【摘要】：建筑行業(yè)的高速發(fā)展也給資源和環(huán)境帶來(lái)了一系列影響,開發(fā)和使用可持續(xù)發(fā)展的綠色建筑材料成為了建筑行業(yè)必要的選擇。植物纖維具有豐富的、可再生、可回收、價(jià)格低廉等特性,在代替人工合成纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料方面有著巨大的潛力,因此使用植物纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料得到了更多人的關(guān)注與研究。然而,植物纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料還有許多待解決的問(wèn)題:植物纖維與水泥基體粘合效果不佳、復(fù)合材料的力學(xué)性能不佳等。在納米技術(shù)興起的今天,研究者對(duì)這些問(wèn)題有了新的想法,將植物纖維制成植物納米纖維素,希望通過(guò)納米材料的特性,給水泥基復(fù)合材料的性能帶來(lái)新的改善。本文將以植物納米纖維素以及植物纖維水泥基復(fù)合材料為研究對(duì)象,通過(guò)對(duì)纖維預(yù)處理、復(fù)合材料制備、復(fù)合材料強(qiáng)度測(cè)試、復(fù)合材料加速老化破壞等試驗(yàn),研究植物纖維、植物納米纖維素對(duì)水泥基復(fù)合材料性能的影響并對(duì)其作用機(jī)理進(jìn)行分析,主要的研究?jī)?nèi)容如下:(1)以小麥秸稈纖維水泥基復(fù)合材料為研究對(duì)象,通過(guò)對(duì)小麥秸稈進(jìn)行兩種不同方式的預(yù)處理,將經(jīng)過(guò)預(yù)處理前后的秸稈纖維以摻量5-20%加到水泥基復(fù)合材料中。研究了預(yù)處理前后秸稈纖維的質(zhì)量損失率及吸水率,復(fù)合材料的力學(xué)性能及吸水率。結(jié)果表明,通過(guò)預(yù)處理能去除部分秸稈纖維中的物質(zhì),經(jīng)過(guò)4%氫氧化鈉溶液處理的秸稈纖維有最大的秸稈損失率36.15%和吸水率1.67%。此外,通過(guò)此方法預(yù)處理得到的秸稈纖維復(fù)合材料在相同摻量時(shí),它們的力學(xué)性能比未處理、常溫冷水處理的秸稈復(fù)合材料的力學(xué)性能都要高。摻量5%被氫氧化鈉溶液處理的秸稈纖維復(fù)合材料中有最好的抗壓強(qiáng)度9.77MPa,抗折強(qiáng)度2.62MPa,最低的吸水率9.32%,說(shuō)明預(yù)處理可以有效處理掉秸稈纖維表面的蠟質(zhì)層,析出部分影響水泥水化的物質(zhì),有利于纖維與水泥基體的粘合。同時(shí)發(fā)現(xiàn),添加秸稈纖維后復(fù)合材料的韌性有所提高,但是力學(xué)性能卻有一定程度的下降,預(yù)處理能改善這種情況。(2)以納米纖維素水泥基復(fù)合材料為研究對(duì)象,通過(guò)對(duì)納米纖維素進(jìn)行不同方式的分散,將摻量0.025-0.3%的納米纖維素加入水泥基復(fù)合材料中,研究復(fù)合材料的力學(xué)性能、耐久性。結(jié)果表明,采用高速均質(zhì)攪拌機(jī)分散能夠有效分散均勻納米纖維素;納米纖維素明顯地降低了水泥砂漿的流動(dòng)度;較少的納米纖維素能增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)性能,但是過(guò)量的納米纖維素會(huì)發(fā)生團(tuán)聚現(xiàn)象,反而對(duì)復(fù)合材料力學(xué)性能產(chǎn)生不利影響。摻量0.075%納米纖維素復(fù)合材料的抗壓強(qiáng)度增強(qiáng)效果最好,提高了28.17%,達(dá)到38.86Mpa;納米纖維素對(duì)復(fù)合材料抗折強(qiáng)度的增強(qiáng)最明顯,摻量0.1%納米纖維素復(fù)合材料的抗折強(qiáng)度增強(qiáng)效果最好,提高了55.69%,達(dá)到9.17MPa。然而納米纖維素對(duì)復(fù)合材料的耐久性沒有改善。(3)研究納米纖維素在水泥基復(fù)合材料中的作用機(jī)理。納米纖維素在水泥砂漿中大部分吸附在水泥顆粒表面,少部分以游離態(tài)的形式存在;納米纖維素有高比表面積,表面富含羧基基團(tuán),極易容易對(duì)水泥顆粒和水分子產(chǎn)生吸附力,使得水泥砂漿流動(dòng)度降低及延緩水泥早期水化,但是也對(duì)水泥水化產(chǎn)物的吸附粘結(jié)作用加強(qiáng),增強(qiáng)材料宏觀上的力學(xué)強(qiáng)度。綜上所述,秸稈纖維能夠明顯改善復(fù)合材料的韌性,同時(shí)減輕材料的質(zhì)量,但是不能增強(qiáng)復(fù)合材料的力學(xué)性能。而納米纖維素納米材料能夠明顯改善水泥基復(fù)合材料的抗壓、抗折強(qiáng)度和吸水率,降低水泥砂漿流動(dòng)度,延緩水泥早期水化。未來(lái)植物纖維的兩種形態(tài)材料在建筑材料領(lǐng)域均有具大的潛力,合理利用可在實(shí)際工程中發(fā)揮它的作用。
【圖文】：

技術(shù)路線圖

圖 2-1 NFC 凝膠，，NFC 凝膠 SEM 圖像，NFC 粉體的 SEM 圖像Fig.2-1 NFC gel, SEM image of NFC gel, SEM image of NFC powder2.1.3 細(xì)集料本試驗(yàn)使用的細(xì)集料為普通河沙，使用烘箱烘干后過(guò) 5mm 篩備用。2.1.4 減水劑本試驗(yàn)中使用的減水劑是上海臣啟化工科技有限公司生產(chǎn)的聚羧酸粉體減水劑，試驗(yàn)中按照水泥的百分比摻入使用。2.1.5 小麥秸稈試驗(yàn)中使用的小麥秸稈產(chǎn)自江蘇連云港，使用前需要先處理并用粉粹機(jī)打碎。
【學(xué)位授予單位】：西南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號(hào)】：TU528

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2711129