植物纤维水泥基复合材料性能的研究毕业论文

1、植物纤维水泥基复合材料性能的研究目 录摘要abstract 第1章 绪论111 建筑材料与环境112 无公害的建筑与环境协调材料prc复合材料213 纤维增强材料3131 复合材料混凝土的终结者3132 植物纤维增强相414 基体材料水泥5141 氯氧镁水泥5142 mgomgcl2水体系615 植物纤维和水泥的复合 7第2章 实验部分921 原料及要求922 试验过程及参数923 实验所用器械9第3章 结果与讨论1031 材料力学性能测试10311 秸秆掺量对复合材料的力学性能的影响10312 超细矿渣掺量对复合材料力学性能的影响11313 脲醛树脂掺量对复合材料力学性能的影响1332 吸水

2、率测试14321 秸秆、矿渣、树脂掺量对复合材料吸水性能的影响1433 抗水试验1734 保温性能1835 微观分析20结论21参考文献22致谢23摘 要本文探讨的是利用农作物剩余物如秸秆、稻草等为主要的原料，并以氯氧镁水泥为胶凝材料复合而成的复合材料的保温性能、力学性能以及物理性能，包括材料的导热系数、28d抗压强度、28d抗折强度、吸水率（24h）以及软化系数。由于秸秆等植物纤维在碱性环境中会有浸出物析出，对水泥的凝结有阻碍作用，所以要分别对增强相和基体相进行表面处理和改性。氯氧镁水泥作为基体，同时作为凝结材料，虽然有很多优点，但是它的致命弱点就是耐水性差，吸湿返卤。采用脲醛树脂既可以对秸

3、秆进行处理，又可以对镁水泥进行表面改性，同时采用多种改性剂对镁水泥进行改性，改变镁水泥的表面性质，降低吸湿性。试验结果表明：由于秸秆的掺入，使材料的28d抗折强度达到9.30mpa ,折压比达到0.45，大大提高了复合材料的韧性，同时由于秸秆的掺入，使得材料的保温性能大提高；掺加矿渣，提高了材料的软化系数，软化系数可达到0.96，从而大大提高了材料的耐水性，并且使材料密实，提高了强度，28d抗压强度可达到23.5 mpa；掺加了树脂，材料中的聚合物增多，材料的耐水性以及柔韧性都有不同程度的提高，软化系数可达0.82以上，最高可达到0.93。关键词：植物纤维；玉米秸秆；氯氧镁水泥；复合材料abs

4、tractthis paper discusses the use of crop residues such as straw, rice straw as the main raw material，and magnesium cement as glue to make composite materials from the composite materials in insulation properties, mechanical properties and the physical properties,include the thermal conductivity, co

5、mpressive strength of 28 days, 28 days flexural strength, water absorption (24h) and the softening factor. as straw and other plant fibers in alkaline environment will be leaching precipitation, the condensation of cement have impeded ，so we have to modified the enhance phase and the surface of matr

6、ix phase. magnesium cement as a matrix, as well as a condensed material, although there are many advantages, but it is the achilles heel of poor water resistance and moisture back to the brine. using urea - formaldehyde resins can be processed on the straw, but also the right of magnesium cement sur

7、face modification, meanwhile multi-modifier of magnesium cement modified magnesium change the surface properties of cement and lower hygroscopicity. the results showed : input straw, the material of the 28d flexural strength of 9.30 mpa, pack compression ratio reached 0.45. greatly increasing the to

8、ughness of the composite material, but due to the incorporation straw, making the insulation material to greatly improve performance. adding slag, improvement of the softening factor, softening coefficient reached 0.96 ，thus greatly improving the water resistance of the materials, and to make materi

9、al density, increased strength, 28d compressive strength can be achieved 23.5 mpa，adding resin, polymer materials increased, the water-resistant materials, as well as flexibility have different degrees of improvement softening coefficient is above 0.82, the highest attainable 0.93. keywords: plant f

10、iber；straw； magnesium cement；composite materials .第1章 绪 论11 建筑材料与环境 现代文明以经济腾飞和人类生活水平的不断提高为主要标志。随着世界经济的蓬勃发展,人类生活质量的改善,人们在享受物质成果的同时,也常常为了资源的短缺,能源危机,环境恶化和自然界的生态平衡逐渐受到破坏所困惑,这些问题已成为阻碍世界经济发展的主要因素。在人类持续发展的诸多因素中,材料与能源,材料与环境等因素显得更多加突出。我国每年用于采暖和降温的能耗约折合1.1亿吨标准煤,加上建材工业的需要,每年总建筑能耗高达2.8亿吨标准煤,大体上占目前全国能耗消费总量的23.1。

11、这对于能源本已紧张的我国,确是一个不可忽视的数字。除了要有规模地发展电力,煤炭,石油,水力,风力和原子能等工业来增加能源外,还应从各个领域降低能耗。建筑能耗主要包括居民日常生活能耗（采暖、降温、照明等）和建筑物的建造能耗，其中材料又是耗能大户，可供挖掘的潜力很大。我们国家正以空前的规模建造高耗能建筑。目前，我国正处在房屋建筑的高峰期，建筑规模之大，在中国和世界历史上都是前所未有的。2003年城乡建筑竣工面积已达20.3亿平方米（其中城镇12.7亿平方米）这些建筑在几十年至近百年的使用期间，在采暖、空调、通风、炊事、照明、热水供应等方面要不断消耗大量能源。建筑节能是事关可持续发展的重大间题，如不

12、引起重视，采用切实可行的措施，照目前的势头再延伸10年，全国每年将浪费好几吨的资金来实施几百亿平方米建筑的节能改造。因此，大力发展新型建材无疑是一条节能途径。新型建材是现代建筑工程重要的物质基础，是多学科的相互渗透和复合的技术结晶。其范畴主要包括：新型墙体材料，新型防水材料，新型绝热隔音材料和新型装修材料四大类，新型材料一般具有轻质，性优，节能节土节水，节约运输力，施工简单方便等特点。它的发展和应用对促进我国建材工业的产品结构调整，实施“由大变强，靠新出强”的发展战略，对促进建筑队业和住宅业的现代化，减少资源消耗，保护生态环境，贯彻执行和实施我国国民经济可持续发展具在十分重要的意义。传统的建筑

13、材料虽然为国民经济建设做出了重大贡献，但是未能做到有效的利用资源和能源。解决这一负面影响的根本途径是发展绿色建材，走资源节约型，污染最低型，质量效益型，科技先导型的发展道路。走绿色化的道路是发展新型建材的趋势之一。绿色建材是指具有环保、节能、健康、安全、可靠、可再生等属性的建材，其核心内容是采用清洁的技术，从原料选用，产品制造，使用过程或者再循环以及废弃物处理等环节中进行污染控制设计，选用无毒和低毒的原材料，生产过程中可能减少污染的产生，副产物料尽可能的做到回收利用，产品在使用过程中不应对环境和人类健康产生污染和威胁。有人说绿色建材是21世纪建材发展的主流，在世界绿色潮流的推动下，世界各国有远

14、见的公司都纷纷举起绿色的旗帜，在大力发展绿色建材，并试图控制绿色高新技术和产品的制高点。近年来我国研制并引进了许多新型建筑材料生产线，生产了各种类型的板材和墙体材料，这些材料在墙体改革中已经发挥了重要的作用，为我国墙体材料革新做出了贡献。就所引进和国内开发的新型材料来看，主要着眼于保温、隔热、轻质、高强等方面，客观上也减少了对砖瓦等传统材料的依赖，防止毁田，节约土地，节省了木材。减少了对森林的压力，显然这些都是对环境有利的，但是这些新材料虽是节能材料，但还不是环境协调材料 1 。本文所讨论的“植物纤维增强水泥基复合材料”（plant reinforce cement. 简称prc）就是利用有益

15、于环境的木材或农作物秸秆作为主要的原材料，添加一定的外加剂而制成的复合材料，目前，不论是墙体还是屋面，其组成原料及在加工过程中和长期使用过程中都没有对环境不利的物质和气体产生，是一种优良的环境材料，并且节能。作为一种优质材料植物纤维水泥基复合材料被认为是一种很有前途的无公害的节能材料。12 无公害的建筑与环境协调材料pcr复合材忽视建筑物周围环境和长期使用过程中缓慢发出的气体，颗粒和纤维对人们的伤害是灾难性的，据专家估计，除少数长期在野外工作的人以外，多数人每天约有20小时是在有维护的建筑物中工作和生活的，传统材料（砖和瓦）不会对人的健康产生危害，但其会毁掉大量的土地资源，根据建筑部，国家经贸

16、委，国家技术监督局，国家建材局颁布的关于住宅建设中淘汰落后产品的通知建设部颁发的76号部长令民用建筑节能管理规定等文件中的规定，未来要加大“改善房屋建设功能提高住宅质量”的力度要逐步采用实心黏土砖，大力发展新型建材，新型墙体材料 2 。目前，我国能满足节能要求的新型墙体板材有grc板材，舒乐舍板，彩钢复合板，水泥木屑板，泰柏板，3d板氯氧镁水泥轻质隔墙板，钢丝网架水泥夹心板，fc轻质复合板和硅钙板，但能满足节能要求的只有纯陶粒砌块、聚苯乙烯eps复合砌块，eps外保温板，但是价格很昂贵，很难得到推广，尤其是在农村。因此，大力发展植物纤维增强水泥基复合材料是新型建筑材料的一个发展方向，从组成材料

17、来看，增强材料是植物纤维，如农作物加工剩余物：玉米秸秆，麦秸秆，棉秆纤维，麻秆纤维等，都是一年生植物，过了生长期都是废物，堆放在田间地头多无用处，而且会对环境污染产生污染，但是如果用农作物加工剩余物做成复合材料，在加工过程中和长期使用过程中都不会对环境产生污染；作为基体材料的水泥虽然在烧制过程中对环境不利，但是水泥制品对环境无不利影响；复合过程中所使用的添加剂都是无机盐或是无机溶液，要长期使用过程中也不会产生有害气体，综合各方面的因素，植物纤维增强水泥基复合材料（pcr材料）都是一种理想的，环保的，经济的协调材料。另一方面，因为秸秆也具有多孔结构，如果用其作为增强材料加入基体中不仅可以发挥矿物

18、纤维的作用，更重要的是它还可以提高复合材料的保温性能，这样用其与水泥复合而成的各种板材既能起到承重作用又能发挥其保温的性能，并能广范的推广到村镇住宅中使用。肖力光 3 等人对这种复合节能墙体材料的可行性也做了深层次的研究。13 纤维增强材料131 复合材料混凝土的终结者 纤维材料的品种很多，通常使用的有钢纤维，玻璃纤维，石棉纤维，合成纤维，碳纤维等，其中大多都是高弹性模量的纤维，掺入混凝土中可使混凝土获得较高的韧性，并提高抗拉强度，刚度和承担动载的能力；而尼龙，聚乙烯，聚丙烯等低弹性模量的纤维掺入混凝土只能增加韧性，不能提高强度，由于钢纤维的弹性模量比混凝土高10倍以上，是最有效的增强材料之一

19、，故目前应用最广 4 。有人说复合材料有可能成为混凝土的终结者，比如说，2001年的9.11事件中被撞毁的五角大楼，很多部分是用碳纤维增强的复合材料，如果不是这样，那么伤亡人数可能会更大。以普通混凝土为基料，外掺各种纤维材料而组成的复合材料称为纤维混凝土。通常用的纤维混凝土都是用上述纤维作为增强材料而制成的，而用植物纤维作为增强材料所制成的复合建筑材料是近几年发展起来的，如水泥木屑板（水泥刨花板），水泥非木材植物空心砌块，植物纤维水泥空心轻质墙板，还有国外的植物纤维增强砂浆，植物纤维增强屋面瓦等。目前，植物纤维增强复合材料在建筑上的应用正逐年增加，在发达国家每年应用在建筑上的复合材料就达几百万

20、吨，之所以这样说就是由于用这样的植物纤维水泥复合材料质轻，可减轻建筑物的荷载，并且有很好的机械性能，很好的隔声效果发及很可观的经济性能。在发展中国家，那些缺乏住宅以及商业建筑的国家，工业和公共服务性建筑是相当多的，而且应用纤维增强复合材料可以帮助他们建造一些性能优异的建筑。由于植物纤维样强复合材料价格很低，所以用在发展中国家无疑是一种很好的替代品，而且只要在低碱的环境下就可以使危险系数消除 5 。近年来随着新型建材的开发与进步，以植物纤维作为增强材料的复合材料得到了很大进展，麦秸杆就是利用农作物为原料加工而成的具有广阔的市场发展前景的材料。以前麦秸杆只是用作燃料，饲料，肥料等，许多地方不得不将

21、大量的麦秸在田间地头白白的烧掉，这不但是一种浪费，而且也严重的污染了环境。目前，国内有很多大型的麦秸板生产线，其中许多的生产线都是挪威一些公司的：在北美用农作物剩余物制作板材已形成很强的势头，北达可塔州的prime board公司于1995年7月投产，每年生产53100立方米优质麦秸板，另外根据资料介绍北美有10多个麦秸板厂在建或已投产，年生产能力是600026500立方米，世界上还有很多这样的生产线，目前我国麦秸板生产线有东北林业大学、南京林业大学、黑龙江林产工业研究所，中国林科院等在这方面都进行了一定的研究 6 。132 植物纤维增强相植物纤维依其生活史的长短可以分为3类，即一年生植物，两

22、年生植物和多年生植物。一年生植物是指在一年内完成其生活史的植物，常见的一年生植物纤维是茎秆类纤维，如稻草，麦秸，玉米秆，高梁秆，麻秆，向日葵秆，烟秆，黄豆秆等。作为增强相的一年生植物纤维是经破碎后的自然状态。研究发现植物纤维本身的强度大都很低，其抗拉强度均为玻璃纤维、碳纤维拉伸强度的1/301/90；而且一年生植物纤维中含在大量对水泥基有缓凝或阻凝作用的抽出物，如1的氢氧化钠抽出物：果胶树脂，油脂，酸性物质等，这些抽出物对界面结合极为不利。见表1 7 。表1 几种一年生植物成分秸秆种类灰分（%）冷水抽出物（%）热水抽 出物（%）1%naoh抽出物（%）纤维素（%）木素（%）聚戊糖（%）大麦秆2

23、8564510530766951403491麦草秆60453623154456223422342558玉米秆46610562044562183818382458不同植物纤维复合而成的水泥基复合材料，其力学性能主要是受到纤维性能的制约，不同纤维的化学成分和纤维形态有很大差别，造成其与水泥复合材料的力学性能的差异很大，有试验 8 选取的四种植物纤维/水泥复合板作为研究对象，结果表明麻秆/水泥复合板较好，棉杆/水泥复合板最差，从植物纤维的化学组分考虑，四种植物中麻秆的抽出物是最低的，它对界面结合的影响是最小的，因而制成的板材是最好的，从植物的几何形态考虑，麻秆粉碎后呈自然状态，玉米秆和麦秸秆在破碎后

24、，其细料成窄而薄的纤维形态，长径比大的纤维含量大，在加入一定的助剂时，与水泥基体混合均匀、充分，结合状态好，强度高。棉秆碎料颗料粗大，呈枣核状，长径比平均水平较低，成型过程中与基体结合不充分，影响性能。纤维含量对材料性能的影响。用植物纤维与水泥的重量比描述纤维含量，称为植物纤维/水泥比。试验结果表明 8 ，当植物纤维/水泥比达到一定的比例区间时（0.30.4）强度最大，当随比值增大，胶凝材料相对的少，不能完全包裹住纤维，各种抽出物较多造成了植物纤维水泥复合板强度下降。14 基体材料水泥141 氯氧镁水泥 水泥在植物纤维水泥复合材料中既做基体又做胶粘剂，由于植物纤维在低碱性的环境中才能发挥作用，

25、不会有太多的抽出物析出影响界面结合，由于硅酸盐水泥的碱性很高，所以不宜选用硅酸盐水泥。供选用的水泥有硫铝酸盐水泥和氯氧镁水泥等，但硫铝酸盐水泥价格较镁水泥要高，所以本文采用了氯氧镁水泥（ph910）来做基体材料还是比较经济的。 水泥作为一种传统的建筑材料沿用至今，我们不能不承认它确实是一种优质的建筑材料，但是无论是何种水泥都是典型的脆性材料。随着新材料的掺入，新工艺和新技术的应用，其脆性可以通过加筋或掺入有机材料加以克服，以前常用的石棉纤维与水泥结合效果较好，但因发现石棉对人体有害而逐渐禁止应用，目前，常用的纤维作为增强材料对水泥进行改性却是一种协调环境的新型建材。镁质水泥胶凝材料是由磨细的苛

26、性菱苦土（mgo）或苛性白云石（mgo或caco3）为主要成分的一种气硬性胶凝材料，是瑞典学者索瑞尔于1867年发明的，故亦被称为索瑞尔水泥，同波特兰水泥（硅酸盐水泥，1824年）一样被认为是一种很有前途的胶凝材料，它有很多的优点，快硬，高强，轻质，粘结力强，成型加工方便不燃烧等优点，例如，其一昼夜的抗拉强度不低于1.5mpa，7天强度可达到28天的80%。在石灰或是其他水泥中若掺入有机材料，则由于它们的碱性较强会破坏有机材料，而镁水泥的化学性质接近中性，其水化产物对有机材料无破坏作用，所以可以掺入锯末，刨花等纤维制成复合材料，而且是绿色建材。但是由于它是气硬性的，所以抗水性差（浸泡28天软化

27、系数只有0.2左右），吸湿返卤翘曲，变形等缺点又限制了它的使用范围。如有报道 9 说我国生产的镁水泥制品在韩国开发应用前景考察突出的质量问题：以菱镁防火板（厚度8mm，用做工业厂房的内墙装修）为例：a. 产品吸湿返卤。笔者在韩国釜山见到些中国进口的菱镁防火板码放在仓库里周边和上部,因吸湿返卤，造成潮湿甚至滴水珠，有些在施工中刚上墙的菱镁防火板经过一昼夜的吸湿返卤，不能进行涂料粉刷，将这些劣质产品带回国内检测，有的单位面积吸湿率达到100mg/cm2，严重超标。b. 产品脆化。有的产品3mm厚的标准尺寸的板子完全不能打卷，一折就断，用做墙裙的板子上面被捅了不少的窟窿，经过检测，脆化系数不足0.5

28、，完全没有使用价值。c. 产品变形。在干燥的环境中菱镁板普通向光面鼓，据韩国朋友反映，这一弊病在春秋季节特别容易发生，这类板材经过检测翘曲变形超过1%。这些缺点在很大程度上限制了它的使用和大范围推广。142 mgo-mgcl2-水体系天然菱镁矿或白云石经过煅烧，粉磨后与调和剂mgcl2水溶液配制而成的气硬性胶凝材料叫做氯氧镁水泥，简称镁水泥。镁水泥的主要水化产物5mg(oh)2mgcl28h2o(简称5.1.8相)和3mg(oh)2mgcl28h2o(简称3.1.8相),是由活性的mgo和mgcl2水溶液发生水化反应形成的。一般认为，mgo首先在mgcl2水溶液中溶解，形成mg2+,oh-然后

29、体系中mg2+,cl-,h2o反应生成5.1.8相和3.1.8相，化学反应方程式如下：6mg2+ + 2cl- + 10oh- + 8h2o = 5mg(oh)2mgcl28h2o4mg2+ + 2cl- + 6 oh- + 8h2o = 3mg(oh)2mgcl28h2o （1）mg2+ + 2oh- = mg(oh)2 但是，上述反应是可以直接进行的，体系中更合理的反应机制是来自mgcl2水溶液中的mg2+发生反应或（1）中所示的化学反应mgo晶体则直接通过下列反应方程形成5.1.8相和3.1.8相：5mgo+ mg2+ +2cl- + 13h2o = 5 mg(oh)2mgcl28h2o

30、3 mgo+ mg2+ + 2cl- + 11 h2o = 3mg(oh)2mgcl28h2omgo + h2o = mg(oh)2当反应mgo和mgcl2水溶液混合时，mgo颗粒立即被mgcl2水溶液包裹住,存在于水溶液中的mg2+,cl2-等首先在mgo晶体颗粒的活化点处进行化学反应,形成晶体结构(图略)见 10 。因此mgo晶体的结构越不规则,晶体缺陷越多,也就是晶体结构中的活化点越多,化学反应越快。 镁水泥硬化体的初期物相有相5和相3,mg(oh)2中未反应的mgo和mgcl2xh2o在空气中放置后会形成氯碳酸镁盐(2mgco3mg(oh)2mgcl26h2o)其与水作用可能浸出mgc

31、l2并可以转变为水菱镁矿(4 mgco3mg(oh)24h2o) 11 .由上述分析可知,镁水泥制品耐水性差和耐久性差的根本原因在于相5和相3是亲水的,不稳定的,在水中的可溶性大,发生如下的水解反应 11 .mg3(oh)5(h2o)x+cl-(4-x)h2o + h2o3mg(oh)2+ h+ + cl-+ 4h2omg3(oh)3(h2o)x+cl-(4-x)h2o + h2o2mg(oh)2+ h+ + cl-+ 4h2o2hcl + mg(oh)2 = mgcl2 + 2h2o即在水中的5.1.8相和3.1.8相会转变为mg(oh)2,随着在水中时间的延长,5.1.8相和3.1.8相是

32、纤维状的,mg(oh)2相的晶体结构则是层状堆积的松散结构,因此,晶体和晶体结构的转变导致胶凝材料的致密度降低,为水分子的进入和物质的溶出提供了通道,从而耐水性差,因此提高镁水泥的耐久性主要是提高5.1.8和3.1.8相的稳定性.1.5 植物纤维和水泥的复合复合材料是由有机高分子,无机非金属等不同材料通过复合工艺组合而成的,因此,复合材料是多相的(有增强相和基体相).基体相是一种连续相材料,它把增强相固结在一起并起着传递应力的作用;增强相起着承受应力(结构复合材料)和显示功能(功能复合材料)的作用,与一般材料的简单混合有本质的区别，合理的材料设计可以使复合材料既能保持组成材料的重要特色，又能通

33、过复合效应使各组分的性能互补，获取得原组分不具备的许多优良性能。由不同的增纱体和不同的基体相既可以组成名目繁多的结构复合材料，并以所用的基体命名，如水泥基复合材料。水泥的特点是必须在碱性介质中（ph12）才能凝固，水泥中加入糖类、甘油、羧基甲基纤维素、单宁和葡萄糖酸及盐类等使水泥凝固延缓，如加入水泥重量的1糖，水泥几乎完全停止凝固 12 。同时水泥拌水后由于水泥水化使水泥呈强大碱性，因此水泥中加入植物纤维和加入矿物纤维不同，植物纤维在碱性介质中浸泡，会有许多萃取物沉淀这些沉淀物中有许多对水泥有缓凝或阴凝作用，几乎所有的农作物纤维都对水泥有缓凝作用。如何解决植物 纤维和水泥的结合是值得关注的问题

34、，也是能否利用农作物秸秆的关键所在。那么如何解决这一问题呢？有试验研究 7 ：将棉秆纤维用脲醛树脂处理，结果表明结合效果良好（用扫描电镜观察，纤维与水泥结合紧密，凝胶嵌入到纤维的凹坑表面及微孔中，使纤维固定在基体中，从其弯曲破坏断口可见纤维表面沾满了基体材料且粘结牢固，研究认为，当纤维与基体材料复合时，界面上的有机成分现基体水化产物互相扩散，改善了此区域的孔结构状况，形成坚实致密的界面结合层，致使试件破坏时裂逢不能在界面上发生，转移到基体的内部，使拨出纤维上包裹着厚厚的一层基体材料。此种破坏形式显然要消耗更多的能量，宏观上表观为弯曲破坏强度提高50，同时吸水率较大的植物纤维被致密界面层包裹，大

35、大改善了复合材料的耐水性能及吸水膨胀性能。要解决植物纤维增强水泥基复合材料的性能除对植物纤维进行处理外，还要对基体材料进行改性。前面提到的镁水泥是碱性的接近中性，恰好适合与植物纤维结合，在结合过程中不会使胶凝物质析出，影响界面结合。但是它唯一的不足就是耐水性差，所以需要对其进行改性，可以通过加入一些改性剂使气硬性的胶凝材料变成耐用水的。镁水泥的强度主要来自于5.1.8相，而水化产物中的5.1.8相或3.1.8相只是一种在一定条件下才能稳定存在的，也就是说它们是介稳状态的复盐，只要对这种复盐进行改性，使其变成稳定状态即可，综合国内外的改性途径如下：a. 在拌合过程中加入少量的有机物如三聚氰胺树脂

36、，脲醛树脂，有机硅等，使相5周围产生高聚物或疏水保护层，减少cl-与水分子接触，从而提高水化产物结构的相对稳定性及耐水性b. 掺入适当的添加剂。研究表明，在镁水泥中加入少量的磷酸或磷酸盐，可以生成新的相在5.1.8相的周围形成稳定化合物；加入硅藻土使结构的空隙降低，结构致密：加入活化的sio2与镁水泥的水化产物反应较快，生成具有水化mgsio3和水化铝酸镁而使镁水泥的结构稳定性和耐水性在很大的提高。c. 不采用mgcl2作为调和剂，而改 用mgso47h2o,铁矾feso4等作为调和剂，实践证明，改 用mgso47h2o和feso4作为调和剂后可以降低吸湿性，提高耐水性，但其强度较用mgcl2

37、的要低。第2章 实验部分21 原料及要求（1） 镁粉：物理性能如下：比重3.2g/cm2;细度为120目/平方厘米筛上筛余量 1.5；化学成分如下：mgo 81.4；cao 0.5：烧失量 8；（2） 卤块（块状，片状和粒状）：卤块应易溶于水，不容物沉淀0.5；mgcl2 含量46；so42-含量2；nacl2；（3） 植物纤维： 玉米秸秆破碎成115mm的自然状态；（4） 脲醛树脂： 乳白色液体；（5） 有机硅（有机硅酸钠）： 乳液状；（6） 外加剂： 磷酸： 产地：天津市津沽工商实业公司生产 化学成分：h3po485；灼烧残渣 0.2；氯化物 0.0003；硫酸盐 0.003；硝酸盐 0.

38、0005；mn 0.0002；feo 0.002；重金属 0.001 七水合硫酸亚铁：产地：天津石英钟厂霸州市化工分厂生产 化学成分：含量99；杂质含量（）：水不溶物：0.005；磷酸盐：0.0005；氯化物：0.001；氨水不沉淀物（以so4盐计）：0.05；cu:0.002；as:0.0002；zn:0.005；pb:0.002；mn:0.05（7） 超细矿渣： 产地：通化阳光高效混凝土材料责任有限公司。细度为0.08毫米方孔筛上筛余量 3.2。 22 试验过程及参数卤水： 密度1.2 g/cm3,溶解48小时后使用；、模具尺寸：4 cm4 cm16 cm ，自然界状态下养护28天，温度1

39、5，养护到龄期后测试材料的力学性能（抗折和抗压强度），后进行泡水试验。 23实验所用器械 ： kzj600型电动抗折试验机，精度1；万能压力试验机，精度0.2kn； dry300型导热系数测定仪扫描电子显微镜(kyky-2800,北京中科仪器有限公司)第3章 结果与讨论31 材料力学性能测试311秸秆掺量对复合材料力学性能的影响。表31是秸秆掺量对材料力学性能的影响。从图31中可以看出随着秸秆掺量的增加，复合材料的28d抗折强度在一定范围内是有所提高的，这是因为加入的秸秆（破碎成115mm）能与胶凝材料很好的粘结，对材料基体的韧性起到增强的作用；但随着秸秆掺量的增加，体系内没有足够的胶凝材料来

40、包裹它，这样抽出物大量析出，影响了界面的结合强度，所以，当秸秆掺量过大时，抗折强度自然也就会降低；加入秸秆影响基体材料的密实，加之秸秆自身的强度较低，所以材料的28d抗压强度就随着秸秆掺量的增加而降低。但从总整体上看，随着秸秆掺量的增加，复合材料的折压比逐渐增大，柔韧性大大提高。表31 秸秆掺量对材料力学性能的影响秸秆掺量（）28天抗折强度（mpa）28抗压强度（mpa）折压比085047180182880440002059004000023109302769034207751720045图31 秸秆掺量与材料抗折强度的关系图32 秸秆掺量与材料抗压强度的关系图33 秸秆掺量与折压比的关系31

41、2超细矿渣对复合材料力学性能的影响表32是保持秸秆的掺量10，树脂掺量2不变，增加超细矿渣掺量的测试结果.。有实验证明：加入的活性sio2，在氯氧镁浆体中能迅速地与mgo反应，较快地生面具有水硬性的mgsio2而使镁水泥的结构稳定性和耐水性有很大的提高10。所以复合材料的28d抗压和抗折强度都随着矿渣掺量的增加而提高；另一方面，加入的超细矿渣能够填充镁水泥水化过程中形成的孔隙，增加了复合材料的密实度，从而提高了复合材料的强度。但当加入的矿渣过多时，与氯氧镁水泥浆中的mgo反应后剩余的矿渣不会再形成其它具有胶凝性的物质，这样就使复合材料的强度有所降低。表32 矿渣掺量对材料力学性能的影响矿渣掺量

42、（%）28天抗折强度（mpa）28天抗压强度（mpa）折压比0787200003510890225004020980235004230970229044409902150046508751800049图34 矿渣掺量与材料抗折强度的关系图35 矿渣掺量与材料抗压强度的关系图36 矿渣掺量与材料折压比的关系313 脲醛树脂对复合材料力学性能的影响 表34是保持秸秆10和矿渣10用量不变，增加树脂用量的测试结果。由于脲醛树脂与秸秆的粘结强度较高，且与镁水泥的介面结合较致密，所以加入树脂可以提高复合材料的强度是显然的；但是加入过多的胶又会降低其强度，可能的原因是由于胶过多无法粘结，使界面结合受到了影

43、响。表34 树脂掺量对材料性能的影响树脂掺量（）28天抗折强度（mpa）28天抗压强度（mpa）折压比086022600382950240204059201938047109001820050158601750049206501230053图37 树脂掺量与材料抗折强度的关系图38 树脂掺量与材料抗压强度的关系图39 树脂掺量与折压比的关系32吸水率321 秸秆、矿渣、树脂对复合材料吸水性能的影响 测试吸水性能是用材料的吸水率来表示的，是按照以下公式计算的：精确到0.01。 wm=(mb-mg)/mg mg是烘干24小时后的干质量（g）； mb是24小时吸水饱和后的质量（g）； wm吸水率（）

44、表35 秸秆掺量对材料吸水率的影响秸秆掺量（）干燥状态质量mg（g）饱和状态质量mb（g）吸水率wm（）01455156067321400148057151390146557810126513506712010851175829图310 秸秆掺量与吸水性的关系表36 矿渣掺量对材料吸水性能的影响矿渣掺量（）绝干质量 mg（g）吸水饱和质量mb（g）吸水率wm（）01195130087910123013156912012101310826301180126572040124013256855012601335595图311 矿渣掺量与吸水性的关系表37 树脂掺量对复合材料吸水性能的影响树脂掺量（

45、）绝干质量 mg（g）吸水饱和质量mb（g）吸水率wm（）012051395158021195 136013805120013301083101173128598215112512309332011301230885图312 树脂掺量与吸水性的关系33 抗水试验 抗水性用软化系数来衡量，以28天龄期试件在水中浸泡21天龄期试件的湿强度与28天龄期试件的干强度的比值并按照下式计算：精确到0.01 k=fb/fgfb浸水21天龄期试件湿度mpafg自然养护28天龄期试件干强度mpak软化系数表38 矿渣掺量对复合材料抗水性能的影响矿渣掺量（）浸水后强度（mpa）绝干强度 （mpa）软化系数0144

46、0222006510165023500702017302430072301740230007640187021200885017301800096图313是矿渣掺量对材料吸水率的影响。从表38中可以看出，矿渣掺量增加，软化系数提高。实验证明 13 ：富含活性的sio2和al2o3类物质（如工业粉煤灰、矿渣等）有潜在的碱激发活性，可以提高抗水性11。这是由于作为无机外加剂的矿渣中含有活性的sio2和al2o3可以和镁水泥中水化产物反应生成结构稳定的水化硅酸镁、水化铝酸镁，填充在结构中，使得材料的密实度提高，强度提高，结构稳定，抗水性能提高。图313 矿渣掺量与抗水性的关系表39 树脂掺量对复合材

47、料抗水性能的影响树脂掺量（）浸水后强度（mpa）绝干强度 （mpa）软化系数016382262072219702392082516701938085101600182008815156017500902010801170093图314是树脂掺量对材料吸水率的影响。从上表中可以看出，材料中掺加树脂，使得材料的抗水性能提高。实验证明；水溶性或水乳性型的高分子聚合物对氯氧镁水泥的水化无不良影响，在菱镁胶凝材料中自身气硬交联，包裹在晶体外壁形成良好的防水保护层，同时还能堵塞材料内部的毛细通道，提高氯氧镁制品的防潮性 13 。另一方面，由于掺加大量的树脂，材料中存在大量的有机聚合物憎水性物质包裹着秸秆，

48、使秸秆不能与水接触，材料密实度提高，软化系数提高。从而提高材料的抗水性能。 图314 树脂掺量与抗水性的关系34 保温性能材料保温性能用导热系数来衡量，通过导热系数测定仪直接测得材料的导热系数。精确到0.001。从表310中可以看到，随着秸秆掺量的增加，复合材料的导热系数不断降低，即材料的保温性能随秸秆掺量的增加而提高。从秸秆的微观结构中可以看到，秸秆为多孔结构，当其被镁水泥的水化产物包裹后，这些孔隙就被封闭起来，这样的结构无异于其它保温材料的微观结构，所以，加入秸秆同样可以起到保温的作用。表310 秸秆掺量对复合材料保温性能的影响秸秆掺量（%）导热系数（w/mk）00296202473021

49、070181120179150152170139200111图315 秸秆掺量与材料保温性能的关系35 微观分析图316氯氧镁水泥水化产物微观结构吴鑫焱 12 等人指出相3和相5皆为晶体结构，在显微镜下一般呈针杆状，受生长空间不同和外来因素的影响，有时也量颗粒状、纤维状集合体，它们相互交叉搭接成毛毡网状结构，产生较高的机械强度。随着水泥体的硬化，镁水泥石网架状结构中的孔隙不断被反应产生真充密实，其强度不断增加。但是由于相3和相5在结构上属亚稳态，在网状结构中存在着大量热力学不稳定的接触点当暴露天潮湿的空气中时，容易受水的作用而水解，失去强度且出现吸湿返卤现象。图316为本实验改性后镁水泥在扫描电镜下的微观结构，从图中可以看出，经过改性剂改性的镁水泥不再是明显的针状结构，而是彼此交联、结构密实的一个整体。这样的结构显然强度会更高，而且结构会更加稳定。 图317秆纤维与聚酯纤维在基体材料中的形态 图318秸秆纤维与镁水泥界面结合情况从图317中可以看出，在放大130倍的扫描电镜下，秸秆纤维的表面粗糙，甚至是多孔结构，在其表面上可以清楚的看到粘结在上面的水化产物；而放大730倍的聚酯纤维表面的粗糙程度较秸秆纤维差，且表面粘结的水化产物较少。这说明秸秆与基体的结合能力较聚酯纤维强。从图318中看出，秸秆与水泥基体之间结合紧密，几乎难以分辨出它们之间的