CN109081624B - 一种用于水泥砂浆中竹纤维的制备方法 - Google Patents
一种用于水泥砂浆中竹纤维的制备方法 Download PDFInfo
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Abstract
本发明涉及一种用于水泥砂浆中竹纤维的制备方法,其特征是以新鲜毛竹为主要原材料,通过酸洗、碱煮和柔软处理等方法将毛竹变为的水泥砂浆添加剂纤维。本发明方法制备的竹纤维长度介于16~18mm,直径介于35~39μm,竹纤维的外观形貌与混凝土用的聚丙烯纤维非常接近。本发明比较了掺竹纤维和聚丙烯纤维水泥砂浆成品的抗压强度,掺加了竹纤维水泥砂浆成品的抗压强度略高于掺有的聚丙烯纤维水泥砂浆成品,这表明本发明方法制备的竹纤维是一种良好的增强水泥基材料成品强度的纤维。
Description
技术领域
本发明属于竹纤维化学技术领域,具体涉及一种用于水泥砂浆中竹纤维的制备方法。
背景技术
水泥基复合材料在建筑行业中起着重要作用,为了增强水泥基复合材料的强力性能和耐久性能,可以在水泥基复合材料中掺加纤维。目前,掺加的纤维使用最多的是聚丙烯(PP)纤维,掺加了PP纤维的水泥基复合材料成品后,其强度和耐久性明显提高。
目前,掺纤维增强水泥基材料的研究也较多,中国专利申请号201310386772.9公布了一种喷射型延性PP纤维增强水泥基复合材料及其制备方法,该发明通过在水泥基复合材料中掺加PP纤维,得到PP纤维增强水泥基复合材料成品,该成品具有力学性能稳定,韧性好等优点。何小兵等报道了PP纤维自密实混凝土早期强度特性与断裂性能(华中科技大学学报(自然科学版),2013,41(3):115-121),研究发现,掺加适量的PP纤维后,自密实混凝土的28天抗压强度、劈裂强度和弯曲强度分别提高9%、24%和21%。由此可见,PP纤维对水泥基复合材料成品力学性能的增加有明显优势。PP纤维是一种化学合成的纤维,成本高,其主要原材料为丙烯,丙烯为石油炼制的产品,随着石油的日益减少,急需寻找一种可再生的替代品。
中国竹类资源丰富,栽培利用历史悠久。中国被称为“竹子文明的国度”、“竹子王国”。我国现有竹林面积约670多万公顷,占世界竹林总面积近1/4。竹材的主要成分是纤维素、半纤维素和木质素等,科学、合理、高效地利用这些成分是当前面临的一个难题。其中,纤维素、半纤维素和木质素的分子结构非常稳定,都是制备纤维材料的优异原材料,如:苎麻纤维、大麻纤维等。如果将竹子中的制备纤维的有效成分提取,并将其应用于增强水泥砂浆的添加剂领域,其意义重大。
发明内容
本发明的目的是克服以往技术的不足,提供一种用于水泥砂浆中竹纤维的制备方法。该制备方法成功将毛竹中不利于增强水泥基材料成品强度的成分去除,将有利于增强水泥基材料成品强度的成分保留并制备为竹纤维,该竹纤维可以明显增强水泥基材料成品的强度,具有广阔的应用前景。
本发明所述的一种用于水泥砂浆中竹纤维的制备方法,其特征在于,所述方法包含如下步骤:
(1)原竹的锯片:将原竹进行锯片,将其锯成不规则的原竹小方块,其中,原竹的选用刚刚锯回来的新鲜毛竹,原竹小方块的径向长度为1~5厘米;
(2)酸洗:将步骤(1)处理的原竹纤维的锯片浸入质量浓度为1.5~3g/L的硫酸溶液,加热温度为85~95℃,浸入时间为1~2小时,浴比为1︰30~50;
(3)碱煮:将步骤(2)的竹纤维浸入20~40g/LNaOH溶液,调高温度至110~120℃,浸入时间为3~5小时,浴比为1︰20~30;
(4)柔软处理:将步骤(3)制备的絮状竹纤维浸入浓度为3~5%的柔软剂氨基硅油精Goon8180(东莞市嘉宏有机硅科技有限公司生产),温度设定为40~60℃,时间为3~5小时,浴比为1︰20~30;
(5)竹纤维的清洗:将步骤(4)制备的絮状竹纤维用无水乙醇清洗,然后用自来水清洗,室温自然烘干即可。
本发明具有如下显著特点:
(1)本发明成功将毛竹制备为混凝土添加剂纤维,显著提高了毛竹的价值。
(2)本发明制备的竹纤维的长度介于16~18mm,直径介于35~39μm,竹纤维的外观形貌与PP纤维非常接近。比较了掺竹纤维和PP纤维的水泥砂浆成品在7天和28天的抗压强度,掺加了竹纤维水泥砂浆成品的抗压强度略高于加了PP纤维水泥砂浆成品,这表明,本发明方法制备的竹纤维是一种良好的增强水泥基材料成品强度的纤维。
(3)本发明制备的竹纤维生产工艺简单,生产过程对环境污染小,具有推广价值。
具体实施方式
以下所述实施例详细说明了本发明。
实施例1
(1)原竹的锯片:称取原竹1500克,将原竹进行锯片,将其锯成不规则的原竹小方块,其中,原竹的选用刚刚锯回来的新鲜毛竹,原竹小方块的径向长度为1~3厘米。
(2)酸洗:称取500g步骤(1)处理的原竹纤维的锯片浸入质量浓度为2.0g/L的硫酸溶液,加热温度为88℃,浸入时间为1.5小时,竹纤维质量(g)与溶液体积(mL)的浴比为1︰30。
(3)碱煮:称取300g步骤(2)的竹纤维浸入25g/LNaOH溶液,调高温度至115℃,浸入时间为3小时,竹纤维质量(g)与溶液体积(mL)的浴比为1︰25。
(4)柔软处理:将步骤(3)制备的絮状竹纤维浸入浓度为3%的柔软剂氨基硅油精Goon8180(东莞市嘉宏有机硅科技有限公司生产),温度设定为40℃,时间为3小时,竹纤维质量(g)与溶液体积(mL)的浴比为1︰20。
(5)竹纤维的清洗:将步骤(4)制备的絮状竹纤维用无水乙醇清洗,然后用自来水清洗,室温自然烘干即可得到竹纤维a。
实施例2
(1)原竹的锯片:称取原竹1500克,将原竹进行锯片,将其锯成不规则的原竹小方块,其中,原竹的选用刚刚锯回来的新鲜毛竹,原竹小方块的径向长度为1~2厘米。
(2)酸洗:将步骤(1)处理的原竹纤维的锯片浸入质量浓度为2.5g/L的硫酸溶液,加热温度为90℃,浸入时间为2小时,竹纤维质量(g)与溶液体积(mL)的浴比为1︰40。
(3)碱煮:将步骤(2)的竹纤维浸入35g/LNaOH溶液,调高温度至120℃,浸入时间为5小时,竹纤维质量(g)与溶液体积(mL)的浴比为1︰25。
(4)柔软处理:将步骤(3)制备的絮状竹纤维浸入浓度为4%的柔软剂氨基硅油精Goon8180(东莞市嘉宏有机硅科技有限公司生产),温度设定为55℃,时间为4小时,竹纤维质量(g)与溶液体积(mL)的浴比为1︰25。
(5)竹纤维的清洗:将步骤(4)制备的絮状竹纤维用无水乙醇清洗,然后用自来水清洗,室温自然烘干即可得到竹纤维b。
实施例3
(1)原竹的锯片:称取原竹1500克,将原竹进行锯片,将其锯成不规则的原竹小方块,其中,原竹的选用刚刚锯回来的新鲜毛竹,原竹小方块的径向长度为2~4厘米。
(2)酸洗:将步骤(1)处理的原竹纤维的锯片浸入质量浓度为3g/L的硫酸溶液,加热温度为95℃,浸入时间为2小时,竹纤维质量(g)与溶液体积(mL)的浴比为1︰50。
(3)碱煮:将步骤(2)的竹纤维浸入40g/LNaOH溶液,调高温度至120℃,浸入时间为4小时,竹纤维质量(g)与溶液体积(mL)的浴比为1︰30。
(4)柔软处理:将步骤(3)制备的絮状竹纤维浸入浓度为5%的柔软剂氨基硅油精Goon8180(东莞市嘉宏有机硅科技有限公司生产),温度设定为45℃,时间为5小时,竹纤维质量(g)与溶液体积(mL)的浴比为1︰20~30。
(5)竹纤维的清洗:将步骤(4)制备的絮状竹纤维用无水乙醇清洗,然后用自来水清洗,室温自然烘干即可得到竹纤维c。
实施例4
(1)原竹的锯片:称取原竹1500克,将原竹进行锯片,将其锯成不规则的原竹小方块,其中,原竹的选用刚刚锯回来的新鲜毛竹,原竹小方块的径向长度为3~5厘米。
(2)酸洗:将步骤(1)处理的原竹纤维的锯片浸入质量浓度为1.5g/L的硫酸溶液,加热温度为85℃,浸入时间为1小时,竹纤维质量(g)与溶液体积(mL)的浴比为1︰30。
(3)碱煮:将步骤(2)的竹纤维浸入20g/LNaOH溶液,调高温度至110℃,浸入时间为3小时,竹纤维质量(g)与溶液体积(mL)的浴比为1︰20。
(4)柔软处理:将步骤(3)制备的絮状竹纤维浸入浓度为3%的柔软剂氨基硅油精Goon8180(东莞市嘉宏有机硅科技有限公司生产),温度设定为40℃,时间为3小时,竹纤维质量(g)与溶液体积(mL)的浴比为1︰20。
(5)竹纤维的清洗:将步骤(4)制备的絮状竹纤维用无水乙醇清洗,然后用自来水清洗,室温自然烘干即可得到竹纤维d。
实施例5
(1)原竹的锯片:称取原竹1500克,将原竹进行锯片,将其锯成不规则的原竹小方块,其中,原竹的选用刚刚锯回来的新鲜毛竹,原竹小方块的径向长度为2~4厘米。
(2)酸洗:将步骤(1)处理的原竹纤维的锯片浸入质量浓度为2.5g/L的硫酸溶液,加热温度为90℃,浸入时间为1.5小时,竹纤维质量(g)与溶液体积(mL)的浴比为1︰40。
(3)碱煮:将步骤(2)的竹纤维浸入35g/LNaOH溶液,调高温度至115℃,浸入时间为4小时,竹纤维质量(g)与溶液体积(mL)的浴比为1︰25。
(4)柔软处理:将步骤(3)制备的絮状竹纤维浸入浓度为4%的柔软剂氨基硅油精Goon8180(东莞市嘉宏有机硅科技有限公司生产),温度设定为50℃,时间为4小时,竹纤维质量(g)与溶液体积(mL)的浴比为1︰25。
(5)竹纤维的清洗:将步骤(4)制备的絮状竹纤维用无水乙醇清洗,然后用自来水清洗,室温自然烘干即可得到竹纤维e。
性能评价实例:
对本发明中上述具体实施例1~5制备得到的竹纤维a、b、c、d、e和PP纤维进行长度和细度测试,其中,PP纤维购于淄博隆恩纤维公司,测试方法如下:
长度测定:用普通光学显微镜(XSP-BM型光学显微镜,上海光学仪器厂生产)在40倍的放大倍数下测量纤维长度,测试根数不少于100根,取测试平均值。
细度测定:用普通光学显微镜及纤维细度测试系统(XSP-BM型光学显微镜;SG-1X纤维细度测试系统)在40倍的放大倍数下测量纤维细度(直径),测试根数不少于100根,取测试平均值。竹纤维a、b、c、d、e的长度和细度测试结果如表1所示:
表1实施例1~5竹纤维a、b、c、d、e和PP纤维的长度和细度测试结果
纤维名称 | 长度(mm) | 直径(μm) |
竹纤维a | 16.1 | 37.6 |
竹纤维b | 16.4 | 38.3 |
竹纤维c | 16.3 | 35.8 |
竹纤维d | 16.3 | 37.2 |
竹纤维e | 17.2 | 38.3 |
PP纤维 | 15.2 | 39.9 |
由表1可见,竹纤维a、b、c、d、e的长度介于16~18mm,略高于PP纤维;直径介于35~39μm,略低于PP纤维。从测试的结果来看,本发明制备的竹纤维的外观形貌与PP纤维非常接近。
对本发明中上述具体实例1~5制备得到的竹纤维a、b、c、d、e和PP纤维对水泥砂浆成品强度影响的测试。
水泥砂浆的制备:分别称取400g水泥和1200g砂,掺入1g竹纤维a、b、c、d、e和PP纤维,加入指定掺量的减水剂和一定量的水,控制砂浆稠度为标准稠度,经胶砂搅拌机搅拌后,装入边长40×40×160mm的立方体试模并振动成型,在标准养护箱内养护24h后脱模,脱模后的试件在养护箱(HBY-40B型水泥恒温恒湿标准养护箱,苏州吴县东吴试验仪器有限公司生产)中继续养护至规定龄期(3天、7天、28天)。掺有每种纤维的样品做样20个,测试结果取平均值。
水泥砂浆抗压强度的测试:将养护至规定龄期的水泥砂浆分别用压力试验机测试抗压强度(NYL-300A型数字式压力试验机,无锡双牛建材仪器设备厂生产)。测试结果如表2所示:
表2竹纤维a、b、c、d、e和PP纤维对水泥砂浆抗压强度(MPa)的影响
由表2可见,掺加了竹纤维a、b、c、d、e的水泥砂浆成品在3天时,其强度并没有明显优势;但随着养护时间的增长,在7天和28天时,掺加了竹纤维a、b、c、d、e的水泥砂浆成品的抗压强度略高于掺有的PP纤维水泥砂浆成品。这表明,本发明方法制备的竹纤维是一种良好的增强水泥基材料成品强度的纤维。
Claims (4)
1.一种用于水泥砂浆中竹纤维的制备方法,其特征在于,所述方法包括如下步骤:
(1)原竹的锯片:将原竹进行锯片,将其锯成不规则的原竹小方块,原竹小方块的径向长度为1~5厘米;
(2)酸洗:将步骤(1)处理的原竹纤维的锯片浸入一定浓度的硫酸溶液,加热温度为85~95℃,浸入时间为1~2小时,浴比为1:30~50;
(3)碱煮:将步骤(2)的竹纤维浸入一定浓度的NaOH溶液,调高温度至110~120℃,浸入时间为3~5小时,浴比为1:20~30;
(4)柔软处理:将步骤(3)制备的絮状竹纤维浸入质量分数浓度为3~5%的柔软剂氨基硅油精,温度设定为40~60℃,时间为3~5小时,浴比为1:20~30;
(5)竹纤维的清洗:将步骤(4)制备的絮状竹纤维用无水乙醇清洗,然后用自来水清洗,室温自然烘干即可。
2.根据权利要求1所述的一种用于水泥砂浆中竹纤维的制备方法,其特征是所述的步骤(1)中原竹选用刚刚锯回来的新鲜毛竹。
3.根据权利要求1所述的一种用于水泥砂浆中竹纤维的制备方法,其特征是所述的步骤(2)中硫酸的浓度为1.5~3g/L。
4.根据权利要求1所述的一种用于水泥砂浆中竹纤维的制备方法,其特征是所述的步骤(3)中NaOH溶液的浓度为20~40g/L。
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