(duì)混凝土性能的影響

陳國(guó)榮 劉 暢 王 成

（西南科技大學(xué) 四川綿陽(yáng) 621000）

1 前言

我國(guó)是一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，每年種植大量的農(nóng)作物因此也產(chǎn)生了大量的農(nóng)業(yè)廢棄物，其中大部分是秸稈之類的植物纖維，當(dāng)農(nóng)作物收割完畢后，這些植物纖維中的一部分用于喂養(yǎng)牲畜、還田、制作工藝品等而剩下的一大部分則通過(guò)點(diǎn)燃的方式處理了，這樣處理不僅對(duì)環(huán)境造成了破壞，還浪費(fèi)了資源，不利于節(jié)能環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展。處理這種植物纖維應(yīng)該找到一種更加合理有利的方式。

很久以前，人們就有利用植物纖維建造房屋的行為。以前的建筑多用泥土建造，其強(qiáng)度相對(duì)比較低，在泥漿中加入一些植物纖維比如麥稈等，會(huì)改善土塊的力學(xué)性能。同時(shí)，摻入麥稈會(huì)改善土墻的保溫性能。直到現(xiàn)在在某些地區(qū)，人們還會(huì)使用植物秸稈建造一些次要的建筑。隨著現(xiàn)代建筑行業(yè)的發(fā)展，鋼筋混凝土的使用量越來(lái)越大，如果把植物纖維和混凝土合理地結(jié)合在一起用于建筑，就能夠發(fā)揮植物纖維獨(dú)特的作用同時(shí)找到了一個(gè)較好的處理秸稈的途徑，能夠變廢為寶。

2 植物纖維混凝土的保溫隔熱性能

植物纖維較一些傳統(tǒng)的建筑材料有明顯的保溫隔熱優(yōu)勢(shì)。從植物纖維本身來(lái)看，它的導(dǎo)熱系數(shù)小，不利于熱的傳導(dǎo)，有關(guān)資料顯示，植物纖維的導(dǎo)熱系數(shù)只有0.031W（/m·K），而普通混凝土、普通空心砌塊、普通粘土磚、加氣混凝土的導(dǎo)熱系數(shù)分別為1.51W（/m·K）、0.26W（/m·K）、0.81W（/m·K）、0.22W（/m·K），從中可以看出植物纖維的保溫隔熱性能良好。有人對(duì)泡沫和一些廉價(jià)天然材料組成的保溫材料做了研究，他們發(fā)現(xiàn)由一些生物質(zhì)材料制成的保溫材料不僅能夠媲美常用的一些其他保溫材料，而且植物纖維的熱穩(wěn)定性好，受溫度變化的影響不大。

植物纖維可以用在建筑的非承重構(gòu)件中，最廣泛的應(yīng)當(dāng)是運(yùn)用在填充墻中。將植物纖維摻入混凝土中，制成加氣混凝土砌塊、輕骨料混凝土空心砌塊等砌筑墻體。此外，制成植物纖維噴覆產(chǎn)品用于建筑、管道、圍護(hù)結(jié)構(gòu)等，發(fā)揮植物纖維的保溫隔熱作用。

3 植物纖維的隔聲性能

有一些建筑對(duì)隔聲的要求比較高，比如教學(xué)樓、圖書館、居民樓等。傳統(tǒng)的建筑墻體一般用實(shí)心黏土磚砌筑，它的隔音能力比較好，但是隨著環(huán)保力度的加大，實(shí)心粘土磚已經(jīng)不再使用。而空心磚的隔音能力有所削弱。如何保證墻體的隔聲能力，又不對(duì)環(huán)境造成影響，這成了人們一直關(guān)注的問(wèn)題。據(jù)相關(guān)實(shí)驗(yàn)，在相同情況下，植物纖維的吸聲性能優(yōu)于混凝土，摻合植物纖維制成混凝土砌塊或者將植物纖維直接噴覆于建筑物表面，可以滿足工程上的隔聲要求。

4 植物纖維的抗拉裂性能

人類很早就運(yùn)用了植物纖維的抗拉性，在古中國(guó)和古埃及，人們就把粘土和秸稈、稻草混合起來(lái)建造房屋，在以前用土塊砌筑的房子外表面，人們通常會(huì)用粘土和秸稈的混合物抹面，這樣做不僅能使墻體有較好的整體性，還能保護(hù)承重的土塊免受風(fēng)吹日曬雨淋?，F(xiàn)在，混凝土成為最重要的建筑材料之一，混凝土在成型或是環(huán)境變化的過(guò)程中，都會(huì)有一定的收縮或者是膨脹，混凝土內(nèi)部產(chǎn)生應(yīng)力導(dǎo)致混凝土開(kāi)裂，如果混凝土的裂紋不加處理，外界的空氣、水等物質(zhì)會(huì)影響到混凝土內(nèi)部質(zhì)量，混凝土裂紋將會(huì)繼續(xù)發(fā)展，混凝土強(qiáng)度降低，影響建筑的正常使用或結(jié)構(gòu)的承載能力。如果在混凝土中加入植物纖維，當(dāng)混凝土有開(kāi)裂的趨勢(shì)時(shí)，那些各個(gè)方向上分布的植物纖維就會(huì)受到剪力或者拉力的作用，在一定程度上能夠阻止或是延緩混凝土的開(kāi)裂。

5 植物纖維混凝土的其他性能

混凝土的容重較大同時(shí)用量又很大，所以建筑的自重就很大了，顯然對(duì)結(jié)構(gòu)來(lái)說(shuō)這是不利的。在滿足要求的情況下，在混凝土中加入植物纖維可以減輕構(gòu)件的自重；混凝土是脆性材料，加入植物纖維后能夠改善混凝土的抗沖擊性能。植物纖維的加入提高了混凝土的韌性，受到?jīng)_擊荷載時(shí)，散亂分布的植物纖維如一張網(wǎng)，能夠吸收一部分能量，分散應(yīng)力，提高混凝土的抗沖擊性；植物纖維的來(lái)源廣泛，小麥、玉米、水稻、棉、麻、竹等都可以提供植物纖維，相比于木本植物，它們有生長(zhǎng)周期短，易改造，分布廣泛，纖維好的特點(diǎn)。又由于全國(guó)每年農(nóng)作物產(chǎn)生的秸稈無(wú)處可去，最終付之一炬，既污染了環(huán)境又浪費(fèi)了資源，把它們運(yùn)用在建筑領(lǐng)域非常合適，有利于節(jié)能環(huán)保和可持續(xù)發(fā)展。

6 植物纖維混凝土存在的問(wèn)題

在拌合混凝土?xí)r，混凝土?xí)a(chǎn)生大量的堿性物質(zhì)，植物纖維中的一些成分在堿性環(huán)境中容易受到破壞導(dǎo)致植物纖維降低甚至喪失其原有的性能，目前解決這個(gè)問(wèn)題的方法還只是停留在表面，常用的有對(duì)植物纖維先進(jìn)性酸性處理或者設(shè)法減少混凝土產(chǎn)生的堿液比如在混凝土中摻入粉煤灰等。在這個(gè)問(wèn)題上，如果能夠?qū)⑻峁├w維的植物進(jìn)行基因改造，改善它的纖維，這個(gè)問(wèn)題就迎刃而解了。植物纖維長(zhǎng)期與混凝土接觸容易使其礦化，從而降低了植物纖維的韌性，對(duì)混凝土的耐久性造成影響，解決這個(gè)問(wèn)題的方法一般也只是在混凝土中加入活性摻料。目前對(duì)植物纖維的使用沒(méi)有一個(gè)明確的方法，比如運(yùn)用什么形態(tài)的植物纖維才能最好地發(fā)揮它的作用，對(duì)形態(tài)的要求，也就是對(duì)相關(guān)機(jī)器的要求，機(jī)器如何加工以及植物纖維摻量的范圍等都需要一部應(yīng)用規(guī)范來(lái)指導(dǎo)。當(dāng)然，在實(shí)際使用過(guò)程中，還會(huì)發(fā)現(xiàn)很多的問(wèn)題，這都需要去解決。

7 總結(jié)

運(yùn)用植物纖維混凝土的優(yōu)點(diǎn)多，但是也遇到了很多的問(wèn)題，隨著相關(guān)研究的不斷深入，植物纖維混凝土一定能夠大放異彩。在現(xiàn)階段，我們需要多試驗(yàn)、多觀察、多總結(jié)，充分利用植物纖維混凝土。

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