植物纖維水泥基復(fù)合材料性能的研究畢業(yè)論文

1、植物纖維水泥基復(fù)合材料性能的研究目 錄摘要abstract 第1章 緒論111 建筑材料與環(huán)境112 無公害的建筑與環(huán)境協(xié)調(diào)材料prc復(fù)合材料213 纖維增強(qiáng)材料3131 復(fù)合材料混凝土的終結(jié)者3132 植物纖維增強(qiáng)相414 基體材料水泥5141 氯氧鎂水泥5142 mgomgcl2水體系615 植物纖維和水泥的復(fù)合 7第2章 實(shí)驗(yàn)部分921 原料及要求922 試驗(yàn)過程及參數(shù)923 實(shí)驗(yàn)所用器械9第3章 結(jié)果與討論1031 材料力學(xué)性能測(cè)試10311 秸稈摻量對(duì)復(fù)合材料的力學(xué)性能的影響10312 超細(xì)礦渣摻量對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響11313 脲醛樹脂摻量對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響1332 吸水

2、率測(cè)試14321 秸稈、礦渣、樹脂摻量對(duì)復(fù)合材料吸水性能的影響1433 抗水試驗(yàn)1734 保溫性能1835 微觀分析20結(jié)論21參考文獻(xiàn)22致謝23摘 要本文探討的是利用農(nóng)作物剩余物如秸稈、稻草等為主要的原料，并以氯氧鎂水泥為膠凝材料復(fù)合而成的復(fù)合材料的保溫性能、力學(xué)性能以及物理性能，包括材料的導(dǎo)熱系數(shù)、28d抗壓強(qiáng)度、28d抗折強(qiáng)度、吸水率（24h）以及軟化系數(shù)。由于秸稈等植物纖維在堿性環(huán)境中會(huì)有浸出物析出，對(duì)水泥的凝結(jié)有阻礙作用，所以要分別對(duì)增強(qiáng)相和基體相進(jìn)行表面處理和改性。氯氧鎂水泥作為基體，同時(shí)作為凝結(jié)材料，雖然有很多優(yōu)點(diǎn)，但是它的致命弱點(diǎn)就是耐水性差，吸濕返鹵。采用脲醛樹脂既可以對(duì)秸

3、稈進(jìn)行處理，又可以對(duì)鎂水泥進(jìn)行表面改性，同時(shí)采用多種改性劑對(duì)鎂水泥進(jìn)行改性，改變鎂水泥的表面性質(zhì)，降低吸濕性。試驗(yàn)結(jié)果表明：由于秸稈的摻入，使材料的28d抗折強(qiáng)度達(dá)到9.30mpa ,折壓比達(dá)到0.45，大大提高了復(fù)合材料的韌性，同時(shí)由于秸稈的摻入，使得材料的保溫性能大提高；摻加礦渣，提高了材料的軟化系數(shù)，軟化系數(shù)可達(dá)到0.96，從而大大提高了材料的耐水性，并且使材料密實(shí)，提高了強(qiáng)度，28d抗壓強(qiáng)度可達(dá)到23.5 mpa；摻加了樹脂，材料中的聚合物增多，材料的耐水性以及柔韌性都有不同程度的提高，軟化系數(shù)可達(dá)0.82以上，最高可達(dá)到0.93。關(guān)鍵詞：植物纖維；玉米秸稈；氯氧鎂水泥；復(fù)合材料abs

4、tractthis paper discusses the use of crop residues such as straw, rice straw as the main raw material，and magnesium cement as glue to make composite materials from the composite materials in insulation properties, mechanical properties and the physical properties,include the thermal conductivity, co

5、mpressive strength of 28 days, 28 days flexural strength, water absorption (24h) and the softening factor. as straw and other plant fibers in alkaline environment will be leaching precipitation, the condensation of cement have impeded ，so we have to modified the enhance phase and the surface of matr

6、ix phase. magnesium cement as a matrix, as well as a condensed material, although there are many advantages, but it is the achilles heel of poor water resistance and moisture back to the brine. using urea - formaldehyde resins can be processed on the straw, but also the right of magnesium cement sur

7、face modification, meanwhile multi-modifier of magnesium cement modified magnesium change the surface properties of cement and lower hygroscopicity. the results showed : input straw, the material of the 28d flexural strength of 9.30 mpa, pack compression ratio reached 0.45. greatly increasing the to

8、ughness of the composite material, but due to the incorporation straw, making the insulation material to greatly improve performance. adding slag, improvement of the softening factor, softening coefficient reached 0.96 ，thus greatly improving the water resistance of the materials, and to make materi

9、al density, increased strength, 28d compressive strength can be achieved 23.5 mpa，adding resin, polymer materials increased, the water-resistant materials, as well as flexibility have different degrees of improvement softening coefficient is above 0.82, the highest attainable 0.93. keywords: plant f

10、iber；straw； magnesium cement；composite materials .第1章 緒 論11 建筑材料與環(huán)境 現(xiàn)代文明以經(jīng)濟(jì)騰飛和人類生活水平的不斷提高為主要標(biāo)志。隨著世界經(jīng)濟(jì)的蓬勃發(fā)展,人類生活質(zhì)量的改善,人們?cè)谙硎芪镔|(zhì)成果的同時(shí),也常常為了資源的短缺,能源危機(jī),環(huán)境惡化和自然界的生態(tài)平衡逐漸受到破壞所困惑,這些問題已成為阻礙世界經(jīng)濟(jì)發(fā)展的主要因素。在人類持續(xù)發(fā)展的諸多因素中,材料與能源,材料與環(huán)境等因素顯得更多加突出。我國每年用于采暖和降溫的能耗約折合1.1億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,加上建材工業(yè)的需要,每年總建筑能耗高達(dá)2.8億噸標(biāo)準(zhǔn)煤,大體上占目前全國能耗消費(fèi)總量的23.1。

11、這對(duì)于能源本已緊張的我國,確是一個(gè)不可忽視的數(shù)字。除了要有規(guī)模地發(fā)展電力,煤炭,石油,水力,風(fēng)力和原子能等工業(yè)來增加能源外,還應(yīng)從各個(gè)領(lǐng)域降低能耗。建筑能耗主要包括居民日常生活能耗（采暖、降溫、照明等）和建筑物的建造能耗，其中材料又是耗能大戶，可供挖掘的潛力很大。我們國家正以空前的規(guī)模建造高耗能建筑。目前，我國正處在房屋建筑的高峰期，建筑規(guī)模之大，在中國和世界歷史上都是前所未有的。2003年城鄉(xiāng)建筑竣工面積已達(dá)20.3億平方米（其中城鎮(zhèn)12.7億平方米）這些建筑在幾十年至近百年的使用期間，在采暖、空調(diào)、通風(fēng)、炊事、照明、熱水供應(yīng)等方面要不斷消耗大量能源。建筑節(jié)能是事關(guān)可持續(xù)發(fā)展的重大間題，如不

12、引起重視，采用切實(shí)可行的措施，照目前的勢(shì)頭再延伸10年，全國每年將浪費(fèi)好幾噸的資金來實(shí)施幾百億平方米建筑的節(jié)能改造。因此，大力發(fā)展新型建材無疑是一條節(jié)能途徑。新型建材是現(xiàn)代建筑工程重要的物質(zhì)基礎(chǔ)，是多學(xué)科的相互滲透和復(fù)合的技術(shù)結(jié)晶。其范疇主要包括：新型墻體材料，新型防水材料，新型絕熱隔音材料和新型裝修材料四大類，新型材料一般具有輕質(zhì)，性優(yōu)，節(jié)能節(jié)土節(jié)水，節(jié)約運(yùn)輸力，施工簡(jiǎn)單方便等特點(diǎn)。它的發(fā)展和應(yīng)用對(duì)促進(jìn)我國建材工業(yè)的產(chǎn)品結(jié)構(gòu)調(diào)整，實(shí)施“由大變強(qiáng)，靠新出強(qiáng)”的發(fā)展戰(zhàn)略，對(duì)促進(jìn)建筑隊(duì)業(yè)和住宅業(yè)的現(xiàn)代化，減少資源消耗，保護(hù)生態(tài)環(huán)境，貫徹執(zhí)行和實(shí)施我國國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展具在十分重要的意義。傳統(tǒng)的建筑

13、材料雖然為國民經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出了重大貢獻(xiàn)，但是未能做到有效的利用資源和能源。解決這一負(fù)面影響的根本途徑是發(fā)展綠色建材，走資源節(jié)約型，污染最低型，質(zhì)量效益型，科技先導(dǎo)型的發(fā)展道路。走綠色化的道路是發(fā)展新型建材的趨勢(shì)之一。綠色建材是指具有環(huán)保、節(jié)能、健康、安全、可靠、可再生等屬性的建材，其核心內(nèi)容是采用清潔的技術(shù)，從原料選用，產(chǎn)品制造，使用過程或者再循環(huán)以及廢棄物處理等環(huán)節(jié)中進(jìn)行污染控制設(shè)計(jì)，選用無毒和低毒的原材料，生產(chǎn)過程中可能減少污染的產(chǎn)生，副產(chǎn)物料盡可能的做到回收利用，產(chǎn)品在使用過程中不應(yīng)對(duì)環(huán)境和人類健康產(chǎn)生污染和威脅。有人說綠色建材是21世紀(jì)建材發(fā)展的主流，在世界綠色潮流的推動(dòng)下，世界各國有遠(yuǎn)

14、見的公司都紛紛舉起綠色的旗幟，在大力發(fā)展綠色建材，并試圖控制綠色高新技術(shù)和產(chǎn)品的制高點(diǎn)。近年來我國研制并引進(jìn)了許多新型建筑材料生產(chǎn)線，生產(chǎn)了各種類型的板材和墻體材料，這些材料在墻體改革中已經(jīng)發(fā)揮了重要的作用，為我國墻體材料革新做出了貢獻(xiàn)。就所引進(jìn)和國內(nèi)開發(fā)的新型材料來看，主要著眼于保溫、隔熱、輕質(zhì)、高強(qiáng)等方面，客觀上也減少了對(duì)磚瓦等傳統(tǒng)材料的依賴，防止毀田，節(jié)約土地，節(jié)省了木材。減少了對(duì)森林的壓力，顯然這些都是對(duì)環(huán)境有利的，但是這些新材料雖是節(jié)能材料，但還不是環(huán)境協(xié)調(diào)材料 1 。本文所討論的“植物纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料”（plant reinforce cement. 簡(jiǎn)稱prc）就是利用有益

15、于環(huán)境的木材或農(nóng)作物秸稈作為主要的原材料，添加一定的外加劑而制成的復(fù)合材料，目前，不論是墻體還是屋面，其組成原料及在加工過程中和長(zhǎng)期使用過程中都沒有對(duì)環(huán)境不利的物質(zhì)和氣體產(chǎn)生，是一種優(yōu)良的環(huán)境材料，并且節(jié)能。作為一種優(yōu)質(zhì)材料植物纖維水泥基復(fù)合材料被認(rèn)為是一種很有前途的無公害的節(jié)能材料。12 無公害的建筑與環(huán)境協(xié)調(diào)材料pcr復(fù)合材忽視建筑物周圍環(huán)境和長(zhǎng)期使用過程中緩慢發(fā)出的氣體，顆粒和纖維對(duì)人們的傷害是災(zāi)難性的，據(jù)專家估計(jì)，除少數(shù)長(zhǎng)期在野外工作的人以外，多數(shù)人每天約有20小時(shí)是在有維護(hù)的建筑物中工作和生活的，傳統(tǒng)材料（磚和瓦）不會(huì)對(duì)人的健康產(chǎn)生危害，但其會(huì)毀掉大量的土地資源，根據(jù)建筑部，國家經(jīng)貿(mào)

16、委，國家技術(shù)監(jiān)督局，國家建材局頒布的關(guān)于住宅建設(shè)中淘汰落后產(chǎn)品的通知建設(shè)部頒發(fā)的76號(hào)部長(zhǎng)令民用建筑節(jié)能管理規(guī)定等文件中的規(guī)定，未來要加大“改善房屋建設(shè)功能提高住宅質(zhì)量”的力度要逐步采用實(shí)心黏土磚，大力發(fā)展新型建材，新型墻體材料 2 。目前，我國能滿足節(jié)能要求的新型墻體板材有g(shù)rc板材，舒樂舍板，彩鋼復(fù)合板，水泥木屑板，泰柏板，3d板氯氧鎂水泥輕質(zhì)隔墻板，鋼絲網(wǎng)架水泥夾心板，fc輕質(zhì)復(fù)合板和硅鈣板，但能滿足節(jié)能要求的只有純陶粒砌塊、聚苯乙烯eps復(fù)合砌塊，eps外保溫板，但是價(jià)格很昂貴，很難得到推廣，尤其是在農(nóng)村。因此，大力發(fā)展植物纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料是新型建筑材料的一個(gè)發(fā)展方向，從組成材料

17、來看，增強(qiáng)材料是植物纖維，如農(nóng)作物加工剩余物：玉米秸稈，麥秸稈，棉稈纖維，麻稈纖維等，都是一年生植物，過了生長(zhǎng)期都是廢物，堆放在田間地頭多無用處，而且會(huì)對(duì)環(huán)境污染產(chǎn)生污染，但是如果用農(nóng)作物加工剩余物做成復(fù)合材料，在加工過程中和長(zhǎng)期使用過程中都不會(huì)對(duì)環(huán)境產(chǎn)生污染；作為基體材料的水泥雖然在燒制過程中對(duì)環(huán)境不利，但是水泥制品對(duì)環(huán)境無不利影響；復(fù)合過程中所使用的添加劑都是無機(jī)鹽或是無機(jī)溶液，要長(zhǎng)期使用過程中也不會(huì)產(chǎn)生有害氣體，綜合各方面的因素，植物纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料（pcr材料）都是一種理想的，環(huán)保的，經(jīng)濟(jì)的協(xié)調(diào)材料。另一方面，因?yàn)榻斩捯簿哂卸嗫捉Y(jié)構(gòu)，如果用其作為增強(qiáng)材料加入基體中不僅可以發(fā)揮礦物

18、纖維的作用，更重要的是它還可以提高復(fù)合材料的保溫性能，這樣用其與水泥復(fù)合而成的各種板材既能起到承重作用又能發(fā)揮其保溫的性能，并能廣范的推廣到村鎮(zhèn)住宅中使用。肖力光 3 等人對(duì)這種復(fù)合節(jié)能墻體材料的可行性也做了深層次的研究。13 纖維增強(qiáng)材料131 復(fù)合材料混凝土的終結(jié)者 纖維材料的品種很多，通常使用的有鋼纖維，玻璃纖維，石棉纖維，合成纖維，碳纖維等，其中大多都是高彈性模量的纖維，摻入混凝土中可使混凝土獲得較高的韌性，并提高抗拉強(qiáng)度，剛度和承擔(dān)動(dòng)載的能力；而尼龍，聚乙烯，聚丙烯等低彈性模量的纖維摻入混凝土只能增加韌性，不能提高強(qiáng)度，由于鋼纖維的彈性模量比混凝土高10倍以上，是最有效的增強(qiáng)材料之一

19、，故目前應(yīng)用最廣 4 。有人說復(fù)合材料有可能成為混凝土的終結(jié)者，比如說，2001年的9.11事件中被撞毀的五角大樓，很多部分是用碳纖維增強(qiáng)的復(fù)合材料，如果不是這樣，那么傷亡人數(shù)可能會(huì)更大。以普通混凝土為基料，外摻各種纖維材料而組成的復(fù)合材料稱為纖維混凝土。通常用的纖維混凝土都是用上述纖維作為增強(qiáng)材料而制成的，而用植物纖維作為增強(qiáng)材料所制成的復(fù)合建筑材料是近幾年發(fā)展起來的，如水泥木屑板（水泥刨花板），水泥非木材植物空心砌塊，植物纖維水泥空心輕質(zhì)墻板，還有國外的植物纖維增強(qiáng)砂漿，植物纖維增強(qiáng)屋面瓦等。目前，植物纖維增強(qiáng)復(fù)合材料在建筑上的應(yīng)用正逐年增加，在發(fā)達(dá)國家每年應(yīng)用在建筑上的復(fù)合材料就達(dá)幾百萬

20、噸，之所以這樣說就是由于用這樣的植物纖維水泥復(fù)合材料質(zhì)輕，可減輕建筑物的荷載，并且有很好的機(jī)械性能，很好的隔聲效果發(fā)及很可觀的經(jīng)濟(jì)性能。在發(fā)展中國家，那些缺乏住宅以及商業(yè)建筑的國家，工業(yè)和公共服務(wù)性建筑是相當(dāng)多的，而且應(yīng)用纖維增強(qiáng)復(fù)合材料可以幫助他們建造一些性能優(yōu)異的建筑。由于植物纖維樣強(qiáng)復(fù)合材料價(jià)格很低，所以用在發(fā)展中國家無疑是一種很好的替代品，而且只要在低堿的環(huán)境下就可以使危險(xiǎn)系數(shù)消除 5 。近年來隨著新型建材的開發(fā)與進(jìn)步，以植物纖維作為增強(qiáng)材料的復(fù)合材料得到了很大進(jìn)展，麥秸桿就是利用農(nóng)作物為原料加工而成的具有廣闊的市場(chǎng)發(fā)展前景的材料。以前麥秸桿只是用作燃料，飼料，肥料等，許多地方不得不將

21、大量的麥秸在田間地頭白白的燒掉，這不但是一種浪費(fèi)，而且也嚴(yán)重的污染了環(huán)境。目前，國內(nèi)有很多大型的麥秸板生產(chǎn)線，其中許多的生產(chǎn)線都是挪威一些公司的：在北美用農(nóng)作物剩余物制作板材已形成很強(qiáng)的勢(shì)頭，北達(dá)可塔州的prime board公司于1995年7月投產(chǎn)，每年生產(chǎn)53100立方米優(yōu)質(zhì)麥秸板，另外根據(jù)資料介紹北美有10多個(gè)麥秸板廠在建或已投產(chǎn)，年生產(chǎn)能力是600026500立方米，世界上還有很多這樣的生產(chǎn)線，目前我國麥秸板生產(chǎn)線有東北林業(yè)大學(xué)、南京林業(yè)大學(xué)、黑龍江林產(chǎn)工業(yè)研究所，中國林科院等在這方面都進(jìn)行了一定的研究 6 。132 植物纖維增強(qiáng)相植物纖維依其生活史的長(zhǎng)短可以分為3類，即一年生植物，兩

22、年生植物和多年生植物。一年生植物是指在一年內(nèi)完成其生活史的植物，常見的一年生植物纖維是莖稈類纖維，如稻草，麥秸，玉米稈，高梁稈，麻稈，向日葵稈，煙稈，黃豆稈等。作為增強(qiáng)相的一年生植物纖維是經(jīng)破碎后的自然狀態(tài)。研究發(fā)現(xiàn)植物纖維本身的強(qiáng)度大都很低，其抗拉強(qiáng)度均為玻璃纖維、碳纖維拉伸強(qiáng)度的1/301/90；而且一年生植物纖維中含在大量對(duì)水泥基有緩凝或阻凝作用的抽出物，如1的氫氧化鈉抽出物：果膠樹脂，油脂，酸性物質(zhì)等，這些抽出物對(duì)界面結(jié)合極為不利。見表1 7 。表1 幾種一年生植物成分秸稈種類灰分（%）冷水抽出物（%）熱水抽 出物（%）1%naoh抽出物（%）纖維素（%）木素（%）聚戊糖（%）大麥稈2

23、8564510530766951403491麥草稈60453623154456223422342558玉米稈46610562044562183818382458不同植物纖維復(fù)合而成的水泥基復(fù)合材料，其力學(xué)性能主要是受到纖維性能的制約，不同纖維的化學(xué)成分和纖維形態(tài)有很大差別，造成其與水泥復(fù)合材料的力學(xué)性能的差異很大，有試驗(yàn) 8 選取的四種植物纖維/水泥復(fù)合板作為研究對(duì)象，結(jié)果表明麻稈/水泥復(fù)合板較好，棉桿/水泥復(fù)合板最差，從植物纖維的化學(xué)組分考慮，四種植物中麻稈的抽出物是最低的，它對(duì)界面結(jié)合的影響是最小的，因而制成的板材是最好的，從植物的幾何形態(tài)考慮，麻稈粉碎后呈自然狀態(tài)，玉米稈和麥秸稈在破碎后

24、，其細(xì)料成窄而薄的纖維形態(tài)，長(zhǎng)徑比大的纖維含量大，在加入一定的助劑時(shí)，與水泥基體混合均勻、充分，結(jié)合狀態(tài)好，強(qiáng)度高。棉稈碎料顆料粗大，呈棗核狀，長(zhǎng)徑比平均水平較低，成型過程中與基體結(jié)合不充分，影響性能。纖維含量對(duì)材料性能的影響。用植物纖維與水泥的重量比描述纖維含量，稱為植物纖維/水泥比。試驗(yàn)結(jié)果表明 8 ，當(dāng)植物纖維/水泥比達(dá)到一定的比例區(qū)間時(shí)（0.30.4）強(qiáng)度最大，當(dāng)隨比值增大，膠凝材料相對(duì)的少，不能完全包裹住纖維，各種抽出物較多造成了植物纖維水泥復(fù)合板強(qiáng)度下降。14 基體材料水泥141 氯氧鎂水泥 水泥在植物纖維水泥復(fù)合材料中既做基體又做膠粘劑，由于植物纖維在低堿性的環(huán)境中才能發(fā)揮作用，

25、不會(huì)有太多的抽出物析出影響界面結(jié)合，由于硅酸鹽水泥的堿性很高，所以不宜選用硅酸鹽水泥。供選用的水泥有硫鋁酸鹽水泥和氯氧鎂水泥等，但硫鋁酸鹽水泥價(jià)格較鎂水泥要高，所以本文采用了氯氧鎂水泥（ph910）來做基體材料還是比較經(jīng)濟(jì)的。 水泥作為一種傳統(tǒng)的建筑材料沿用至今，我們不能不承認(rèn)它確實(shí)是一種優(yōu)質(zhì)的建筑材料，但是無論是何種水泥都是典型的脆性材料。隨著新材料的摻入，新工藝和新技術(shù)的應(yīng)用，其脆性可以通過加筋或摻入有機(jī)材料加以克服，以前常用的石棉纖維與水泥結(jié)合效果較好，但因發(fā)現(xiàn)石棉對(duì)人體有害而逐漸禁止應(yīng)用，目前，常用的纖維作為增強(qiáng)材料對(duì)水泥進(jìn)行改性卻是一種協(xié)調(diào)環(huán)境的新型建材。鎂質(zhì)水泥膠凝材料是由磨細(xì)的苛

26、性菱苦土（mgo）或苛性白云石（mgo或caco3）為主要成分的一種氣硬性膠凝材料，是瑞典學(xué)者索瑞爾于1867年發(fā)明的，故亦被稱為索瑞爾水泥，同波特蘭水泥（硅酸鹽水泥，1824年）一樣被認(rèn)為是一種很有前途的膠凝材料，它有很多的優(yōu)點(diǎn)，快硬，高強(qiáng)，輕質(zhì)，粘結(jié)力強(qiáng)，成型加工方便不燃燒等優(yōu)點(diǎn)，例如，其一晝夜的抗拉強(qiáng)度不低于1.5mpa，7天強(qiáng)度可達(dá)到28天的80%。在石灰或是其他水泥中若摻入有機(jī)材料，則由于它們的堿性較強(qiáng)會(huì)破壞有機(jī)材料，而鎂水泥的化學(xué)性質(zhì)接近中性，其水化產(chǎn)物對(duì)有機(jī)材料無破壞作用，所以可以摻入鋸末，刨花等纖維制成復(fù)合材料，而且是綠色建材。但是由于它是氣硬性的，所以抗水性差（浸泡28天軟化

27、系數(shù)只有0.2左右），吸濕返鹵翹曲，變形等缺點(diǎn)又限制了它的使用范圍。如有報(bào)道 9 說我國生產(chǎn)的鎂水泥制品在韓國開發(fā)應(yīng)用前景考察突出的質(zhì)量問題：以菱鎂防火板（厚度8mm，用做工業(yè)廠房的內(nèi)墻裝修）為例：a. 產(chǎn)品吸濕返鹵。筆者在韓國釜山見到些中國進(jìn)口的菱鎂防火板碼放在倉庫里周邊和上部,因吸濕返鹵，造成潮濕甚至滴水珠，有些在施工中剛上墻的菱鎂防火板經(jīng)過一晝夜的吸濕返鹵，不能進(jìn)行涂料粉刷，將這些劣質(zhì)產(chǎn)品帶回國內(nèi)檢測(cè)，有的單位面積吸濕率達(dá)到100mg/cm2，嚴(yán)重超標(biāo)。b. 產(chǎn)品脆化。有的產(chǎn)品3mm厚的標(biāo)準(zhǔn)尺寸的板子完全不能打卷，一折就斷，用做墻裙的板子上面被捅了不少的窟窿，經(jīng)過檢測(cè)，脆化系數(shù)不足0.5

28、，完全沒有使用價(jià)值。c. 產(chǎn)品變形。在干燥的環(huán)境中菱鎂板普通向光面鼓，據(jù)韓國朋友反映，這一弊病在春秋季節(jié)特別容易發(fā)生，這類板材經(jīng)過檢測(cè)翹曲變形超過1%。這些缺點(diǎn)在很大程度上限制了它的使用和大范圍推廣。142 mgo-mgcl2-水體系天然菱鎂礦或白云石經(jīng)過煅燒，粉磨后與調(diào)和劑mgcl2水溶液配制而成的氣硬性膠凝材料叫做氯氧鎂水泥，簡(jiǎn)稱鎂水泥。鎂水泥的主要水化產(chǎn)物5mg(oh)2mgcl28h2o(簡(jiǎn)稱5.1.8相)和3mg(oh)2mgcl28h2o(簡(jiǎn)稱3.1.8相),是由活性的mgo和mgcl2水溶液發(fā)生水化反應(yīng)形成的。一般認(rèn)為，mgo首先在mgcl2水溶液中溶解，形成mg2+,oh-然后

29、體系中mg2+,cl-,h2o反應(yīng)生成5.1.8相和3.1.8相，化學(xué)反應(yīng)方程式如下：6mg2+ + 2cl- + 10oh- + 8h2o = 5mg(oh)2mgcl28h2o4mg2+ + 2cl- + 6 oh- + 8h2o = 3mg(oh)2mgcl28h2o （1）mg2+ + 2oh- = mg(oh)2 但是，上述反應(yīng)是可以直接進(jìn)行的，體系中更合理的反應(yīng)機(jī)制是來自mgcl2水溶液中的mg2+發(fā)生反應(yīng)或（1）中所示的化學(xué)反應(yīng)mgo晶體則直接通過下列反應(yīng)方程形成5.1.8相和3.1.8相：5mgo+ mg2+ +2cl- + 13h2o = 5 mg(oh)2mgcl28h2o

30、3 mgo+ mg2+ + 2cl- + 11 h2o = 3mg(oh)2mgcl28h2omgo + h2o = mg(oh)2當(dāng)反應(yīng)mgo和mgcl2水溶液混合時(shí)，mgo顆粒立即被mgcl2水溶液包裹住,存在于水溶液中的mg2+,cl2-等首先在mgo晶體顆粒的活化點(diǎn)處進(jìn)行化學(xué)反應(yīng),形成晶體結(jié)構(gòu)(圖略)見 10 。因此mgo晶體的結(jié)構(gòu)越不規(guī)則,晶體缺陷越多,也就是晶體結(jié)構(gòu)中的活化點(diǎn)越多,化學(xué)反應(yīng)越快。 鎂水泥硬化體的初期物相有相5和相3,mg(oh)2中未反應(yīng)的mgo和mgcl2xh2o在空氣中放置后會(huì)形成氯碳酸鎂鹽(2mgco3mg(oh)2mgcl26h2o)其與水作用可能浸出mgc

31、l2并可以轉(zhuǎn)變?yōu)樗怄V礦(4 mgco3mg(oh)24h2o) 11 .由上述分析可知,鎂水泥制品耐水性差和耐久性差的根本原因在于相5和相3是親水的,不穩(wěn)定的,在水中的可溶性大,發(fā)生如下的水解反應(yīng) 11 .mg3(oh)5(h2o)x+cl-(4-x)h2o + h2o3mg(oh)2+ h+ + cl-+ 4h2omg3(oh)3(h2o)x+cl-(4-x)h2o + h2o2mg(oh)2+ h+ + cl-+ 4h2o2hcl + mg(oh)2 = mgcl2 + 2h2o即在水中的5.1.8相和3.1.8相會(huì)轉(zhuǎn)變?yōu)閙g(oh)2,隨著在水中時(shí)間的延長(zhǎng),5.1.8相和3.1.8相是

32、纖維狀的,mg(oh)2相的晶體結(jié)構(gòu)則是層狀堆積的松散結(jié)構(gòu),因此,晶體和晶體結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變導(dǎo)致膠凝材料的致密度降低,為水分子的進(jìn)入和物質(zhì)的溶出提供了通道,從而耐水性差,因此提高鎂水泥的耐久性主要是提高5.1.8和3.1.8相的穩(wěn)定性.1.5 植物纖維和水泥的復(fù)合復(fù)合材料是由有機(jī)高分子,無機(jī)非金屬等不同材料通過復(fù)合工藝組合而成的,因此,復(fù)合材料是多相的(有增強(qiáng)相和基體相).基體相是一種連續(xù)相材料,它把增強(qiáng)相固結(jié)在一起并起著傳遞應(yīng)力的作用;增強(qiáng)相起著承受應(yīng)力(結(jié)構(gòu)復(fù)合材料)和顯示功能(功能復(fù)合材料)的作用,與一般材料的簡(jiǎn)單混合有本質(zhì)的區(qū)別，合理的材料設(shè)計(jì)可以使復(fù)合材料既能保持組成材料的重要特色，又能通

33、過復(fù)合效應(yīng)使各組分的性能互補(bǔ)，獲取得原組分不具備的許多優(yōu)良性能。由不同的增紗體和不同的基體相既可以組成名目繁多的結(jié)構(gòu)復(fù)合材料，并以所用的基體命名，如水泥基復(fù)合材料。水泥的特點(diǎn)是必須在堿性介質(zhì)中（ph12）才能凝固，水泥中加入糖類、甘油、羧基甲基纖維素、單寧和葡萄糖酸及鹽類等使水泥凝固延緩，如加入水泥重量的1糖，水泥幾乎完全停止凝固 12 。同時(shí)水泥拌水后由于水泥水化使水泥呈強(qiáng)大堿性，因此水泥中加入植物纖維和加入礦物纖維不同，植物纖維在堿性介質(zhì)中浸泡，會(huì)有許多萃取物沉淀這些沉淀物中有許多對(duì)水泥有緩凝或陰凝作用，幾乎所有的農(nóng)作物纖維都對(duì)水泥有緩凝作用。如何解決植物 纖維和水泥的結(jié)合是值得關(guān)注的問題

34、，也是能否利用農(nóng)作物秸稈的關(guān)鍵所在。那么如何解決這一問題呢？有試驗(yàn)研究 7 ：將棉稈纖維用脲醛樹脂處理，結(jié)果表明結(jié)合效果良好（用掃描電鏡觀察，纖維與水泥結(jié)合緊密，凝膠嵌入到纖維的凹坑表面及微孔中，使纖維固定在基體中，從其彎曲破壞斷口可見纖維表面沾滿了基體材料且粘結(jié)牢固，研究認(rèn)為，當(dāng)纖維與基體材料復(fù)合時(shí)，界面上的有機(jī)成分現(xiàn)基體水化產(chǎn)物互相擴(kuò)散，改善了此區(qū)域的孔結(jié)構(gòu)狀況，形成堅(jiān)實(shí)致密的界面結(jié)合層，致使試件破壞時(shí)裂逢不能在界面上發(fā)生，轉(zhuǎn)移到基體的內(nèi)部，使撥出纖維上包裹著厚厚的一層基體材料。此種破壞形式顯然要消耗更多的能量，宏觀上表觀為彎曲破壞強(qiáng)度提高50，同時(shí)吸水率較大的植物纖維被致密界面層包裹，大

35、大改善了復(fù)合材料的耐水性能及吸水膨脹性能。要解決植物纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料的性能除對(duì)植物纖維進(jìn)行處理外，還要對(duì)基體材料進(jìn)行改性。前面提到的鎂水泥是堿性的接近中性，恰好適合與植物纖維結(jié)合，在結(jié)合過程中不會(huì)使膠凝物質(zhì)析出，影響界面結(jié)合。但是它唯一的不足就是耐水性差，所以需要對(duì)其進(jìn)行改性，可以通過加入一些改性劑使氣硬性的膠凝材料變成耐用水的。鎂水泥的強(qiáng)度主要來自于5.1.8相，而水化產(chǎn)物中的5.1.8相或3.1.8相只是一種在一定條件下才能穩(wěn)定存在的，也就是說它們是介穩(wěn)狀態(tài)的復(fù)鹽，只要對(duì)這種復(fù)鹽進(jìn)行改性，使其變成穩(wěn)定狀態(tài)即可，綜合國內(nèi)外的改性途徑如下：a. 在拌合過程中加入少量的有機(jī)物如三聚氰胺樹脂

36、，脲醛樹脂，有機(jī)硅等，使相5周圍產(chǎn)生高聚物或疏水保護(hù)層，減少cl-與水分子接觸，從而提高水化產(chǎn)物結(jié)構(gòu)的相對(duì)穩(wěn)定性及耐水性b. 摻入適當(dāng)?shù)奶砑觿?。研究表明，在鎂水泥中加入少量的磷酸或磷酸鹽，可以生成新的相在5.1.8相的周圍形成穩(wěn)定化合物；加入硅藻土使結(jié)構(gòu)的空隙降低，結(jié)構(gòu)致密：加入活化的sio2與鎂水泥的水化產(chǎn)物反應(yīng)較快，生成具有水化mgsio3和水化鋁酸鎂而使鎂水泥的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和耐水性在很大的提高。c. 不采用mgcl2作為調(diào)和劑，而改 用mgso47h2o,鐵礬feso4等作為調(diào)和劑，實(shí)踐證明，改 用mgso47h2o和feso4作為調(diào)和劑后可以降低吸濕性，提高耐水性，但其強(qiáng)度較用mgcl2

37、的要低。第2章 實(shí)驗(yàn)部分21 原料及要求（1） 鎂粉：物理性能如下：比重3.2g/cm2;細(xì)度為120目/平方厘米篩上篩余量 1.5；化學(xué)成分如下：mgo 81.4；cao 0.5：燒失量 8；（2） 鹵塊（塊狀，片狀和粒狀）：鹵塊應(yīng)易溶于水，不容物沉淀0.5；mgcl2 含量46；so42-含量2；nacl2；（3） 植物纖維： 玉米秸稈破碎成115mm的自然狀態(tài)；（4） 脲醛樹脂： 乳白色液體；（5） 有機(jī)硅（有機(jī)硅酸鈉）： 乳液狀；（6） 外加劑： 磷酸： 產(chǎn)地：天津市津沽工商實(shí)業(yè)公司生產(chǎn) 化學(xué)成分：h3po485；灼燒殘?jiān)?0.2；氯化物 0.0003；硫酸鹽 0.003；硝酸鹽 0.

38、0005；mn 0.0002；feo 0.002；重金屬 0.001 七水合硫酸亞鐵：產(chǎn)地：天津石英鐘廠霸州市化工分廠生產(chǎn) 化學(xué)成分：含量99；雜質(zhì)含量（）：水不溶物：0.005；磷酸鹽：0.0005；氯化物：0.001；氨水不沉淀物（以so4鹽計(jì)）：0.05；cu:0.002；as:0.0002；zn:0.005；pb:0.002；mn:0.05（7） 超細(xì)礦渣： 產(chǎn)地：通化陽光高效混凝土材料責(zé)任有限公司。細(xì)度為0.08毫米方孔篩上篩余量 3.2。 22 試驗(yàn)過程及參數(shù)鹵水： 密度1.2 g/cm3,溶解48小時(shí)后使用；、模具尺寸：4 cm4 cm16 cm ，自然界狀態(tài)下養(yǎng)護(hù)28天，溫度1

39、5，養(yǎng)護(hù)到齡期后測(cè)試材料的力學(xué)性能（抗折和抗壓強(qiáng)度），后進(jìn)行泡水試驗(yàn)。 23實(shí)驗(yàn)所用器械 ： kzj600型電動(dòng)抗折試驗(yàn)機(jī)，精度1；萬能壓力試驗(yàn)機(jī)，精度0.2kn； dry300型導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀掃描電子顯微鏡(kyky-2800,北京中科儀器有限公司)第3章 結(jié)果與討論31 材料力學(xué)性能測(cè)試311秸稈摻量對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響。表31是秸稈摻量對(duì)材料力學(xué)性能的影響。從圖31中可以看出隨著秸稈摻量的增加，復(fù)合材料的28d抗折強(qiáng)度在一定范圍內(nèi)是有所提高的，這是因?yàn)榧尤氲慕斩挘ㄆ扑槌?15mm）能與膠凝材料很好的粘結(jié)，對(duì)材料基體的韌性起到增強(qiáng)的作用；但隨著秸稈摻量的增加，體系內(nèi)沒有足夠的膠凝材料來

40、包裹它，這樣抽出物大量析出，影響了界面的結(jié)合強(qiáng)度，所以，當(dāng)秸稈摻量過大時(shí)，抗折強(qiáng)度自然也就會(huì)降低；加入秸稈影響基體材料的密實(shí)，加之秸稈自身的強(qiáng)度較低，所以材料的28d抗壓強(qiáng)度就隨著秸稈摻量的增加而降低。但從總整體上看，隨著秸稈摻量的增加，復(fù)合材料的折壓比逐漸增大，柔韌性大大提高。表31 秸稈摻量對(duì)材料力學(xué)性能的影響秸稈摻量（）28天抗折強(qiáng)度（mpa）28抗壓強(qiáng)度（mpa）折壓比085047180182880440002059004000023109302769034207751720045圖31 秸稈摻量與材料抗折強(qiáng)度的關(guān)系圖32 秸稈摻量與材料抗壓強(qiáng)度的關(guān)系圖33 秸稈摻量與折壓比的關(guān)系31

41、2超細(xì)礦渣對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響表32是保持秸稈的摻量10，樹脂摻量2不變，增加超細(xì)礦渣摻量的測(cè)試結(jié)果.。有實(shí)驗(yàn)證明：加入的活性sio2，在氯氧鎂漿體中能迅速地與mgo反應(yīng)，較快地生面具有水硬性的mgsio2而使鎂水泥的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性和耐水性有很大的提高10。所以復(fù)合材料的28d抗壓和抗折強(qiáng)度都隨著礦渣摻量的增加而提高；另一方面，加入的超細(xì)礦渣能夠填充鎂水泥水化過程中形成的孔隙，增加了復(fù)合材料的密實(shí)度，從而提高了復(fù)合材料的強(qiáng)度。但當(dāng)加入的礦渣過多時(shí)，與氯氧鎂水泥漿中的mgo反應(yīng)后剩余的礦渣不會(huì)再形成其它具有膠凝性的物質(zhì)，這樣就使復(fù)合材料的強(qiáng)度有所降低。表32 礦渣摻量對(duì)材料力學(xué)性能的影響礦渣摻量

42、（%）28天抗折強(qiáng)度（mpa）28天抗壓強(qiáng)度（mpa）折壓比0787200003510890225004020980235004230970229044409902150046508751800049圖34 礦渣摻量與材料抗折強(qiáng)度的關(guān)系圖35 礦渣摻量與材料抗壓強(qiáng)度的關(guān)系圖36 礦渣摻量與材料折壓比的關(guān)系313 脲醛樹脂對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能的影響 表34是保持秸稈10和礦渣10用量不變，增加樹脂用量的測(cè)試結(jié)果。由于脲醛樹脂與秸稈的粘結(jié)強(qiáng)度較高，且與鎂水泥的介面結(jié)合較致密，所以加入樹脂可以提高復(fù)合材料的強(qiáng)度是顯然的；但是加入過多的膠又會(huì)降低其強(qiáng)度，可能的原因是由于膠過多無法粘結(jié)，使界面結(jié)合受到了影

43、響。表34 樹脂摻量對(duì)材料性能的影響樹脂摻量（）28天抗折強(qiáng)度（mpa）28天抗壓強(qiáng)度（mpa）折壓比086022600382950240204059201938047109001820050158601750049206501230053圖37 樹脂摻量與材料抗折強(qiáng)度的關(guān)系圖38 樹脂摻量與材料抗壓強(qiáng)度的關(guān)系圖39 樹脂摻量與折壓比的關(guān)系32吸水率321 秸稈、礦渣、樹脂對(duì)復(fù)合材料吸水性能的影響 測(cè)試吸水性能是用材料的吸水率來表示的，是按照以下公式計(jì)算的：精確到0.01。 wm=(mb-mg)/mg mg是烘干24小時(shí)后的干質(zhì)量（g）； mb是24小時(shí)吸水飽和后的質(zhì)量（g）； wm吸水率（）

44、表35 秸稈摻量對(duì)材料吸水率的影響秸稈摻量（）干燥狀態(tài)質(zhì)量mg（g）飽和狀態(tài)質(zhì)量mb（g）吸水率wm（）01455156067321400148057151390146557810126513506712010851175829圖310 秸稈摻量與吸水性的關(guān)系表36 礦渣摻量對(duì)材料吸水性能的影響礦渣摻量（）絕干質(zhì)量 mg（g）吸水飽和質(zhì)量mb（g）吸水率wm（）01195130087910123013156912012101310826301180126572040124013256855012601335595圖311 礦渣摻量與吸水性的關(guān)系表37 樹脂摻量對(duì)復(fù)合材料吸水性能的影響樹脂摻量（

45、）絕干質(zhì)量 mg（g）吸水飽和質(zhì)量mb（g）吸水率wm（）012051395158021195 136013805120013301083101173128598215112512309332011301230885圖312 樹脂摻量與吸水性的關(guān)系33 抗水試驗(yàn) 抗水性用軟化系數(shù)來衡量，以28天齡期試件在水中浸泡21天齡期試件的濕強(qiáng)度與28天齡期試件的干強(qiáng)度的比值并按照下式計(jì)算：精確到0.01 k=fb/fgfb浸水21天齡期試件濕度mpafg自然養(yǎng)護(hù)28天齡期試件干強(qiáng)度mpak軟化系數(shù)表38 礦渣摻量對(duì)復(fù)合材料抗水性能的影響礦渣摻量（）浸水后強(qiáng)度（mpa）絕干強(qiáng)度 （mpa）軟化系數(shù)0144

46、0222006510165023500702017302430072301740230007640187021200885017301800096圖313是礦渣摻量對(duì)材料吸水率的影響。從表38中可以看出，礦渣摻量增加，軟化系數(shù)提高。實(shí)驗(yàn)證明 13 ：富含活性的sio2和al2o3類物質(zhì)（如工業(yè)粉煤灰、礦渣等）有潛在的堿激發(fā)活性，可以提高抗水性11。這是由于作為無機(jī)外加劑的礦渣中含有活性的sio2和al2o3可以和鎂水泥中水化產(chǎn)物反應(yīng)生成結(jié)構(gòu)穩(wěn)定的水化硅酸鎂、水化鋁酸鎂，填充在結(jié)構(gòu)中，使得材料的密實(shí)度提高，強(qiáng)度提高，結(jié)構(gòu)穩(wěn)定，抗水性能提高。圖313 礦渣摻量與抗水性的關(guān)系表39 樹脂摻量對(duì)復(fù)合材

47、料抗水性能的影響樹脂摻量（）浸水后強(qiáng)度（mpa）絕干強(qiáng)度 （mpa）軟化系數(shù)016382262072219702392082516701938085101600182008815156017500902010801170093圖314是樹脂摻量對(duì)材料吸水率的影響。從上表中可以看出，材料中摻加樹脂，使得材料的抗水性能提高。實(shí)驗(yàn)證明；水溶性或水乳性型的高分子聚合物對(duì)氯氧鎂水泥的水化無不良影響，在菱鎂膠凝材料中自身氣硬交聯(lián)，包裹在晶體外壁形成良好的防水保護(hù)層，同時(shí)還能堵塞材料內(nèi)部的毛細(xì)通道，提高氯氧鎂制品的防潮性 13 。另一方面，由于摻加大量的樹脂，材料中存在大量的有機(jī)聚合物憎水性物質(zhì)包裹著秸稈，

48、使秸稈不能與水接觸，材料密實(shí)度提高，軟化系數(shù)提高。從而提高材料的抗水性能。 圖314 樹脂摻量與抗水性的關(guān)系34 保溫性能材料保溫性能用導(dǎo)熱系數(shù)來衡量，通過導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀直接測(cè)得材料的導(dǎo)熱系數(shù)。精確到0.001。從表310中可以看到，隨著秸稈摻量的增加，復(fù)合材料的導(dǎo)熱系數(shù)不斷降低，即材料的保溫性能隨秸稈摻量的增加而提高。從秸稈的微觀結(jié)構(gòu)中可以看到，秸稈為多孔結(jié)構(gòu)，當(dāng)其被鎂水泥的水化產(chǎn)物包裹后，這些孔隙就被封閉起來，這樣的結(jié)構(gòu)無異于其它保溫材料的微觀結(jié)構(gòu)，所以，加入秸稈同樣可以起到保溫的作用。表310 秸稈摻量對(duì)復(fù)合材料保溫性能的影響秸稈摻量（%）導(dǎo)熱系數(shù)（w/mk）00296202473021

49、070181120179150152170139200111圖315 秸稈摻量與材料保溫性能的關(guān)系35 微觀分析圖316氯氧鎂水泥水化產(chǎn)物微觀結(jié)構(gòu)吳鑫焱 12 等人指出相3和相5皆為晶體結(jié)構(gòu)，在顯微鏡下一般呈針桿狀，受生長(zhǎng)空間不同和外來因素的影響，有時(shí)也量顆粒狀、纖維狀集合體，它們相互交叉搭接成毛氈網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，產(chǎn)生較高的機(jī)械強(qiáng)度。隨著水泥體的硬化，鎂水泥石網(wǎng)架狀結(jié)構(gòu)中的孔隙不斷被反應(yīng)產(chǎn)生真充密實(shí)，其強(qiáng)度不斷增加。但是由于相3和相5在結(jié)構(gòu)上屬亞穩(wěn)態(tài)，在網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)中存在著大量熱力學(xué)不穩(wěn)定的接觸點(diǎn)當(dāng)暴露天潮濕的空氣中時(shí)，容易受水的作用而水解，失去強(qiáng)度且出現(xiàn)吸濕返鹵現(xiàn)象。圖316為本實(shí)驗(yàn)改性后鎂水泥在掃描電鏡下的微觀結(jié)構(gòu)，從圖中可以看出，經(jīng)過改性劑改性的鎂水泥不再是明顯的針狀結(jié)構(gòu)，而是彼此交聯(lián)、結(jié)構(gòu)密實(shí)的一個(gè)整體。這樣的結(jié)構(gòu)顯然強(qiáng)度會(huì)更高，而且結(jié)構(gòu)會(huì)更加穩(wěn)定。 圖317稈纖維與聚酯纖維在基體材料中的形態(tài) 圖318秸稈纖維與鎂水泥界面結(jié)合情況從圖317中可以看出，在放大130倍的掃描電鏡下，秸稈纖維的表面粗糙，甚至是多孔結(jié)構(gòu)，在其表面上可以清楚的看到粘結(jié)在上面的水化產(chǎn)物；而放大730倍的聚酯纖維表面的粗糙程度較秸稈纖維差，且表面粘結(jié)的水化產(chǎn)物較少。這說明秸稈與基體的結(jié)合能力較聚酯纖維強(qiáng)。從圖318中看出，秸稈與水泥基體之間結(jié)合緊密，幾乎難以分辨出它們之間的