外加剂对生物质建材物理力学性能影响的研究

论文摘要

近年来,全球范围内的环境恶化迫切的要求人类改变现在的生产和和生活方式,保护环境。这就需要开发新的资源、能源,建立长期的绿色发展机制。由此,生物质材料开始逐渐的走入人们的视线,生物质材料技术得到了迅速发展。农作物剩余物——秸秆是我国丰富的可再生物质资源之一,年产量超过6亿吨。秸秆可再生周期短,可贮藏性等特点。与此同时,国家资源能源政策不断进行调整,秸秆的传统利用方式已不适合新的发展形势,出现了区域性、季节性、结构性的秸秆过剩的问题,甚至还有部分地区仍存在违规焚烧的问题,秸秆资源的合理化应用成为一个亟需解决的问题。目前,世界范围内将秸秆用作建筑材料不到20%,并且多数是与胶黏剂、废弃塑料等制作成为胶合板等,对于秸秆与硅酸盐水泥等无机胶凝材料的复合研究比较少。由于秸秆的组织成分和结构类型的特殊性,秸秆溶出物在无机胶凝材料水化反应时会影响胶凝材料的水化凝结,同时在秸秆表面会形成不良的界面粘结区域,造成秸秆与胶凝材料复合材料性能的不稳定。现在国内外学者主要工作集中在秸秆的预处理上面,通过物理处理、接枝共聚、生物酶等方式,改变秸秆的组织结构,改善秸秆与胶凝材料的相适共容性,但是这种单方面的改性方式并不能完全解决秸秆的界面相容性问题。本文通过在水泥基生物质建材分别掺加包裹类外加剂及早强促凝类外加剂,分析外加剂掺量对水泥基生物质建材性能的影响,研究外加剂对水泥基生物质建材改性的可行性,实现利用外加剂改善水泥基生物质建材相适性、力学性能、耐久性能的目的,为秸秆生物质复合材料的深入研究提供理论基础。本文通过在水泥基生物质建材分别掺加包裹类外加剂及早强促凝类外加剂,研究了外加剂对水泥基生物质建材相适性的影响。研究结果表明,掺加外加剂可以提高水泥基生物质建材最高水化温度,缩短达到最高水化温度的时间,提高水泥基生物质建材相容性系数。相容性系数CA随在包裹类外加剂掺量增加而增加;早强促凝类外加剂CaCl2对水泥基生物质建材早强促凝效果最好,当CaCl2掺量为8%时,Tmax为46℃、CA为86.11%。本文通过在水泥基生物质建材分别掺加包裹类外加剂及早强促凝类外加剂,研究了包裹类外加剂与早强促凝类外加剂对水泥基生物质建材抗折强度、抗压强度的影响。研究结果表明,通过掺加两类外加剂,减弱秸秆对水泥水化的缓凝,提高了水泥基生物质建材的强度。掺加包裹类水玻璃的水泥基生物质建材的早期强度优于掺加包裹类外加剂PVAc,而掺加PVAc的水泥基生物质建材的后期强度优于掺加水玻璃,28d抗压强度从5.5MPa增加到10.30MPa;掺加早强促凝类外加剂的水泥基生物质建材早期强度增长率达到300%以上,秸秆生物质建材28d抗压强度随着早强促凝类外加剂掺量的增加呈现不同程度的增长趋势。本文通过对掺加包裹类外加剂与早强促凝类外加剂对水泥基生物质建材的耐水抗老化性能影响的研究发现,两类外加剂均提高了水泥基生物质建材防腐耐久性能。当包裹类外加剂PVAc掺量为50%时,秸秆生物质建筑材料的软化系数为0.96,吸水率为0.087,干湿强度系数为0.921,效果最好;掺加早强促凝类外加剂后的秸秆生物质建筑材料的软化系数从0.46增加到0.90,吸水率从0.155降低为0.106,干湿强度系数从0.725增加到0.885。本文通过对外加剂复掺发现,当CaCl2掺量为6%,FeCl3掺量为3%,Al2(SO4)3掺量为4%,PVAc掺量为45%时,秸秆生物质建筑材料的抗压强度为14.11MPa,软化系数为0.955,干湿强度系数为0.928,达到墙体材料使用要求,为最优外加剂配合比,实现了利用水泥基生物质建材作为建筑材料合理化使用的目的。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 课题背景与意义
• 1.2 国内外研究现状及发展趋势
• 1.2.1 国外研究现状及发展趋势
• 1.2.2 国内研究现状及发展趋势
• 1.3 存在问题
• 1.4 研究内容
• 第二章 原材料及试验方法
• 2.1 原材料
• 2.1.1 秸秆
• 2.1.2 胶凝材料
• 2.1.3 外加剂
• 2.2 试验方法
• 2.2.1 试验设备
• 2.2.2 性能测试
• 2.2.3 相适性评价方法
• 2.2.4 试验方案
• 第三章 外加剂对秸秆水泥混合体系相适性影响的研究
• 3.1 包裹类外加剂对相适性的影响
• 3.1.1 秸秆对混合体系相适性的影响
• 3.1.2 PVAc 对混合体系相适性的影响
• 3.1.3 水玻璃对混合体系相适性的影响
• 3.2 早强促凝外加剂对秸秆水泥混合体系相适性的影响
• 2 对混合体系相适性的影响'>3.2.1 CaCl₂对混合体系相适性的影响
• 3 对混合体系相适性的影响'>3.2.2 FeCl₃对混合体系相适性的影响
• 2（SO₄）₃ 对混合体系相适性的影响'>3.2.3 Al₂（SO₄）₃对混合体系相适性的影响
• 3.3 本章小结
• 第四章 外加剂对水泥基生物质建材力学性能的影响
• 4.1 包裹类外加剂对水泥基生物质建材强度的影响
• 4.1.1 水玻璃对强度的影响
• 4.1.2 PVAc 对强度的影响
• 4.1.3 生物质建材微观结构分析
• 4.2 早强促凝外加剂对水泥基生物质建材强度影响
• 2 对强度的影响'>4.2.1 CaCl₂对强度的影响
• 3 对强度的影响'>4.2.2 FeCl₃对强度的影响
• 2（SO₄）₃ 对强度的影响'>4.2.3 Al₂（SO₄）₃对强度的影响
• 4.3 本章小结
• 第五章 外加剂对水泥基生物质建材耐水性能的影响
• 5.1 包裹外加剂对生物质建材吸水率、软化系数的影响
• 5.2 促凝早强外加剂对生物质建材吸水率、软化系数的影响
• 5.3 外加剂对水泥基生物质建材干湿强度系数的影响
• 5.3.1 干湿循环次数对干湿强度系数的影响
• 5.3.2 包裹类外加剂对干湿强度系数的影响
• 5.3.3 促凝早强类外加剂对干湿强度系数的影响
• 5.4 本章小结
• 第六章 外加剂配合比优化设计
• 6.1 试验方案及结果
• 6.2 极差、方差分析
• 6.2.1 软化系数方差分析
• 6.2.2 干湿强度系数方差分析
• 6.2.3 抗压强度方差分析
• 6.3 本章小结
• 第七章 结论
• 参考文献
• 作者简介
• 作者在攻读硕士学位期间发表的学术论文
• 作者在攻读硕士学位期间参与的科研项目
• 作者在攻读硕士学位期间获得的科技成果奖励
• 致谢