地质聚合物基稻草纤维复合材料的制备与性能研究

发布时间：2020-06-22 22:20

【摘要】：地质聚合物作为一种广泛用于建筑领域的新型环保材料,其生产工艺与传统水泥相比较具有能耗低、碳排放量少的优点,可充当水泥的优良替代品,是当前材料领域的热点研究之一。为了克服地质聚合物的脆性缺陷,以常见的农林剩余物稻草秸秆作为增强增韧材料,矿渣和偏高岭土为胶凝材料,改性水玻璃为碱激发剂,采用半干法工艺分别制备了矿渣基地聚物纤维板和矿渣-偏高岭土基地聚物纤维板。本文借助正交试验和单因素分析探究了地聚物植物纤维板的最优制备条件,测试了板材的力学性能、耐水性、耐高温和抗冻性,同时通过SEM探究地聚物-植物纤维板的增强机理。现研究结果如下:(1)通过研究偏高岭土与15种农林剩余物纤维的相适性实验,探究了不同植物纤维对于最高地质聚合温度(T_(max))、到达最高地质聚合温度所需的时间(t_(max))、抑制系数(I)、相适性系数(C_A)的影响。结果表明:所有的植物纤维都对地质聚合反应产生了抑制作用,然而所有纤维的相适性系数均大于93%,说明偏高岭土基地质聚合与所有植物纤维均具有良好的相适性。此外,从整体而言木质纤维比非木质纤维具有更好的相适性。与水泥相比,无需引入任何添加剂,地聚物与植物纤维的相适性更好。因此,这些植物纤维具有十分良好的应用前景。(2)通过正交实验和单因素实验得出矿渣基地聚物纤维板的最优制备参数为A_3B_2C_2,即水玻璃模数为1.9、水胶比为0.4、纤维含量为12%。最优养护温度为40℃,养护期龄为7d,板材的静曲强度最高为10.2MPa,内结合强度为1.6MPa,握螺钉力强度为2098N。通过24h浸水实验可知,板材的吸水率为4.2%,吸水厚度膨胀率为3.2%,静曲强度损失率为10.12%,基本达到了GB/T 24312-2009《水泥刨花板》要求的优等品标准。(3)通过单因素实验得出矿渣-偏高岭土基地聚物纤维板的最优制备参数为水胶比0.4、纤维含量12%、水玻璃模数1.9、偏高岭土掺入量15%。最优养护温度为40℃,养护期龄为7d,板材的静曲强度最高为10.0MPa,内结合强度为1.2MPa,握螺钉力强度为2022N。通过24h浸水实验可知,板材的吸水率为3.1%,吸水厚度膨胀率为1.28%,静曲强度损失率为8.78%,基本达到了《水泥刨花板》GB/T 24312-2009优等品的要求。(4)热重分析的结果表明,两种地聚物纤维板都具有优异的耐高温性能,并且其热重曲线都十分相似。当温度在200℃~660℃时,为板材中结合水的离去,同时植物纤维出现碳化;当温度到了大约660℃时,基体当中的C-S-H凝胶才开始分解。(5)50次冻融循环实验的结果表明,地聚物纤维板具有良好的抗冻性,冻融循环后的板材外观依旧保持完整。通过分析冻融前、后的板材断面的SEM图可知,适量地掺入植物纤维有助于板材的增强和增韧,同时偏高岭土的引入使得基体凝胶变得光滑紧密,这有助于提高板材的抗冻性。(6)XRD和FTIR的测试结果表明,植物纤维与基体凝胶之间的结合属于物理结合,而非化学键合。
【学位授予单位】：南宁师范大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2019
【分类号】：TB332;TU599
【图文】：

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【参考文献】