秸桿纖維提取方法及其增強水泥砂漿力學性能試驗研究

李帥　金渝林

摘 要：通過正交試驗，以秸稈纖維素纖維的單絲強度、殘膠率、等作為纖維性能優劣的評價指標，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工藝，進而利用較優工藝生產的秸稈纖維素纖維成品，研究了其對水泥砂漿力學性能的改善效果。通過對力學性能試驗結果的分析，進一步優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。為進一步研究提供了有益借鑒。

關鍵詞：秸稈纖維；正交試驗；抗折性；抗壓性

1 引言

近年來農作物秸稈成為農村面臨污染的新源頭。每年夏收秋冬之時，總有大量的小麥玉米秸稈在田間焚燒產生了大量的煙霧，不僅成為農村環境保護的瓶頸問題，甚至成為了殃及城市環境的罪魁禍首。混凝土在各類工程結構中占主導地位，混凝土的抗壓性能和耐久性好，抗裂性能，抗折性能，抗滲性能卻比較差，隨著我國經濟水平的不斷提高，人民對房屋抗震設防等級的要求也越來越高，對高性能混凝土的需求也越來越大。植物纖維混凝土的造價低廉，提高了混凝土的整體性能。

2 試驗

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；單纖維強力儀；3L的燒杯若干；試管若干；量筒。

2.2 纖維提取方案設計

化學法提取纖維是最普遍的一種方式，實驗過程相對傳統和固定，提取效果也較為優良，且此法較為突出優勢之一是實驗有兩次堿煮過程，為纖維營造了一個堿性的環境，而水泥基復合材料的服役條件也必須是在堿性環境下，這也滿足了成為增強水泥基復合材料的條件之一。另外，化學法提取纖維用到的鹽如硅酸鈉，亞硫酸鈉等，一方面可使實驗獲得更好的提取效果，另一方面附著有這些物質的纖維素纖維在摻有礦物摻合料的水泥中可進一步激發粉煤灰等摻合料的水化。提取工藝流程如下：

試樣準備 → 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性能試驗：

化學工藝提取出的纖維素纖維，進行了增強水泥砂漿力學性能的評價。

3.1 試驗材料及試驗方法

試驗材料：水泥為32.5級普通硅酸鹽水泥，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 水泥砂漿試驗方案設計

1 將試模擦凈、模板四周與底座的接觸面上應涂黃油、緊密裝配、防止漏漿。內壁均勻刷一薄層機油。

2 每成型3條試件需稱量：水泥450g，標準砂1350g（標準砂應符合GB/T17671—1999中國ISO標準砂的質量要求），水225mL

3 膠砂攪拌

4 試件用振實臺成型

5 養護：成型好的試件連模放入標準養護箱（室）內養護，在溫度為（20±1）℃，相對濕度不低于90%的條件下養護20～24h之間脫模（脫模時應防止損傷試件）試件脫模后立即水平或豎直放入水槽中養護28天，養護水溫為（20±1）℃，水平放置時刮平面應朝上，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，并隨時加水以保持恒定水位。

3.3 力學性能結果分析

抗折試驗：

將試件安放到抗折夾具內，進行抗折試驗。抗折強度結果取三塊試件的平均值；當三塊試件中有一塊超過平均值的±10%時，應予剔除，取其余兩塊的平均值作為抗折強度試驗結果。

通過對養護28天的水泥砂漿進行抗折試驗，并對數據進行統計分析（見上表）可知當纖維摻入時，各組水泥砂漿抗折強度有提高亦有下降，分析其原因提出以下合理解釋，當摻入量在0.1%∽0.2%時，由于水泥砂漿摻入少量纖維，使其分子粘聚力下降，水泥砂漿內部產生空隙不能緊密結合，使得強度下降，當纖維摻入量在0.5%∽0.8%時，由于摻入量相對較多，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，故強度有所降低。

當纖維摻入量在0.3%∽0.4%之間時，水泥砂漿抗折強度略有提高，但增強效果不明顯。

4 結論與展望

4.1 結論

通過對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性能的試驗研究，可得出以下結論：

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，說明秸稈纖維素纖維的摻量存在最佳值。但總體而言，秸稈纖維對水泥砂漿的抗折性能和抗壓性能并沒有顯著增強。

2 由單絲強度指標和水泥砂漿力學性能試驗結果可知，工藝（見下表）是最優的秸稈纖維素纖維提取方案，也是增強水泥砂漿力學性能的最優條件。

4.2 展望

秸稈纖維混凝土的發展前景根據我國工程建設發展的需要，在和工程領域中都能得到更多的運用，性能優良價格低廉的纖維混凝土是未來發展的趨勢。隨著纖維混凝土新材料的不斷出現，纖維混凝土理論研究和應用技術的成熟，尤其是在對工程界的力學性能和耐久性也越來越好，纖維混凝土的發展前景十分可觀！

參考文獻

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