木浆纤维在水泥基中的应用

【摘要】21世纪，水泥基材料仍是人类社会最广泛使用的建筑材料。但存在收缩性大，抗拉强度与抗压强度比值小，以及断裂韧性低等本质性的弱点。为了全面克服上述缺点，最有效的方法就是增加纤维。而木浆纤维就能很好的改变这些性质。

【关键词】木浆纤维 配制原理 耐久性

【正文】

木浆纤维增强水泥基复合材料是由木浆纤维与水泥基材（净桨，砂浆或混凝土）复合制成的。根据所用木纤维的材质，性能，外形，尺寸，渗量，取向及其与基材的界面粘结等因素，可使水泥基材的抗裂性，抗拉（弯）强度，韧性，抗冲击性与疲劳性等有不同程度的提高。用天然有机纤维做水泥增强材料始于20世纪初期，挪海的Norcem公司与芬兰的Partek公司在1997年采用流浆法生产非石棉的木浆纤维增强水泥平板并投放市场。80年代起，有更多的国家用木浆纤维替代石棉生产非石棉纤维水泥。

木浆纤维增强水泥的生产工艺有抄取法、流浆法、马杨尼法、与注射法等。木浆纤维增强水泥的养护方法有两种：当基材为100%的波特兰水泥时，则使用空气养护或一般的蒸汽养护，当基材为波特兰水泥与磨细石英粉的混合物时，则使用压蒸养护。木浆纤维增强硅酸钙主要用于消石灰以及磨细石英粉做基材。用压蒸法生产木纤维增强水泥或木浆纤维增强硅酸钙制品在国际上已是成熟的技术。

自八十年代以来，不少发展中国家热衷于研究与开发用木浆纤维以外的植物纤维做水泥砂浆的增强材料。主要使用其本国盛产的植物纤维，其中以剑麻与椰子壳纤维的研究居多。此外，还研究黄麻、竹于芦苇等纤维，试图用植物纤维增强水泥制作廉价的建房材料。近年来有些发达国家的科研单位，也配合发展中国家进行此项研究，并已取得一定的进展。

一、木浆纤维配制原理

木浆纤维的性能及其对水泥基材的增强与增韧效果因树种与其材龄以及制浆方法等而异。就树种而论，基本上可分为软质木材，即针叶树木材与硬质木材，即阔叶树木材两大类。这两种木材所制成的木浆在纤维的特征上有明显的差异。由于软质木材纤维的长径比较大，故增强效果优于硬质木材纤维。

用同一树种制得的木浆对水泥基材的增强、增韧效果，因打浆工艺的不同而有很大的差异。例如机械打浆法制得的山松木浆，只能用以制作空气养护的WFRC，而不能用于制作压蒸的WFRC。这是因为经机械打浆的此种木浆在压蒸养护的高温与高碱条件下，释出多糖与木酸等浸出物，使纤维周围的水泥基材受到侵害，大大削弱了纤维与基材的黏结，而空气养护时则不存在上述问题。用山松的机械打浆与化学打浆分别制成经空气养护WFRC板，对比纤维重量掺率对板材的弯拉强度的影响，其结果如图所示：

由该图可看出，用化学打浆制成的空气养护WFRC的弯拉强度明显高于用机械打浆制成的同一养护方法的WFRC，而用化学打浆制成的压蒸WFRC的弯拉强度也明显高于用机械打浆制成的同一养护方法的WFRC。图中用化学打浆制成的空气养护WFRC与压蒸WFRC的弯拉强度均随纤维掺率的增大而提高直至纤维掺率达到8%，此后则有所下降。用机械打浆制成的空气养护WFRC的弯拉强度随纤维掺率的变化与之相似，当掺率为9%时，弯拉强度达到较大值。但用机械打浆制成的压蒸WFRC的弯拉强度，随纤维掺率的增大而不断降低。由该图还可看出，当纤维掺率相同时，用化学打浆制成的压蒸WFRC的弯拉强度低于空气养护WFRC。

二、木浆纤维耐久性的研究

对空气养护WFRC与压蒸WFRC均进行加速老化与大气中自然老化后力学性能与微结构变化的研究来探讨其耐久性。加速老化试验采用以下两种方法：（1）反复浸水与烘干。每一周期为24h，包括：a：在20度的水中浸泡9h，b：在20度的水中存放3h，c：在空气中经9h用红外线加热至80度，d：在空气中经3h冷却至20度。实验共进行90个周期。（2）反复浸水与碳酸化。每一周期为24h，包括：a：在20度水中浸泡8h，b：在80度水中放1h，c：在20 度的饱和CO2中放5h，d：80度的炉中放9h，e：在空气中经1h冷却至20度。试验共进行90个周期。

通过对空气养护WFRC不同条件下老化后微结构变化的研究结果。可以得出以下结论：1：未老化的WFFRC中纤维周围的基材密实度较低，该复合材料破坏时，纤维主要由基材中拔出或同时还有部分纤维被拉坏而经加速老化与自然老化后，纤维均以脆性拉断为主；2：经反复浸水与烘干老化后，可能因WFRC的多次胀缩，使纤维受到损伤并降低其强度，故该复合材料的弯拉与抗拉强度均明显下降；3：经反复浸水与碳酸化加速老化后或经在大气中自然老化5年后，该复合材料的弯拉强度与杨氏模量均有明显的增高，主要是由于大部分纤维发生“矿物化”所致，即水泥水化产物进入纤维的芯空内使其抗拉强度与刚度均有所提高，同时因纤维周围基材的密实化，增进了纤维与基材的黏结。

通过对压蒸WFRC不同条件下老化后微结构变化的研究结果，可以得出以下结论；1：经加速老化或自然老化后压蒸WFRC的微结构为发生明显变化，纤维的“矿物化”程度身为轻微；2：经反复浸水与烘干后，压蒸WFRC的弯拉程度与抗拉强度有所降低，估计可能因该复合材料的多次胀缩，使纤维收到一定程度的损伤所致（纤维的聚合度有所降低）；3：经反复浸水与碳酸化加速老化，尤其是经大气层中自然老化5年后，该复合材料的弯曲强度与抗拉强度有明显提高，主要是由于基材的密实化（WFRC的体积密度增大）增进了纤维与基材的黏结。

参考文献

1、沈荣熹. 我国非石棉纤维水泥复合材料的发展. 003年. 35～42

2、沈荣熹. 混凝土与水泥制品. 2002年. 65～71

3、崔琪. 无石棉粉煤灰硅酸钙建筑平板的研制. 1998年. 21～27

作者简介：姓名：陈帅，性别：男，民族：汉，出生年月：1994.02.15，家庭住址：河南省南阳市南召县石门乡，籍贯：河南省南阳市南召县石门乡玉皇村邮箱：，学校：郑州大学，院系：水利与环境学院，专业：水利水电工程，年级：2012级，接受专利地址：河南省郑州市高新区科学大道100号 郑州大学，邮编：450001.