秸杆纤维提取方法及其增强水泥砂浆力学性能试验研究

李帅　金渝林

摘 要：通过正交试验，以秸秆纤维素纤维的单丝强度、残胶率、等作为纤维性能优劣的评价指标，初选出利用氢氧化钠、硅酸钠、亚硫酸钠、三聚磷酸、尿素、双氧水等不同试剂在不同温度和作用条件下提取秸秆纤维素纤维的几组较优工艺，进而利用较优工艺生产的秸秆纤维素纤维成品，研究了其对水泥砂浆力学性能的改善效果。通过对力学性能试验结果的分析，进一步优选出适用于水泥砂浆使用的秸秆纤维素纤维及其提取工艺。为进一步研究提供了有益借鉴。

关键词：秸秆纤维；正交试验；抗折性；抗压性

1 引言

近年来农作物秸秆成为农村面临污染的新源头。每年夏收秋冬之时，总有大量的小麦玉米秸秆在田间焚烧产生了大量的烟雾，不仅成为农村环境保护的瓶颈问题，甚至成为了殃及城市环境的罪魁祸首。混凝土在各类工程结构中占主导地位，混凝土的抗压性能和耐久性好，抗裂性能，抗折性能，抗渗性能却比较差，随着我国经济水平的不断提高，人民对房屋抗震设防等级的要求也越来越高，对高性能混凝土的需求也越来越大。植物纤维混凝土的造价低廉，提高了混凝土的整体性能。

2 试验

2.1 材料

浓度为98.8%的浓硫酸硫酸（H2SO4）；氢氧化钠（NaOH）；双氧水（H202）；木聚糖酶；电子天平（精度为0.1g）；剪刀若干；恒温烘箱；恒温水浴锅；单纤维强力仪；3L的烧杯若干；试管若干；量筒。

2.2 纤维提取方案设计

化学法提取纤维是最普遍的一种方式，实验过程相对传统和固定，提取效果也较为优良，且此法较为突出优势之一是实验有两次碱煮过程，为纤维营造了一个碱性的环境，而水泥基复合材料的服役条件也必须是在碱性环境下，这也满足了成为增强水泥基复合材料的条件之一。另外，化学法提取纤维用到的盐如硅酸钠，亚硫酸钠等，一方面可使实验获得更好的提取效果，另一方面附着有这些物质的纤维素纤维在掺有矿物掺合料的水泥中可进一步激发粉煤灰等掺合料的水化。提取工艺流程如下：

试样准备 → 浸酸 → 水洗 → 一煮 → 水洗 → 二煮 →水洗→ 烘干→抖松 → 打纤

3 水泥砂浆及混凝土力学性能试验：

化学工艺提取出的纤维素纤维，进行了增强水泥砂浆力学性能的评价。

3.1 试验材料及试验方法

试验材料：水泥为32.5级普通硅酸盐水泥，砂浆配合比为：水泥：中砂：水=1：3.0：0.5具体材料配比情况为：水泥450g，中砂1350g，水225g。

3.2 水泥砂浆试验方案设计

1 将试模擦净、模板四周与底座的接触面上应涂黄油、紧密装配、防止漏浆。内壁均匀刷一薄层机油。

2 每成型3条试件需称量：水泥450g，标准砂1350g（标准砂应符合GB/T17671—1999中国ISO标准砂的质量要求），水225mL

3 胶砂搅拌

4 试件用振实台成型

5 养护：成型好的试件连模放入标准养护箱（室）内养护，在温度为（20±1）℃，相对湿度不低于90%的条件下养护20～24h之间脱模（脱模时应防止损伤试件）试件脱模后立即水平或竖直放入水槽中养护28天，养护水温为（20±1）℃，水平放置时刮平面应朝上，试件之间留有间隙，水面至少高出试件5mm，最后用自来水装满水池，并随时加水以保持恒定水位。

3.3 力学性能结果分析

抗折试验：

将试件安放到抗折夹具内，进行抗折试验。抗折强度结果取三块试件的平均值；当三块试件中有一块超过平均值的±10%时，应予剔除，取其余两块的平均值作为抗折强度试验结果。

通过对养护28天的水泥砂浆进行抗折试验，并对数据进行统计分析（见上表）可知当纤维掺入时，各组水泥砂浆抗折强度有提高亦有下降，分析其原因提出以下合理解释，当掺入量在0.1%∽0.2%时，由于水泥砂浆掺入少量纤维，使其分子粘聚力下降，水泥砂浆内部产生空隙不能紧密结合，使得强度下降，当纤维掺入量在0.5%∽0.8%时，由于掺入量相对较多，水泥砂浆在振捣成型过程中由于纤维密度较小使得纤维较多分散于砂浆中上部，使其分散不均匀，故强度有所降低。

当纤维掺入量在0.3%∽0.4%之间时，水泥砂浆抗折强度略有提高，但增强效果不明显。

4 结论与展望

4.1 结论

通过对秸秆纤维素纤维提取工艺及秸秆纤维素纤维改性水泥砂浆力学性能的试验研究，可得出以下结论：

1 随秸秆纤维掺量的提高，水泥砂浆的抗折性能和抗压性能呈先增后降的趋势，说明秸秆纤维素纤维的掺量存在最佳值。但总体而言，秸秆纤维对水泥砂浆的抗折性能和抗压性能并没有显著增强。

2 由单丝强度指标和水泥砂浆力学性能试验结果可知，工艺（见下表）是最优的秸秆纤维素纤维提取方案，也是增强水泥砂浆力学性能的最优条件。

4.2 展望

秸秆纤维混凝土的发展前景根据我国工程建设发展的需要，在和工程领域中都能得到更多的运用，性能优良价格低廉的纤维混凝土是未来发展的趋势。随着纤维混凝土新材料的不断出现，纤维混凝土理论研究和应用技术的成熟，尤其是在对工程界的力学性能和耐久性也越来越好，纤维混凝土的发展前景十分可观！

参考文献

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