植物纤维混凝土的研究现状与发展前景_周莉.pdf
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1、合成材料老化与应用2023 年第 52 卷第 1 期129植物纤维混凝土的研究现状与发展前景周 莉1,周星中2(1 华地恒工程咨询有限公司,浙江温州 325000;2 广城建设集团有限公司,浙江温州 325000)摘要:将农作物秸秆、稻草等植物纤维作为增强基材加入混凝土中,制备获得植物纤维混凝土,不仅能提高混凝土的性能、降低生产成本,而且有利于环境保护和可持续发展。该文分析了目前国内外的植物纤维混凝土研究现状,从资源与性能两方面总结其具体的发展优势,并指出植物纤维混凝土存在的腐蚀性、吸水效应、应用规范缺失等问题及相应改进措施。关键词:植物纤维;增强混凝土;研究现状;发展优势 中图分类号:TU
2、528.572Research Status and Development Prospect of Plant Fiber ConcreteZHOU Li1,ZHOU Xing-zhong2(1 Huadiheng Engineering Consulting Co.,Ltd.,Wenzhou 325000,Zhejiang,China;2 Guangcheng Construction Group Co.,Ltd.,Wenzhou 325000,Zhejiang,China)Abstract:Adding plant fibers such as crop straw and rice s
3、traw into concrete as reinforcement base materials to prepare plant fi ber concrete can not only improve the performance of concrete,reduce production costs,but also be conducive to environmental protection and sustainable development.The current research status of plant fi ber concrete at home and
4、abroad is analyzed,and its specific development advantages are summarized from the aspects of resources and performance,the existing problems of plant fi ber concrete,such as corrosiveness,water absorption eff ect,lack of application specifi cations,and the corresponding improvement measures are poi
5、nted out.Key words:plant fi ber;reinforced concrete;research status;development advantages随着现代建筑对节能、环保等要求的不断提升,绿色建筑材料得到了推广应用,如植物纤维混凝土及植物纤维混凝土墙体等。在自然界中,植物纤维作为大量存在的一种资源,具有可再生利用、取材便利等特点。按照来源,植物纤维主要包括竹纤维、木纤维及农作物秸秆纤维等,另外还包括麻纤维、棕纤维。我国的高粱杆、麦秆、玉米杆及稻草等农作物秸秆纤维产量丰富,年产量达6.5亿t。尽管植物纤维产量巨大,但只有小部分作为饲料、肥料等得到了利用,其余大多
6、被就地焚烧或掩埋处理,利用率极低,不仅造成资源浪费,也导致了严重的生态环境问题。因此,对废弃秸秆等进行再生利用的研究意义重大1-2。植物纤维混凝土的制备为秸秆的资源化再利用提供了一种方案,其既能节约资源,也利于环保与可持续发展,同时还能积极推动我国“利废经济”“节能减排”等政策的贯彻与落实。1 国内外研究现状1.1 国内研究现状将粉碎的秸秆、稻草等植物纤维作为一种增强基材掺至泥土中的应用案例早在 1400 年前就已存在,该方法能有效提升土坯砖的制作强度。直到现在,我国少数地区仍沿用该工艺3。我国的天然植物纤维资源产量巨大,将植物纤维掺至混凝土中的研究已开始得到关注4-5。在 20 世纪 70
7、年代,钢纤维混凝土在我国逐渐得到关注并研究,至 80 年代已在工程中进行运用,取得了显著的成效。在之后的发展进程中,钢纤维混凝土结构设计与施工规范于 1993 年颁布实施,该针对钢纤维混凝土规范的发布使纤维混凝土的研究与应用得到迅速发展。在植物纤维混凝土研究方面,我国起步较晚。1988年,由我国相关政府部门主办的主题为植物纤维混凝土板的技术座谈会在北京举行,由此开启了我国植物纤维混凝土研究的序幕。之后,植物纤维在水泥基复合材料中的应用制备与性能等得到了较多学者的研究。在 20 世纪 90 年代,抗渗性能优良、成本相对较低的植物纤维水泥复合板相继得以开发报道,如章希胜的防渗屋面板6、邹惟前的碎木
8、复合板7、叶颖薇的竹/椰壳纤维复合板8等。李国忠等9依托植物纤维增强水泥基复合材料,分析了材料含有钢渣时的基体构造与界面状态,通过对植物纤维进行表面处理,发现纤维与树脂结合紧密,形成了牢固的结合层且材料抗水性得到大幅提升,为植物纤维混凝土的研究奠定了基础。当前,我国建筑业正处于发展转型阶段,技术革新作者简介:周莉,本科,高级工程师,主要研究方向:建筑施工技术。DOI:10.16584/ki.issn1671-5381.2023.01.030130周 莉 等 植物纤维混凝土的研究现状与发展前景与低碳节能工作得到大力推进,环保利废型材料逐渐受到青睐,响应可持续发展的相关生产与应用活动方兴未艾。在该
9、背景下,南京水利科学研究院、青岛大学等一些国内院校均积极地展开了植物纤维混凝土的研究工作,如徐辉制备获得植物纤维增强水泥基材料,并研究了不同纤维掺量下的力学性能与腐蚀机理10;倪敬达通过抗裂与劈拉强度试验,研究了黄麻纤维混凝土/砂浆的抗拉性能11。1.2 国外研究现状1910 年,一篇关于短钢纤维增强混凝土的研究报告由美国学者发布,自此纤维混凝土逐渐得到关注。20 世纪 40 年代,英国、法国等发达国家陆续发布有关纤维混凝土的研究成果,但受限于当时的理论研究水平,纤维混凝土的增强机制始终未能得到揭示和合理解释,导致在此后数十年中纤维混凝土发展缓慢。直到1963 年,美国学者率先提出纤维阻裂机理
10、,解释了钢纤维在混凝土微裂纹抑制方面的原理,一举突破了纤维混凝土的发展瓶颈,极大推动了钢纤维混凝土的研究进程12。20 世纪 70 年代,人们加快了对纤维混凝土的研究与应用。纤维混凝土的增强物质不再局限于钢纤维,各种弹性模量类型的纤维均得到研究与介绍,如高弹模的碳纤维、玻璃纤维,低弹模的聚丙烯纤维、植物纤维等。其中,高弹性模量的纤维尽管有助于提升混凝土强度,但整体费用相对偏高,因此价格实惠的低弹性模量纤维成为主要的研究对象,其中就包括来源于自然界且资源丰富的植物纤维。20 世纪 80 年代初,芬兰利用剑麻、稻草等植物纤维充当加筋体,成功制备获得一种轻质、价廉的植物纤维混凝土。同时对该复合材料在
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