浅述秸秆纤维在土木工程中的研究与应用

刘颖

摘    要：我国作为农业大国，农作物秸秆的大量废弃或焚烧造成了巨大的资源浪费以及严重的环境污染问题。由于秸秆富含大量纤维，价格低廉，来源广泛，并且添加纤维可以提高水泥基材料的力学性能，赋予材料新的功能和用途，秸秆纤维在土木工程中的应用受到广泛关注。本文总结了前人对秸秆纤维水泥基复合材料的研究成果，并对其发展前景进行了展望。

关键词：秸秆纤维;土木工程;应用

1  引言

在我国许多地区，农户为了提高耕地使用率，常常在农作物丰收后大量焚烧秸秆，以便于继续在该耕地上进行耕种活动。然而，秸秆的燃烧不仅会造成大量的可再生资源的浪费，而且还会加重了环境污染问题，同时在一定程度上增大了大气污染物浓度，使得雾霾天气更加严重，对人们出行的安全性也产生了影响。随着环境问题日益加重，人们的环保意识得到加强，秸秆的有效利用也成为了专家学者们研究的重点。由于秸秆中含有丰富的纤维，价格相对低廉，来源极其广泛，同时也是可再生资源，在代替各种人造合成纤维方面有着无与伦比的潜力，以秸秆纤维为增强体的复合材料也因此诞生。本文主要分析了秸秆纤维在水泥基复合材料中各项性能的表现，归纳其在土木工程中的研究和应用状况，总结了秸秆纤维在土木工程基础施工中的应用前景。

2  秸秆纤维在土木工程中的研究现状

2.1  秸秆纤维复合材料的优点

秸秆纤维水泥基复合材料就是将秸秆纤维掺入到水泥中混合得到的复合材料，它的特点是质量较轻，能够隔热保温，可以吸收噪声并且提高了资源利用率。把这种材料用于建筑材料中，不仅可以节约墙体材料，而且能够节约大量能源消耗，有效的维护生态环境。「1」在研究了秸秆纤维水泥基复合材料的性能后，发现在配合比不变的情况下，秸秆掺量与该材料的强度成负相关，掺量增加，折压比和柔韧性都有所提高，复合材料容重减小;在秸秆量不变的情况下，表面改性剂掺量增加，复合材料的强度也随之增大，而吸水率随之减小。因此，将秸秆纤维应用于水泥基复合材料中，可大幅提高复合材料的柔韧性、抗冲击强度和抗裂性，能发挥出保温作用和纤维增强作用，同时还具有质量较轻，吸水率很小，抗冻融性能力强以及防火性能好等优点。

2.2  秸秆纤维复合材料的力学性能

「2」对秸秆纤维对水泥浆体性能的影响进行了研究，研究发现未改性和改性秸稈纤维均会导致标准稠度用水量增加，但未改性纤维中含有的一些杂质会延长水泥凝结时间。未改性秸秆会释放缓凝物质来阻止水泥的水化，并且随着掺量的变化呈现不同的趋势，而改性秸秆则可以有效降低新拌水泥浆的流动性。同时未改性秸秆纤维会降低材料的力学性能，而改性秸秆纤维却能改善其强度，其抗折强度显著增强，但抗压强度略有下降。「3」通过一系列工艺对水稻秸秆进行预处理，发现经过预处理后能够有效地提高纤维的结晶度和热稳定性，使得纤维水泥基复合材料具有更好的力学性能。用秸秆纤维等量代替水泥基材料，可降低并延迟水泥的最大水化速率和时间，且两者之间成负相关。同时纤维素的掺量决定了复合材料的物理性能，与纤维的种类无关。此外，掺加适量的秸秆纤维素可以明显提高水泥基复合材料的力学性能。

3  秸秆纤维在土木工程中的应用现状

3.1  秸秆纤维复合材料在墙板中的应用

秸秆纤维来源广泛、价格低廉且制作简单，这就使得植物纤维增强水泥基复合材料在某些方面被广泛应用。例如：一家专门从事天然纤维增强水泥制品的著名企业Jameshaidie公司，推出了植物纤维水泥外挂墙板，该墙板耐用，性能好，强度大，效益高，不会翘曲、腐烂，提高了建筑的隔音效果和保温隔热性能，同时可降低风化影响。

3.2  秸秆纤维复合材料在我国的应用

在我国研制的一种吸水水泥也使用了该种植物纤维制成的水泥基复合材料，使其表面具有生长植物的能力。该水泥不但自身含有纤维，重量减少了30%，可吸收其自身重量35%的水分，而且不会因为对水分的吸收而导致自身强度的降低，可适用于河川、海洋的防波堤建造以及楼顶或墙壁，同时还可以保护水边生态，有助于绿化。近期我国某公司还发明了一种新型复合秸秆材料专利，利用稻草秸秆的茎秆，将纤维管通过特殊处理变为纤维管，进行填充封装后，制作出自愈合纤维管;再通过与砂浆基体均匀混合、水化形成了秸秆纤维管自愈合水泥基复合材料，其优点是具有良好的抗裂性，环保性强，同时还可以大量节省资源并有效的控制或者修复裂纹。

4  应用前景

目前，大多数发达国家都忽略了对秸秆纤维水泥基复合材料的研究。事实上，掺秸秆纤维的材料可提高它的力学性能，且掺同体积掺量的秸秆纤维和人造纤维的复合材料，其抗裂性相差不大，然而两者之间的价格相差近10倍，因此采用秸秆纤维代替人造纤维不仅可以在保证性能的前提下降低成本，也可以更加有效的利用可再生资源，减少因焚烧秸秆造成的空气污染。将秸秆纤维应用于土木工程施工过程中，既满足了可持续发展的社会需求，又能够促进人们理解应用秸秆纤维复合材料的优越性，同时也保证了产业经济优势，因此其利用价值较高。

5  结束语

当前我国对于秸秆纤维水泥基复合材料的研究也较为欠缺，大多数研究都致力于对其力学性能和制备方法进行深度分析，而缺少对于该类材料的实际应用的研究，因此其在土木工程中的实际应用面也较为狭窄，如何推进该材料的实际应用也成为了亟待解决的问题。我们应当用新的方法，从新的角度，对秸秆纤维进行更加深入的研究，促进其在土木工程基础施工中的应用与发展。

参考文献：

[1] 肖力光，李会生，张奇志.秸秆纤维水泥基复合材料性能的研究[J].吉林建筑工程学院学报，2005（3）：1～6.

[2] 严亮，赵玉青，杨久俊，杨中正，赵顺波.麦秸纤维对水泥浆体性能的影响[J].混凝土，2012（2）：60～62.

[3] 谢晓丽.植物纤维改性水泥基复合材料的制备与力学性能研究[J].西南交通大学，2016（8）.