[发明专利]一种改性竹纤维增强加气混凝土及其制备方法

说明书

本发明属于纤维增强加气混凝土技术领域，具体涉及一种改性竹纤维增强加气混凝土及其制备方法。采用γ‑缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（KH560）对竹纤维进行改性，制得的的改性竹纤维增强加气混凝土对环境友好，具有很好的物理性能和力学性能，推广应用前景巨大。

技术领域

本发明属于纤维增强加气混凝土技术领域，具体涉及一种改性竹纤维增强加气混凝土及其制备方法。

背景技术

近年来，绿色环保、可持续发展成为墙体材料的研究热点。加气混凝土是一种轻质多孔混凝土，是以钙质材料、硅质材料、发气剂、水等为原料，经混合搅拌、浇筑发气、静停切割、蒸压养护而制成的一种新型墙体材料。使用单一的多孔混凝土材料进行墙体围护即可达到建筑节能65%的要求。由于河砂资源的日益短缺，目前行业内更趋于使用高SiO₂含量的矿物废渣作为硅质材料。花岗岩石材在加工过程中，由于切割、研磨等工艺产生了大量粉末废料，其SiO₂含量高、细度小，是生产加气混凝土的理想材料。然而加气混凝土砌块由于自身多孔特性，易引起空鼓、裂缝、渗漏、脱落等问题，影响了建筑物的感观质量和使用功能，限制了加气混凝土的更多应用。加气混凝土中加入合适的纤维可有效改善上述问题。目前聚丙烯纤维、碳纤维、玻璃纤维、玄武岩纤维在加气混凝土中的应用已有较多的研究，然而这些纤维的掺入也增加了生产成本，限制了其进一步的使用与推广。天然可再生的植物纤维作为复合材料的增强体的研究引起诸多关注。与传统无机纤维相比，天然植物纤维优势在于来源广泛、价格低廉、密度低，且环保、可再生、可生物降解。秸秆、稻草、木纤维等天然植物纤维已应用于加气混凝土，研究结果表明掺加天然植物纤维可以起到增强增韧效果，但是仍存在植物纤维与基体间结合不好等问题。

中国竹林资源丰富，其蓄积量和种类均居世界首位，为制备竹纤维提供了充足的资源。竹原纤维是以绿竹等为原料，采用机械法辅以生物溶剂制备的，保留了竹材的原有组分，制备过程绿色环保，且制备的纤维具有较高的力学性能。CN111072351A公开了水玻璃改性竹纤维的方法，CN104150843A公开了用马来酸酐接枝竹纤维进行酯化处理。水玻璃富含Si-OH，可以与纤维表面的羟基形成化学键合，Si-OH也可参与水泥水化反应，纤维与基体界面之间的机械耦合作用增强，从而提升了纤维与基体的界面粘结。酯化处理是使纤维中的纤维素发生酯化反应生成纤维素酯。使用水玻璃处理和酯化处理的方法对纤维进行处理可以提高纤维与基体之间的界面粘结性，但对复合材料界面粘结强度的提升有限。

目前竹原纤维应用于加气混凝土的研究还未见报道。因此，本发明提出一种花岗岩石粉替代石英砂的水泥-石灰-石粉加气混凝土的制备体系，并在体系中加入不同掺量的竹原纤维；为改善纤维与基体间界面结合，采用γ-缩水甘油醚氧丙基三甲氧基硅烷（KH560），以无水乙二胺为催化剂，对竹纤维进行表面改性，以期改变竹纤维表面化学特性，提高加气混凝土的力学性能。同时，通过系列表征手段，揭示纤维增强增韧加气混凝土的微观机制，为植物纤维在新型绿色墙体材料中的应用提供参考。

发明内容

本发明的目的在于针对现有纤维加气混凝土的不足，提供一种改性竹纤维增强加气混凝土及其制备方法。改性竹纤维增强加气混凝土具有很好的物理性能与力学性能。

为实现上述目的，本发明采用如下技术方案：

改性竹纤维增强加气混凝土复合材料的原料组成：改性竹纤维（长度为3~5mm）用量为加气混凝土干料（水泥、花岗岩石粉、石膏、生石灰）总质量的0.1%~0.5%，KH560用量占竹纤维重量的10%，催化剂无水乙二胺用量占KH560重量的10%，使用无水乙醇配制质量浓度为1%的KH560溶液。

改性竹纤维增强加气混凝土的具体制备步骤如下：