稻草纤维增强碱式硫酸镁水泥材料物理与力学性能

发布时间：2020-09-02 13:39

　　本文以碱式硫酸镁水泥为基体材料,以稻草秸秆纤维作为增强材料,制备新型节能的轻质水泥基复合材料。研究分析了稻草秸秆预处理、水泥基体摩尔比、稻草秸秆长度、稻草秸秆掺量和矿渣取代量对稻草纤维增强碱式硫酸镁水泥材料的物理性能、力学性能和抗冻性能的影响规律。在此基础上,通过正交试验,按照复合材料各项性能的重要程度,分清了多个因素对复合材料性能影响程度的主次顺序,并确定了复合材料的最佳配比设计。研究结果表明,采用NaOH溶液对稻草秸秆进行预处理,能有效萃取稻草中的水溶性物质。预处理后秸秆由空心杆状变成扁平状,秸秆表面粗糙,减小萃取液对碱式硫酸镁水泥的缓凝作用,降低了复合材料内部的孔隙率,增强水泥基材料与稻草秸秆的界面粘合力。通过分析原材料组分对复合材料物理力学性能的影响发现:水泥原料中MgO/MgSO_4/H_2O摩尔比为8/1/20,稻草秸秆纤维长度为15mm,复合材料韧性指数最高,同时具有较好的抗弯强度,但其他性能略有降低。随着秸秆掺量增大,复合材料的抗弯强度逐渐降低,但掺量为5%~10%时,其韧性指数提高10%~20%。矿渣取代轻烧氧化镁粉使得复合材料孔隙变大,结构强度降低,复合材料韧性下降,但掺量为15%时,抗冻性能略有提升。根据正交试验结果,确定了复合材料最佳配比设计,即采用质量分数为2%的NaOH溶液对稻草预处理后,水泥原料中MgO/MgSO_4/H_2O摩尔比为8/1/20,矿渣取代量为0%,稻草秸秆掺量为10%,稻草秸秆长度为15mm。在此最优配合比设计条件下,复合材料的体积密度为1.5 g/cm~3,吸水率为8.47%,抗弯破坏强度为21.28MPa,断裂韧性指数为9.64,试样在-20℃条件下经过25次冻融循环后表面完好,且强度保留85%左右,充分达到预期设定指标值,从而论证了利用农作物废弃资源稻草秸秆增强碱式硫酸镁水泥基材料制备轻质复合材料的理论可行性和实际应用价值。
【学位单位】：哈尔滨理工大学
【学位级别】：硕士
【学位年份】：2018
【中图分类】：TQ172.1
【部分图文】：

外观形貌,稻草秸秆

图 2-3 稻草秸秆的外观形貌Figure2-3 Appearance of straw stalk2.3试样制备与养护2.3.1 主要仪器设备（1）电热恒温干燥箱：GZX-DH.600-BS-Ⅱ型，工作温度 50℃~300℃，温度显示精度 0.1℃，控制精度为 0.1℃，上海跃进医疗器械厂生产。（2）电子天平：TP-A500 型，500g 可读量程，0.01g 重复性误差；MP51001型，5100g 最大量程，精确度 0.1g，上海恒平科学仪器有限公司。（3）电子数显卡尺：B217-113 型，最大测量范围 300mm，最大测速 1.5m/s，分度值为 0.01mm，哈尔滨量具刃具集团有限公司。（4）恒温水浴锅：KW 系列，工作温度为室温~100℃，控温精度 0.5℃，上海必尔得仪器实业有限公司。（5）水泥净浆搅拌机：NJ-160A 型，符合《GB/T3350.8-1989 水泥物理检验仪器水泥净浆搅拌机》的技术指标，无锡建议仪器机械有限公司。

注模成型,静置,试样,凝结时间

图 2-4 试样Figure2-4 The prepared tec2.4.2 拌合物工作性能测试（1）凝结时间的测定参照国家标准 GB/T 1346-2011《水检验方法》进行凝结时间测试操作，整沉至距离底板 4±1mm 时，水泥达到初面留下痕迹时，水泥等到终凝状态。（2）流动度的测定参照国家标准 GB/T 2419-2005《水从材料开始加入溶液到试验结束，试样准确性，取浆体底面两个相互垂直方向材料的流动度值。

抗压试验机,抗折

哈尔滨理工大学工程硕士学位论文5 所示，每个龄期的测试都采用三个试样，以保证结果的准确试时，先进行抗折试验，然后将折断且无其他破坏的试样进行抗折强度、抗压强度可直接读取。在确定强度值时，应取同组试，当出现某组值与平均值之差大于 10%，则去掉此值，取剩下为最终试验结果，如果同组试样出现两个及以上数据无效，则效。

【参考文献】