水泥基麥秸碎料復(fù)合材的研究.pdf

1、近年來隨著人們對(duì)木材資源保護(hù)和農(nóng)業(yè)剩余物高效利用的重視，利用麥秸替代木質(zhì)刨花或傳統(tǒng)纖維以制作水泥基復(fù)合材料，正逐漸成為相關(guān)領(lǐng)域的一個(gè)研究趨勢(shì)。本研究以麥秸碎料和硅酸鹽水泥為原料，利用冷壓法工藝流程壓制水泥基麥秸碎料復(fù)合材。
　　憑借SEM和FTIR等分析手段，采用潤濕性(θ-t曲線，擴(kuò)散-滲透系數(shù) K)和水化特性(水化特征值Tmax和t，相適性系數(shù)CA)等評(píng)價(jià)體系，研究了5種預(yù)處理方式（堿液熱浸，熱水蒸煮，纖維素酶降解，木聚糖酶降

2、解，非淀粉多糖酶降解）和3類助劑(CaCl2，Al2(SO4)3，Na2SiO3)對(duì)麥秸化學(xué)組分與生物結(jié)構(gòu)、麥秸-水泥混合體系的相適性和兩相界面膠接性能的影響規(guī)律，進(jìn)而探尋麥秸碎料與水泥漿體的復(fù)合機(jī)理。然后對(duì)麥秸尺寸、水灰比、灰秸比、預(yù)處理方式和助劑種類等工藝參數(shù)進(jìn)行優(yōu)化實(shí)驗(yàn)，使復(fù)合材能夠達(dá)到《JC411/T-2007水泥木屑板》國家建材行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)的要求。通過上述研究得出以下結(jié)論:
　　(1)5種預(yù)處理方式均可以不同程度地使麥秸化學(xué)

3、組分發(fā)生變化，提高麥秸與水泥漿體的相適性，改善麥秸表面的潤濕性，最終提高復(fù)合材的物理性能。其中，非淀粉多糖酶降解和堿液熱浸兩種預(yù)處理方式效果最為顯著。
　　(2)麥秸經(jīng)過1％NaOH溶液熱浸處理后變化如下：①由SEM圖像分析可知:原本光滑的外表面遭到破壞，出現(xiàn)了大量的孔洞和溝槽。內(nèi)表面破損嚴(yán)重，原有的組織結(jié)構(gòu)已經(jīng)部分脫落;②由FTIR圖譜分析可知:在波數(shù)為3500～3300cm-1的范圍內(nèi)，-OH峰值增強(qiáng);在1710～1300cm

4、-1范圍內(nèi)，系列小峰吸收強(qiáng)度明顯增加;在1300～1000cm-1范圍內(nèi)，有機(jī)硅化物O-Si-O基團(tuán)特征峰增強(qiáng);③由θ-t曲線計(jì)算得出擴(kuò)散-滲透系數(shù)K增加約11倍;④由混合體系水化的時(shí)間—溫度曲線計(jì)算得出，525#水泥和425#水泥的Tmax分別提高了20.8℃和8.2℃，t分別縮短了14.5h和18.5h，CA分別增加了45.1％和48.4％;⑤復(fù)合材的MOR、24h MOR、MOE和IB分別提高到9.41MPa、8.07MPa、38

5、79.8MPa和0.41MPa。以上現(xiàn)象說明:NaOH溶液將麥秸外表面的部分蠟質(zhì)層水解成高級(jí)脂肪酸和高級(jí)脂肪醇;NaOH溶液使麥秸中的纖維素、半纖維素和部分木素發(fā)生堿性水解;NaOH溶液與麥秸中的SiO2發(fā)生了反應(yīng)。
　　(3)經(jīng)非淀粉多糖酶處理后變化如下：①由SEM圖像分析可知:麥秸外表面的氣孔均有破裂的跡象，裂痕均呈現(xiàn)字母“Z”的形狀;麥秸內(nèi)表面出現(xiàn)大量的撕裂狀孔洞，孔洞的大小和數(shù)量都比木聚糖酶和纖維素酶單獨(dú)處理時(shí)明顯增多;②

6、FTIR圖譜分析可知:在3500～3300cm-1處，-OH峰以及1710～1300cm-1處的一系列小峰均有大幅度增強(qiáng)，由峰值強(qiáng)度來看其降解效果要好于木聚糖酶和纖維素酶;③由θ-t曲線計(jì)算得出擴(kuò)散-滲透系數(shù)K增加了約2倍;④由混合體系水化的時(shí)間—溫度曲線計(jì)算得出，525#水泥和425#水泥的Tmax分別提高了22.1℃和13.6℃，t分別縮短了16h和19.0h，CA分別增加了53.7％和58.1％;⑤復(fù)合材的MOR、24h MOR、

7、MOE和IB分別提高到10.13MPa、7.79MPa、4012.7MPa和0.45MPa。以上現(xiàn)象說明:非淀粉多糖酶對(duì)麥秸內(nèi)表面降解作用更強(qiáng)，并且對(duì)麥秸外表面有一定化學(xué)作用;此種復(fù)合酶制劑兼有纖維素酶和木聚糖酶雙重降解效果，纖維素酶主要作用于纖維素分子的β-1，4鍵，破壞纖維素的結(jié)構(gòu)，使麥秸中的部分纖維素降解，并產(chǎn)生水溶性低聚糖和葡萄糖;木聚糖酶能夠進(jìn)入次生壁，將麥秸中的木聚糖β-1，3-D-木聚糖單元水解成水溶性木聚寡糖及單糖;纖維

8、素酶削弱了纖維素的高結(jié)晶度對(duì)半纖維素酶降解的影響，促進(jìn)了半纖維素酶的降解作用;另一方面，半纖維素酶可以在一定程度上解除木素與纖維素和半纖維素之間的連接，促進(jìn)纖維素酶對(duì)纖維素的作用;因此纖維素酶和木聚糖酶可以相互促進(jìn)，處理效果優(yōu)于單一酶種。
　　(4)以Tmaxt和CA3個(gè)指標(biāo)所構(gòu)建的評(píng)價(jià)體系來衡量助劑對(duì)混合體系相適性的影響，可知3類助劑均能夠不同程度地使混合體系的Tmax升高、t縮短、CA增大，即對(duì)麥秸和水泥相適性的改善起到一定作

9、用。改善效果由強(qiáng)到弱依次為:CaCl2＞Al2(SO4)3＞Na2SiO3。CaCl2能夠促進(jìn)水泥漿體的水化反應(yīng)，削弱麥秸中阻凝成分對(duì)水泥水化過程的影響，使得水泥漿體和麥秸的相適性顯著提高。加入CaCl2后525#水泥和425#水泥的Tmax分別提高了26.9℃和19.4℃，t分別縮短了17h和20.5h，CA分別增加了52.7％和55.3％。
　　(5)由方差分析可知，麥秸尺寸、水灰比和灰秸比等工藝參數(shù)對(duì)復(fù)合材各項(xiàng)物理性能的影響