廣西建設(shè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院，廣西 南寧 530007

0 前言

硫氧鎂基膠凝材料是將一定濃度的MgSO4溶液與輕燒活性MgO 粉混合攪拌后，凝結(jié)硬化而成的多組分氣硬性無機膠凝材料［1］。硫氧鎂基膠凝材料不僅生產(chǎn)工藝簡單、能耗低、價格低廉，還具有良好的力學(xué)強度，可以同植物纖維、碳纖維、玻璃纖維等摻合使用等優(yōu)點［2］。MgO-MgSO4-H2O 三元體系構(gòu)成的硫氧鎂膠凝材料的主要水化產(chǎn)物是MgX（OH）Y·（SO4）Z·nH2O，相結(jié)構(gòu)形態(tài)一般為顆粒狀、長針狀或纖維狀等，通過堿式硫氧鎂晶體搭聯(lián)生成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)形成力學(xué)鍵。植物纖維作為優(yōu)良的加筋材料，是一種可大量再生的農(nóng)業(yè)資源［3］。大部分植物纖維的主要組分為纖維素、半纖維素、木質(zhì)素，植物纖維的結(jié)構(gòu)緊致，抗拉性能和韌性較強。將植物纖維與硫氧鎂材料混合后，纖維分布方向為多維亂向排列［4］，對于硫氧鎂基膠凝材料的微觀結(jié)構(gòu)有一定的改善作用，通過纖維加筋減少材料中微裂紋的增長發(fā)展，從而改善硫氧鎂材料的力學(xué)強度，賦予植物纖維復(fù)合硫氧鎂材料較好的延展性能。胡玉龍等采用正交試驗設(shè)計的方法［5］，發(fā)現(xiàn)適量植物纖維的摻入可以有效提高混凝土的拉壓比；Soto 等研究了摻加植物纖維砌塊的開裂后性能［6］，結(jié)果發(fā)現(xiàn)由于纖維的存在，纖維通過與水泥基體的粘附而附著在裂縫的表面，從而防止了材料的連續(xù)性喪失。

1 試驗路線

針對硫氧鎂水泥基材料存在的強度偏低、耐水性差和收縮大等不足，本試驗在植物纖維球磨機械活化前后，研究不同摻量球磨活化前后的植物纖維木粉取代活性氧化鎂，制備植物纖維復(fù)合硫氧鎂膠凝材料，并對改性硫氧鎂水泥材料力學(xué)性能的影響進行研究，同時利用 SEM 觀測硫氧鎂水泥水化產(chǎn)物微觀形態(tài)以及纖維與水泥的粘結(jié)界面。主要試驗技術(shù)路線如下圖所示：

圖1 采取的研究路線

2 試驗原材料與方法

2.1 試驗原材料

七水硫酸鎂：化學(xué)成分見表1?；钚匝趸V：經(jīng)水合法測試定其活性為66.72%。木粉：長度0.15～0.30mm，取自廣西防城港。檸檬酸，化學(xué)純。成型膠砂采用ISO 標準砂及飲用水。

表1 七水硫酸鎂化學(xué)成分 %

2.2 樣品制備

（1）植物纖維處理方法：試驗采用機械活化方法對木粉進行預(yù)處理，在外力作用下機械活化后的木粉纖維，顆粒較未處理木粉更加細化，比表面積明顯增大。

（2）硫氧鎂水泥制備方法：將硫氧鎂水泥基材料、植物纖維、ISO 標準砂和拌和水按1：3：0.5 制成膠砂，成型脫模后標準養(yǎng)護一定時間測試力學(xué)性能。

（3）本試驗中內(nèi)摻植物纖維配合比按氧化鎂質(zhì)量百分比計算。分別成型植物纖維木粉不同摻加量為0%、1%、2%、3%、4%的改性硫氧鎂膠凝材料，添加氧化鎂質(zhì)量0.5%的檸檬酸改性劑制備硫氧鎂膠砂試件。試驗選用硫氧鎂試樣基本配合比為MgO：MgSO4·7H2O：H2O=14：1：129（詳見表2）.

表2 單摻木粉的硫氧鎂砂漿膠砂配比 kg/m3

3 結(jié)果及分析

3.1 木粉對硫氧鎂膠凝材料力學(xué)性能的影響

表3 不同摻量木粉對硫氧鎂膠凝材料力學(xué)性能的影響

由表3 可看出，一定摻量范圍內(nèi)，摻入木粉可一定程度上改善提高硫氧鎂膠凝材料抗折強度。當木粉摻量為1.0%時，植物纖維改性硫氧鎂膠凝材料的抗壓強度相對最優(yōu)，此時植物纖維改性硫氧鎂膠凝材料3d 和28 d 的抗壓強度均達最大值57.5MPa和58.7MPa，比未摻膠砂抗折強度提高了4.3%和2.1%。當植物纖維木粉摻量超過3.0%時，試件3d 和28 d 的抗壓強度開始出現(xiàn)明顯的下降趨勢。同時可看出，摻入植物纖維木粉有利于檸檬酸改性硫氧鎂膠砂抗折強度的提高。28 d 齡期試件抗折強度，相對于空白試樣先增大后減小，抗壓強度最大值是當摻入1.0%植物纖維木粉摻量時的11.9 MPa，比未摻的檸檬酸改性硫氧鎂膠砂抗折強度提高了6.3%。當摻量為小于1%時，內(nèi)摻的植物纖維開始分散在硫氧鎂水化產(chǎn)物之間的微小空隙中，這在一定程度上降低了漿體的孔隙率改善了密實度，有利于強度的提高，因而強度有略微增長。隨植物纖維木粉摻量提高，試件抗折強度則出現(xiàn)了下降。植物纖維木粉在硫氧鎂膠凝材料中并不參與相應(yīng)的水化反應(yīng)，也不能提供有效強度，因而導(dǎo)致抗折強度較低。表3 中可以看出，隨著檸檬酸摻量的增大，植物纖維改性硫氧鎂膠凝材料的抗折強度和抗壓強度都有所提高。另外，從由表3 可看出，摻入粉磨機械活化后的植物纖維木粉對提高硫氧鎂膠凝材料抗壓強度和抗折強度無明顯改善作用，抗壓強度和抗折強度較空白試樣均有下降。

3.2 硫氧鎂膠凝材料微觀形貌分析

掃描電鏡是對改性硫氧鎂水泥基材料水化產(chǎn)物進行微觀研究的有效手段。圖2 為摻加4.0%木粉、機械活化木粉硫氧鎂水泥和空白對照組檸檬酸改性硫氧鎂水泥的SEM 圖。由圖2 可發(fā)現(xiàn)，對比空白試樣，摻加木粉及機械活化木粉4.0%的硫氧鎂水泥相對來說結(jié)構(gòu)不如空白試樣致密，在改性硫氧鎂膠凝材料表面有部分裸露出來的植物纖維存在，纖維表面與硫氧鎂膠凝材料水化產(chǎn)物進行搭聯(lián)膠結(jié)和緊密包裹。當植物纖維收到壓力作用或者拉力作用時，可與改性硫氧鎂膠凝材料基質(zhì)之間產(chǎn)生機械咬合作用，從而起到一定的材料內(nèi)加筋強化的作用。因為植物纖維是分散在改性硫氧鎂膠凝材料內(nèi)起作用，因此在1.0%的小摻量下，分散的均勻程度足夠以及分布的方向隨機才可以形成一定強度的多維網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，可以提高硫氧鎂膠凝材料的致密程度，從而提升改性硫氧鎂膠凝材料的力學(xué)性能。但當植物纖維摻量超過1.0%時，過量的植物纖維導(dǎo)致出現(xiàn)了部分纖維結(jié)團甚至外露的現(xiàn)象，從而影響到植物纖維與改性硫氧鎂膠凝材料水化產(chǎn)物的咬合作用，降低粘結(jié)作用，同時植物纖維大量結(jié)團使硫氧鎂膠凝材料的內(nèi)部缺陷增多。

圖2 摻加木粉及機械活化木粉硫氧鎂水泥SEM 圖

4 結(jié)論

一定摻量范圍內(nèi)，摻入植物纖維有助于改性硫氧鎂膠凝材料的3d 和28d 抗壓強度提高。當木粉摻量為1.0%時，檸檬酸改性硫氧鎂膠砂3d 和28d 抗壓強度最好，當植物纖維木粉摻量超過3.0%時，試件28 d 的抗壓強度開始出現(xiàn)明顯的下降趨勢。同時可看出，摻入植物纖維木粉有利于檸檬酸改性硫氧鎂膠砂抗折強度的提高。當木粉摻量為1.0%時，檸檬酸改性硫氧鎂膠砂3d 和28d 抗折強度最好，比未摻的檸檬酸改性硫氧鎂膠砂抗壓強度提高了6.3%。當摻量為小于1.0%時，內(nèi)摻的植物纖維開始分散在硫氧鎂水化產(chǎn)物之間的微小空隙中，一定程度上減少了硫氧鎂水化產(chǎn)物的孔洞提高了致密性，因而強度有略微增長。但植物纖維木粉在硫氧鎂膠凝材料中并不參與相應(yīng)的水化反應(yīng)，也不能提供有效強度，因而摻量增大會導(dǎo)致硫氧鎂膠凝材料抗壓強度較低。