【摘 要】
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脱硫建筑石膏具有轻质、成本低、加工性好以及绿色环保等优点,是广受青睐的绿色建筑材料。然而,纯石膏存在强度低、易吸水、韧性差等缺点,难以满足建筑方面的诸多要求。针对石膏存在的缺陷可采用掺加纤维的方式进行改性,纤维通过抑制裂纹的扩展和桥接裂缝等方式来发挥对材料的增强增韧作用。纤维按照来源可分为人工纤维和天然纤维。面对人造纤维在生产过程中带来的能源消耗和环境污染等问题,具有原料来源广、无污染和可自然降解
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脱硫建筑石膏具有轻质、成本低、加工性好以及绿色环保等优点,是广受青睐的绿色建筑材料。然而,纯石膏存在强度低、易吸水、韧性差等缺点,难以满足建筑方面的诸多要求。针对石膏存在的缺陷可采用掺加纤维的方式进行改性,纤维通过抑制裂纹的扩展和桥接裂缝等方式来发挥对材料的增强增韧作用。纤维按照来源可分为人工纤维和天然纤维。面对人造纤维在生产过程中带来的能源消耗和环境污染等问题,具有原料来源广、无污染和可自然降解等优异特性的植物纤维可发挥比较优势部分地取代人造纤维用于石膏增强。本文选用了成本低廉、力学性能较好（相比其他植物纤维）的黄麻纤维用于脱硫建筑石膏的改性增强。本文的研究内容主要包括:1)使用不同的纤维分散方法,探究纤维分散方式对黄麻纤维在石膏中的分散性以及黄麻纤维增强石膏性能的影响;2)采用不同的改性试剂对黄麻纤维进行表面处理,并探究了纤维表面改性对黄麻纤维/黄麻纤维增强石膏的性能和对纤维与石膏间界面结合的影响;3)将黄麻纤维与玻璃纤维、PVA纤维和碳酸钙晶须混合掺加,探究不同种类的混掺纤维对石膏性能的影响。石膏的流动性和凝结时间随黄麻纤维掺量的增大而逐渐降低。黄麻纤维增强石膏的吸水率主要取决于石膏自身的性质。采用高速搅拌分散法的黄麻纤维增强石膏拥有最高的力学强度。黄麻纤维对石膏饱水强度的影响较小。场发射扫描电镜（FESEM）对纤维增强石膏试样的观察结果表明,高速搅拌法是本文中最有效的纤维分散方法。对黄麻纤维进行表面处理能够改善纤维与基体间的界面结合。Na OH溶液能够降低黄麻纤维的吸水率,增大纤维表面粗糙度,Na OH溶液的最佳浓度为0.5mol/L。KH550偶联剂改性后的黄麻纤维接触角从0增加到130.56°,由亲水性纤维转变为疏水材料。KH550改性黄麻纤维和纳米Si O2改性黄麻纤维会降低石膏的流动度和凝结时间,但Na OH改性黄麻纤维在掺量超过0.9wt%后会大幅延长石膏的凝结时间。改性黄麻纤维对石膏抗折强度的提升效果好于原黄麻纤维,但当改性纤维掺量较高时会降低石膏的抗压性能,其中Na OH改性黄麻纤维还会让石膏基体呈现碱性,使得石膏力学强度的下降更为明显。不同类型的改性黄麻纤维与石膏基体的界面结合好坏依次为:Na OH/KH550改性黄麻纤维＞纳米Si O2改性黄麻纤维＞原黄麻纤维。相比黄麻纤维,掺入玻璃纤维和黄麻-玻璃混掺纤维的石膏具有更好的流动性和更长的凝结时间。玻璃纤维对石膏抗折强度的增强效果好于黄麻纤维,12mm长的玻璃纤维能使石膏试样拥有更高的抗折强度,但高掺量的12mm玻璃纤维会使石膏的抗压强度出现较大的降幅;由黄麻纤维+0.3wt%掺量的12mm玻璃纤维组成的混合纤维能够在减少玻璃纤维用量的情况下有效提升石膏复合材料的抗折/抗压强度;当石膏中黄麻-玻璃混掺纤维的掺量为1.5wt%时,玻璃纤维的掺量越高、长度越长,石膏的抗折强度就越高,但掺量过高或过长的玻璃纤维会对石膏的抗压强度产生显著的负面影响。PVA纤维、黄麻-PVA混掺纤维对石膏流动性、凝结时间的降低作用强于黄麻纤维。低掺量的PVA纤维能够提升石膏的力学性能,但过多的PVA纤维会降低石膏复合材料的抗折/抗压强度;当黄麻-PVA混掺纤维的组成为0.6wt%掺量的黄麻纤维+0.9wt%掺量的PVA纤维时,石膏的抗折强度和抗压强度取得最大值。碳酸钙晶须对石膏浆料的流动度和凝结时间的降低作用不及黄麻纤维。相比黄麻纤维和碳酸钙晶须,黄麻纤维-碳酸钙晶须混掺纤维对石膏复合材料的力学强度并不存在进一步的提升。FESEM的观察结果表明,较低掺量的玻璃纤维、PVA纤维在石膏中的分散性较好,但当纤维掺量较高时会在基体中出现成束、弯曲等现象,PVA纤维在石膏中的缠绕、成团现象更加明显;玻璃纤维、PVA纤维在石膏基体中的失效模式分别为断裂失效和断裂失效/弯曲形变失效。碳酸钙晶须与二水石膏晶体在FESEM图像中难以区分。黄麻纤维表面结合了更多的石膏晶体,在石膏中的失效形式主要表现为断裂失效。掺入玻璃纤维、碳酸钙晶须的石膏浆料流动性较好,黄麻纤维对石膏流动性存在一定降低作用,过多的PVA纤维会造成石膏试块的成型困难。不同纤维对石膏的增强增韧效果依次为:12mm玻璃纤维＞6mm玻璃纤维＞PVA纤维＞黄麻纤维＞碳酸钙晶须。
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