CN110082375A - 一种定量表征植物纤维矿化程度的方法 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种定量表征植物纤维矿化程度的方法，包括以下步骤：S1、对天然植物纤维进行前处理；S2、将天然植物纤维穿入泡沫薄板中；S3、泡沫薄板放入装有饱和氢氧化钙溶液的容器中；S4、将S3的容器放置于防潮柜中，固定时间后取出，贴着泡沫板将置于空气部分的天然植物纤维剪断，做好标记，进行微观测试。本发明可通过测试置于空气部分植物纤维中氢氧化钙晶体含量定量表征植物纤维的矿化程度。该测试方法操作简单，实验周期短，同时可避免植物纤维表面沉积的水化产物对实验结果的干扰。
Description
技术领域
本发明涉及定量表征植物纤维在模拟水泥浆体孔溶液中矿化程度的方法，属于建筑材料技术领域。
背景技术
混凝土因原料易得、抗压强度高等优点被广泛应用，但它具有抗拉强度低、韧性差、易开裂等缺点。纤维对水泥基材料的开裂有很好的控制作用，可在一定程度上改善其脆性特质。目前，应用于水泥基复合材料的纤维主要包括：钢纤维、碳纤维、玻璃纤维、合成纤维等。合成纤维较高的生产成本增加了工程造价，生产过程中能源消耗与废气排放也不利于环境保护与可持续发展。天然植物纤维来源广泛、价格低廉、环境友好，且具有与合成纤维相媲美的拉伸强度和弹性模量。以植物纤维代替人工合成纤维增强水泥基复合材料，不仅能降低成本，而且具有良好的生态效应，符合发展循环经济的重大战略。
然而，水化产物氢氧化钙扩散至纤维内腔并结晶，使其失去柔性而僵化，导致纤维抗拉强度与变形能力下降，逐渐丧失增韧作用，这个过程称为纤维矿化。为降低水化产物对植物纤维的矿化，研究者通过化学或物理手段对植物纤维进行表面改性后，需要对改性后的天然植物纤维进行矿化程度表征，以验证改性方法的有效性，更好地利用植物纤维。
植物纤维矿化是“耐久性”的一个体现，目前测试方法可总结为三种：1)将植物纤维全浸泡在氢氧化钙溶液里，一年后取样测试；2)将植物纤维掺入混凝土中，自然风化一年，将植物纤维抽取出来进行测试；3)将植物纤维掺入混凝土中，对试样进行干湿循环加速老化，经过30～50个干湿循环后将植物纤维抽取出来进行测试。以上测试存在实验周期长、工作量大等缺点。此外，由于受到植物纤维表面沉积氢氧化钙晶体或其他水化产物(如水化硅酸钙、水化铝酸钙、钙矾石等)的干扰，不能精确表征扩散至植物纤维内腔起矿化作用的氢氧化钙的含量。因此，需要开发一种简单易行且更精确的定量表征植物纤维在水泥基体中矿化程度的方法。
发明内容
为解决现有技术中表征植物纤维矿化程度的实验周期长、工作量大、不精确的缺陷，本发明提供一种简单易行且定量表征植物纤维矿化程度的方法。
一种定量表征植物纤维矿化程度的方法，包括以下步骤：
S1、对天然植物纤维进行前处理；
S2、将前处理的天然植物纤维穿入泡沫薄板中；
S3、将S2中的泡沫薄板放入装有饱和氢氧化钙溶液的容器中，使泡沫板下侧的天然植物纤维浸入饱和氢氧化钙溶液溶液，泡沫板上侧的天然植物纤维置于空气中；
S4、将S3的容器放置于防潮柜中，固定时间后取出，贴着泡沫板将置于空气部分的天然植物纤维剪断，做好标记，进行微观测试。
进一步的，S1中前处理包括：将植物纤维进行裁剪、用清水洗净植物纤维表面的杂物和将水洗过的天然植物纤维烘干。优选的，S1中植物纤维的裁剪长度≥10cm。
进一步的，S1中，将水洗过的天然植物纤维进行鼓风干燥，干燥温度为60～80℃,直至植物纤维质量不再变化为止。
进一步的，S2中，所述泡沫薄板的厚度≤5mm。
进一步的，S3中调整植物纤维的位置，使泡沫薄板两侧的天然植物纤维长度相等。
进一步的，S4中，设置防潮柜的相对湿度为≤30％，温度为室温。优选的，S4中，分别再第3d、第7d和第28d进行微观测试。优选的，S4中，所述的微观测试包括：扫描电子显微镜、X射线衍射和热重测试。
进一步的，S4中，采用扫描电子显微镜对剪断截面进行分析，观察氢氧化钙含量和分布；并将置于空气部分的植物纤维剪碎成粉末，过60目筛，进行X射线衍射和热重测试，定量分析氢氧化钙含量。
目前的测试方法或是将植物纤维全浸泡于氢氧化钙溶液中，或是与水泥复合制成混凝土试块，经自然风化或人工加速老化后再将植物纤维取出来进行检测，这些方法实验周期长，误差大。本发明的“半浸泡”法，简单易操作，且能精确测试进入纤维内腔的氢氧化钙含量。不管用哪种方法，都是对植物纤维进行扫描电子显微镜、X射线衍射、热重分析求得氢氧化钙含量。本发明的“半浸泡”法还可以获得植物纤维剪断的截面氢氧化钙含量和分布的实验数据。
有益效果：本发明将植物纤维半浸泡于饱和氢氧化钙溶液中，置于空气部分的天然植物纤维在相对湿度较低的环境中不断蒸发内部水分，使浸入饱和氢氧化钙溶液中的天然植物纤维不断吸水，与此同时，钙离子迁移至植物纤维内腔，随着水分子不断向上迁移。因此，可通过测试置于空气部分植物纤维中氢氧化钙晶体含量定量表征植物纤维的矿化程度。该测试方法操作简单，实验周期短，同时可避免植物纤维表面沉积的水化产物对实验结果的干扰。此外，本发明的“半浸泡”法的优点是周期短，7天后，置于空气部分的天然植物纤维已有明显的氢氧化钙结晶，可剪断取样进行测试，且简化工作量。
附图说明
附图用来提供对本发明的进一步理解，并且构成说明书的一部分，与本发明的实施例一起用于解释本发明，并不构成对本发明的限制。在附图中：
图1：本发明实施例中使用的装置的结构示意图；
其中，1、剑麻纤维；2、泡沫薄板；3、饱和氢氧化钙溶液溶液；4、容器。
具体实施方式
以下结合附图对本发明的优选实施例进行说明，应当理解，此处所描述的优选实施例仅用于说明和解释本发明，并不用于限定本发明。
实施例
本实施例以剑麻纤维为例，测试剑麻纤维的矿化程度，具体步骤如下：
(1)剑麻纤维前处理：将天然剑麻纤维裁剪成长度为10cm的短纤维，用清水洗表面的泥砂和碎屑，在鼓风干燥机中60℃烘干24h，然后每隔1小时测量一次质量，继续烘干，至直质量不再减少时停止烘干。
(2)将裁剪好的剑麻纤维用针穿入厚度为5mm的泡沫薄板中，调整剑麻纤维的位置，使在泡沫上侧的天然植物纤维长度为5cm。
(3)将步骤(2)的泡沫板放入盛满饱和氢氧化钙溶液的容器中，边角用胶带固定，使泡沫薄板下侧的剑麻纤维浸入饱和氢氧化钙溶液中，泡沫板上侧的剑麻纤维置于空气中。
(4)将步骤3的装置放置于电子防潮柜中，分别在3d、7d、28d后沿着泡沫板剪断50根纤维，在置于空气部分纤维的顶端贴上标签进行标注。最后进行扫描电子显微镜、X射线衍射和热重测试，定量表征该部分氢氧化钙含量与分布。
最后应说明的是：以上所述仅为本发明的优选实施例而已，并不用于限制本发明，尽管参照前述实施例对本发明进行了详细的说明，对于本领域的技术人员来说，其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换。凡在本发明的精神和原则之内，所作的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。
Claims (10)
1.一种定量表征植物纤维矿化程度的方法，其特征在于，包括以下步骤：
S1、对天然植物纤维进行前处理；
S2、将前处理的天然植物纤维穿入泡沫薄板中；
S3、将S2中的泡沫薄板放入装有饱和氢氧化钙溶液的容器中，使泡沫板下侧的天然植物纤维浸入饱和氢氧化钙溶液溶液，泡沫板上侧的天然植物纤维置于空气中；
S4、将S3的容器放置于防潮柜中，固定时间后取出，贴着泡沫板将置于空气部分的天然植物纤维剪断，做好标记，进行微观测试。
2.根据权利要求1所述的定量表征植物纤维矿化程度的方法，其特征在于：S1中前处理包括：将植物纤维进行裁剪、用清水洗净植物纤维表面的杂物和将水洗过的天然植物纤维烘干。
3.根据权利要求2所述的定量表征植物纤维矿化程度的方法，其特征在于：S1中植物纤维的裁剪长度≥10cm。
4.根据权利要求2所述的定量表征植物纤维矿化程度的方法，其特征在于：S1中，将水洗过的天然植物纤维进行鼓风干燥，干燥温度为60～80℃,直至植物纤维质量不再变化为止。
5.根据权利要求1所述的定量表征植物纤维矿化程度的方法，其特征在于：S2中，所述泡沫薄板的厚度≤5mm。
6.根据权利要求1所述的定量表征植物纤维矿化程度的方法，其特征在于：S3中调整植物纤维的位置，使泡沫薄板两侧的天然植物纤维长度相等。
7.根据权利要求1所述的定量表征植物纤维矿化程度的方法，其特征在于：S4中，防潮柜的相对湿度≤30％，温度为室温。
8.根据权利要求1所述的定量表征植物纤维矿化程度的方法，其特征在于：S4中，分别再第3d、第7d和第28d进行微观测试。
9.根据权利要求1所述的定量表征植物纤维矿化程度的方法，其特征在于：S4中，所述的微观测试包括：扫描电子显微镜、X射线衍射和热重测试。
10.根据权利要求1所述的定量表征植物纤维矿化程度的方法，其特征在于：S4中，采用扫描电子显微镜对剪断截面进行分析，观察氢氧化钙含量和分布；并将置于空气部分的天然植物纤维剪碎成粉末，过60目筛，进行X射线衍射和热重测试，定量分析氢氧化钙含量。
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Cited By (3)
| Publication number | Priority date | Publication date | Assignee | Title |
|---|---|---|---|---|
| CN112903685A (zh) * | 2021-03-12 | 2021-06-04 | 常州工学院 | 一种测试植物纤维体积稳定性的方法 |
| CN113049382A (zh) * | 2021-03-12 | 2021-06-29 | 常州工学院 | 一种原位表征植物纤维在水泥基体环境中性能退化的方法 |
| CN113987847A (zh) * | 2021-12-28 | 2022-01-28 | 矿冶科技集团有限公司 | 浮选泡沫矿化程度计算方法、装置及电子设备 |
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