掺合料对改性镁水泥基生物质建材耐久性的影响
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摘要：本文针对当前镁水泥基生物质建材中秸秆抗老化性能差的问题，通过在镁水泥基生物质建材中掺加粉煤灰、脲醛树脂，测试镁水泥基生物质建材的干湿强度系数，研究粉煤灰与脲醛树脂掺量对镁水泥基生物质建材的耐腐、抗老化性能。
中图分类号：TU528 文献标识码：A文章编号：1006-4311（2011）14-0034-02
Influence of Admixtures on Durability of Biomass Building Materials of Modified Magnesium Cement Base
Ma Xin
（Liaoning Economic Management Cadre Institute，Shenyang 110122，China）
Abstract: In view of the poor straw anti-aging properties of biomass building materials of current magnesium cement base, this article test the dry and wet intensity coefficients of biomass building materials of current magnesium cement base by adding fly ash and urea-formaldehyde resin to study the influence of fly ash and urea-formaldehyde resin on the corrosion resistance, anti-aging properties of biomass building materials of current magnesium cement base.
Key words: biomass building materials；admixture；wet and dry strength；straw；durability
0引言
我国每年产生的农作物秸秆量超过6亿t，目前秸秆利用率较低，大量的秸秆被焚烧，既污染环境又浪费了宝贵的可再生利用资源，有效利用农作物秸秆对发展可循环再生资源有重要意义。与此同时，国家城镇化建设工作的展开，我国每年村镇住宅竣工面积达到6亿平方米以上，将秸秆用作建筑材料具有很大的市场潜力。
我国对于秸秆再生利用的研究很多，由于秸秆表面含有大量的蜡质层和SiO2物质影响胶合，因此，在秸秆板材的生产上通常使用了价格较高的有机胶黏剂，而采用无机胶凝材料处理秸秆，秸秆水泥基复合材料会出现耐久性差、耐腐蚀性差的问题。为保证秸秆在生物质材料中的耐久性，秸秆必需具有较强的耐老化性，为了改善秸秆水泥基复合材料的耐久性、提高抗老化性能，本文将粉煤灰和脲醛树脂（Urea-formaldehyde Resins UF）作为外掺料加入到秸秆水泥基复合材料中，通过改变两种外掺料的掺量，采用湿热交替干湿循环的试验方法，研究不同掺量的外掺料对秸秆水泥基复合材料耐久性能的影响。
1材料及方法
1.1 材料本试验采用辽宁省大石桥市的氯氧镁水泥，MgO含量为75%～85%，沈阳瑞丰化学试剂厂生产的六水氯化镁；砂，采用河砂，属中砂，细度模数约为2.65，级配良好，属Ⅱ区；粉煤灰，选用沈阳沈海发电厂Ⅱ级；采用531脲醛树脂胶；秸秆为沈阳市近郊的一年生玉米秸秆，破碎长度为（10±2）mm，使用前经过烘干。
1.2 试验方法本文镁水泥的配合比为m（MgO）：m（MgCl2）=10：3.5，水灰比为0.6，秸秆掺量为10%，采用5%，10%，15%，20%脲醛树脂包裹秸秆进行预处理，及掺加10%，20%，30%，40%粉煤灰拌合。按照试验《水泥胶砂强度检验方法》GB/T17671―1999规定，采用40mm×40mm×160mm试件。
本文参考标准GB/T 11975―1997《加气混凝土干湿循环试验办法》，对镁水泥基基生物质材料进行人工老化试验，干湿循环性能以干湿强度系数表示，干湿强度系数按下式计算：
K=■×100%
式中：K为干湿强度系数；f■为试块养护28天后干湿循环后抗压强度平均值；f■为试块养护28天后对比组抗压强度平均值。
2试验结果与分析
2.1 循环次数对镁水泥基生物质材料耐久性影响根据标准GB/T 11975―1997《加气混凝土干湿循环试验办法》，本文通过改变湿热交替循环次数，研究镁水泥基生物质建材的耐久性能的变化。基于试验试件的选择，选取的循环次数为5、10、15、20、25。所得实验数据如图1所示。
由图1可以看出，随着干湿循环次数的增加，水泥基生物质建材的干湿强度系数不断降低。当循环次数为10次时，镁水泥基生物质建材的干湿强度系数出现最优值，当循环次数在10-30次时，由于干湿交替次数增加，外界条件人工老化条件增强，秸秆在材料中发生腐蚀、膨胀翘曲等变化，同时镁水泥在干湿交替条件下，晶体结构发生变化，对镁水泥基生物质建材造成不可逆的损坏，镁水泥基生物质建材干湿强度系数曲线斜率明显增加，下降幅度的增大。
2.2 粉煤灰对镁水泥基生物质材料耐久性影响根据试验要求并参考上述分析，选取10次干湿循环次数作为基准，在秸秆镁水泥基生物质材料中分别掺入10%，20%，30%，40%粉煤灰，计算试件的干湿强度系数，试验结果图2所示。由图2可以看出，在粉煤灰0-30%掺量范围内，随着粉煤灰掺量的增加，镁水泥基生物质建筑材料的干湿强度系数不断增长。由图2可知，当粉煤灰掺量为10%-30%时，镁水泥基生物质建材的干湿强度系数增长趋势非常明显，当粉煤灰的掺量达到30%时，镁水泥基生物质建材的干湿强度系数达到最大值92.5%。但是，当粉煤灰掺量超过30%以后，粉煤灰掺量较大，致使氯氧镁水泥含量不足，水化反应受到抑制，水化产物无法聚集，致使镁水泥基生物质建材的干湿强度系数出现下降趋势。
在镁水泥的水化结构中，大量针状3.1.8和5.1.8晶体和纤维状秸秆使材料具有很大的孔隙率，导致水渗入材料内部，造成水泥石结构破坏，秸秆吸水腐烂。另外，粉煤灰在材料中的物理填充和活性化学填充作用，提高镁水泥基生物质建材的密实度，阻塞材料中的毛细通道，提高材料的耐水性。
另外，粉煤灰不仅起填料的作用，活性二氧化硅在氯氧镁水泥中还会发生如下反应：Mg（OH）2+SiO2MgSiO3・H2O
同样活性Al2O3还会生成水化铝酸镁凝胶，填充在水化产物中间，阻塞毛细通道，抑制了外界水份的进入，保护了镁水泥基生物质建材中的秸秆。
2.3 脲醛树脂（UF）对镁水泥基生物质材料耐久性影响分别加入5%，10%，15%，20%脲醛树脂包裹秸秆进行预处理，经10次干湿循环后，测试镁水泥基生物质建材的干湿强度系数，所得数据如图3所示。由图3可知，当UF掺量为0-20%时，镁水泥基生物质建材的干湿强度系数随着UF掺量的增家而增加。随着UF掺量的增加，镁水泥基生物质材料的干湿强度系数从72.5%增长到91.3%，镁水泥基生物质材料耐腐蚀，抗老化性能增强。这是由于秆外面包裹了一层脲醛树脂，使秸秆的孔隙被封闭起来；同时脲醛树脂是水乳型高分子聚合物，对镁质水泥的水化反应无不良作用，而且能自身气硬交联聚合，在镁质水泥硬化过程中包裹在复盐晶体外面形成良好的防水保护层。
同时，脲醛树脂能自身气硬交联聚合，能在镁质水泥硬化过程中包裹在复盐晶体外面形成良好的防水保护层，也使秸秆孔隙被包裹起来，同时在晶体与晶体之间的空隙通道中进行交联以堵塞毛细管道，使外界渗入的水不能与复盐晶体5.1.8结晶相接触发生分解反应，生成强度低的Mg（OH）2，从而保持强度，保护了镁水泥基生物质材料中的秸秆，提高了耐腐蚀抗老化性能。
3结论
3.1 粉煤灰和脲醛树脂可以提高镁水泥基生物质建材的干湿强度系数，增强镁水泥基生物质建材的抗腐蚀、抗老化，提高镁水泥基生物质建材的耐久性。
3.2 当粉煤灰掺量为30%时，镁水泥基生物质建材的干湿强度系数达到最大值92.5%。
3.3 当UF掺量在0-20%范围时，镁水泥基生物质建材的干湿强度系数随着UF掺量的增加而增加，干湿强度系数由72.5%增长到91.3%，镁水泥基生物质建材的耐腐蚀、抗老化性能明显提高。
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