廢棄再生木纖維對輕質保溫砂漿力學性能和保溫性能的影響

摘 要：利用廢棄木材生產再生木纖維制備綠色建材產品，既可節約資源，又可實現廢棄木材的再生資源化利用。本文通過研究再生木纖維對輕質保溫砂漿力學性能和保溫性能的影響規律，確定再生木纖維與水泥的最佳比例（灰木比）。研究表明，隨著灰木比的增加，再生木纖維含量減少，輕質保溫砂漿的抗壓、抗折強度不斷增加，保溫性能卻呈現下降的趨勢。相比于未預濕再生木纖維組砂漿，當灰木比為3.0時，預濕組再生木纖維砂漿的28d抗壓強度由24.7MPa增加至28.4MPa，28d抗折強度由9.6MPa增加至10.3MPa，但其保溫性能明顯降低，導熱系數由0.248W/m·K增加至0.263W/m·K，但均可滿足實際工程需求。

關鍵詞：再生木纖維；保溫砂漿；力學性能；導熱系數；固廢文章編號：2095-4085（2024）10-0245-03

0 引言

廢棄木材經破碎篩分處理后可以得到不同級配、粒徑尺寸的再生木纖維。在綠色建筑和節能減排的大背景下，利用廢棄木材制備再生木纖維，生產各種人造板、墻體材料等綠色建材產品，已逐漸成為廢棄木材資源化利用研究的發展趨勢^［1-2］。利用廢棄再生木纖維制備水泥基材料，不僅能夠提高其宏觀性能，還能緩解優質木材資源匱乏問題，顯著降低施工生產成本和環境污染，經濟和環境效益顯著。

國內外許多學者已經對木纖維水泥基材料進行了相關研究工作。張林^［3］等人在不同密度等級的加氣混凝土摻入木纖維，其抗彎和抗拉強度得到了顯著的增強。祝毫華^［4］等人研究表明增加楊木纖維尺寸和體積分數均會降低砂漿的抗折強度，而增加楊木纖維的體積分數將提高砂漿的抗壓強度，添加3.0%的木纖維可以使砂漿72h自收縮降低45.6%。同時，適當添加木纖維還可以促進水泥漿體的早期凝結，從而縮短水泥的初凝時間^［5］。木纖維本身的纖維素成分具有交錯相連的網絡結構，能夠有效抑制水泥基材料的收縮開裂問題^［6-7］，有助于水泥基材料在承受拉壓應力時表現出更好的穩定性和耐久性。再生木纖維具有輕質、吸聲、隔熱等特性，可以降低混凝土的自重，減小聲波反射，提供隔熱效果，這些特性可以在輕質保溫砂漿墻體材料中得到充分利用，具有環保和可持續性的優勢。因此，本文利用廢棄木材再生纖維制備輕質保溫砂漿，系統研究再生木纖維對輕質保溫砂漿的力學性能和保溫性能的影響規律，為再生木纖維在保溫砂漿中的工程推廣與應用提供理論依據和科學參考。

1 實驗

1.1 原材料

水泥：木纖維的摻入會影響普通硅酸鹽水泥水化反應，進而導致其流動性降低，凝結硬化慢等缺陷。因此，本文采用42.5級快硬硫鋁酸鹽水泥，初凝時間和終凝時間分別為28min和43min，比表面積為403/（m²·kg^-1）。

再生木纖維：利用再生木纖維撕碎機對廢棄樺木板材破碎、篩分處理得到再生樺木纖維（見圖1），密度為1.16kg/m³，吸水率為95.9%，含水率為4.32%。

細骨料：選用Ⅱ級天然河砂，表觀密度為2.58kg/m³，細度模數為2.4，滿足國家標準《建筑用砂》（GB/T 14684-2011）中的性能要求。

外加劑：高效聚羧酸減水劑，摻量為膠凝材料用量的2.0%～2.2%，減水率為25%。

纖維素醚：纖維素醚（羥丙基甲基纖維素，HPMC）的規范主要根據國家標準Q_0306SHD004-2019《羥丙基甲基纖維素》進行規定。摻量為膠凝材料的0.4%（見圖2）。

1.2 實驗方案設計

本文以快硬硫鋁酸鹽水泥為膠凝材料，以天然河砂作為細骨料，制備再生木纖維保溫砂漿，試驗分為預濕實驗組與未預濕實驗組進行對比。保溫砂漿的水灰比定為0.3，水泥與木纖維的比例（灰木比）分別設計為0.8、1.0、1.5、2.0和3.0，纖維素醚摻量為水泥膠凝材料的4‰，聚羧酸減水劑摻量為膠凝材料的2.0%，其詳細配合比如表1所示。

1.3 測試方法

按照水灰比0.3稱取拌合水和快硬硫鋁酸鹽水泥，再根據不同的灰木比分別稱取相應的木纖維。使用JJ-5型砂漿攪拌機進行攪拌，在攪拌鍋中依次加入水泥、木纖維和纖維素醚，加水前先將混合材料用攪拌機干拌3～5min使木纖維分布更加均勻。攪拌好的木纖維水泥基材料先測試流動度，測試完流動度后將木纖維水泥基材料裝入試模。

本試驗中采用的尺寸為160mm×40mm×40mm，試塊制備完成后放置在標準養護條件下進行養護。試塊應在20℃±2℃的溫度下，相對濕度大于95%的環境中養護。達到規定齡期之后，分別測定試件的3d、7d、14d和28d的抗壓強度和抗折強度。同時，將拌合物制成300mm×300mm×35 mm的保溫砂漿試塊，28d后烘至絕干，將試塊置于導熱系數測定儀中測定導熱系數。

2 實驗結果與分析

2.1 抗壓強度

圖3（a）和（b）分別為水灰比為0.3時未預濕組和預濕組木纖維保溫砂漿的灰木比與抗壓強度的關系曲線。由圖3（a）可知，在養護齡期一定時，未預濕組保溫砂漿的抗壓強度性能隨灰木比的增加而增大。這主要是因為隨著灰木比的增加，用于包裹木纖維的水泥漿體含量增加，減弱了木纖維表面的粗糙程度和摩擦力，增加了砂漿的工作性，提高了其密實程度。相比之下，由圖3（b）可知，經過對再生木纖維預濕處理，木纖維保溫砂漿的抗壓強度要顯著強于未預濕組砂漿的強度。預濕處理是指在木纖維水泥基材料試件制備前將木纖維與水1∶1拌合進行濕潤處理的工藝。由于未預濕組的木纖維會優先吸收拌合水，使得水泥水化用水量降低，導致其抗壓強度減小。通過預濕處理，水泥水化反應充分進行，還能使木纖維砂漿在硬化過程中保持一定的濕度，有利于試塊的養護和后期強度發展。當灰木比為3.0時，其7d抗壓強度由24.2MPa增加至26.3MPa；28d強度由24.7MPa增加至28.4MPa。

2.2 抗折強度

圖4（a）和（b）分別為水灰比為0.3時未預濕組和預濕組木纖維保溫砂漿的灰木比與抗折強度的關系曲線。由圖可知，在養護齡期一定時，未預濕組和預濕組的保溫砂漿的抗折強度性能均隨灰木比的增加而增大。這主要是因為隨著灰木比的增加，用于包裹木纖維的水泥漿體含量增加，使得漿體內部的木纖維能夠充分發揮其增韌效果。由圖4（b）可知，經過對再生木纖維預濕處理，可以看到預濕組木纖維保溫砂漿在抗折強度方面表現出明顯的優勢，當灰木比為3.0時，相較于未預濕組，其7d抗折強度由9.1MPa增加至9.8MPa；28d抗折強度由9.6MPa增加至10.3MPa。

2.3 保溫性能

圖5為水灰比為0.3時未預濕組和預濕組木纖維保溫砂漿的導熱系數對比圖。由圖可知，隨著灰木比的增加，兩個組別的保溫砂漿的導熱系數均不斷增加，保溫性能降低。換句話說，隨著再生木纖維含量的降低，砂漿的干密度逐漸增加，同時保溫砂漿的強度增加但是其保溫性能減弱。同時，在灰木比和養護齡期一定時，預濕組木纖維保溫砂漿的導熱系數要明顯高于未預濕組保溫砂漿，當灰木比為1.0時，預濕組砂漿的導熱系數由0.213W/m·K增加至0.229W/m·K；當灰木比為3.0時，預濕組砂漿的導熱系數由0.248W/m·K增加至0.263W/m·K，這主要與預濕組保溫砂漿中木纖維所含飽和水量有關。由此可知，灰木比為3.0時，其力學性能和保溫性能均能滿足實際工程需求。

3 結論

（1）未預濕組和預濕組保溫砂漿的力學性能均隨灰木比的增加而增大。當灰木比為3.0時，其28d抗壓強度由24.7MPa增加至28.4MPa，抗折強度由9.6MPa增加至10.3MPa。這說明再生木纖維的摻入能夠提高保溫砂漿的力學性能，增加保溫砂漿的韌性和抗裂性能。

（2）灰木比增加會降低砂漿的保溫性能。當灰木比為1.0時，預濕組砂漿的導熱系數由0.213W/m·K增加至0.229W/m·K；當灰木比為3.0時，預濕組砂漿的導熱系數由0.248W/m·K增加至0.263W/m·K，這主要與預濕組保溫砂漿中木纖維所含飽和水量有關。

參考文獻：

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