玉米秸秆纤维增强粉煤灰地聚合物胶凝材料及其制备方法 [0002] 水泥是一种传统的胶凝材料，为人类经济发展与社会进步做出巨大贡献的同时， 由于其高资源、高能源消耗、高碳排放以及造成的其他严重环境污染，越来越不符合当前 可持续发展战略的要求，因此，目前各国也相继发展新型的绿色胶凝材料。地聚合物材料 (geopolymers)是法国科学家DavidovitsJ.等人在20世纪70年代末发现的一类新型碱激 发胶凝材料，它是利用粘土、粉煤灰、钢渣和矿渣等工业废渣（以铝硅酸盐为主要成分）与 碱性硅酸盐溶液混合，在强碱激发下在20?120°C成型固化生成的一类新的无机聚合物材 料。地聚合物的组成和沸石类似，但结构上呈非晶态或半晶态。特殊的结构使地聚合物材 料具有许多传统材料不可比拟的优势，如高强、早强、耐酸碱、低渗透、低收缩、低膨胀、低导 热、耐高温和耐久性好等优点。因此，地聚合物材料在绿色建筑材料、固封材料、密封材料和 耐高温阻燃材料等方面已显示出巨大的应用前景。 [0003] 但是，像水泥一样，地聚合物材料也表现出脆性、低抗拉强度和易开裂，这些缺陷 限制了地聚合物材料的建筑设计也影响到建筑物的长期耐用性。钢纤维、碳纤维以及玻璃 纤维增强地聚合物材料的研究已经蓬勃开展起来，然而钢筋的锈蚀是影响长期耐用性的主 要原因，并且这些纤维的价格也相对昂贵，增加了地聚合物材料的造价。植物纤维是自然界 最为丰富的天然高分子材料，自然界中每年生长的纤维素总量多达千亿吨。植物纤维的纤 维形态具有长径比大，比强度高，比表面积大等优点。研究开发植物纤维增强地聚合物基复 合材料不仅能够降低地聚合物材料的造价，而且能有利于环保和可持续发展。 [0004] 秸杆纤维是植物纤维的一种，我国农作物秸杆拥有量居世界首位，各类农作物的 秸杆年总产量达6亿多吨，秸杆产量约占全世界秸杆总量的30%左右，其中稻草2. 3亿吨， 玉米杆2. 2亿吨，豆类和秋季杂粮作物秸杆1. 0亿吨，花生和薯类藤蔓、甜菜叶等1. 0亿 吨。据调查，目前我国秸杆利用率约为33%，即全国每年生产的大量秸杆中，约2/3未得到 综合利用，以每年生产秸杆6亿吨计算，其中大约0. 28亿吨用于造纸，1. 13亿吨用作饲料， 1. 08亿吨还田，3. 5亿吨用作燃料或就地荒烧。特别是20世纪80年代以来，在农业主产区， 随着农作物单产提高，秸杆总量迅速增加，而直接作为生活燃料和饲料的比例大幅度减小。 一些农民采取了最简单的处理方式--焚烧和随地堆弃，造成了大气污染、土壤矿化、火灾 事故、堵塞交通、影响村容等大量的社会、经济和生态问题，引起了国家和社会广泛关注。显 然，这样的处理方法在许多地方已成为一种公害。因此，改革传统落后的秸杆利用方式，发 展秸杆循环经济势在必行，如何解决秸杆的合理去向、有效利用问题显得尤为紧迫，全国各 地都在积极探索秸杆循环再利用的新途径、新方法。
[0005] 技术问题：本发明提供一种抗拉强度高、弯曲韧性大的玉米秸杆增强粉煤灰地聚 合物胶凝材料，同时提供一种该地聚合物胶凝材料的制备方法。
[0006] 技术方案：本发明的玉米秸杆纤维增强粉煤灰地聚合物胶凝材料按如下方法制备 得到：
[0007] 首先以粉煤灰为主体原料，采用碱激发剂激发粉煤灰，制备得到混合料，所述碱激 发剂为氢氧化钠和液体状钠水玻璃配制而成，碱激发剂的模数为1. 5,碱激发剂引入的Na20 占粉煤灰的质量百分数为10% ;
[0008] 然后向所述粉煤灰和碱激发剂混合料中添加去除了表面果胶、含水率5?10%的 玉米秸杆纤维，所述玉米秸杆纤维占混合料的质量百分数为1?3%。
[0009] 本发明玉米秸杆纤维增强粉煤灰地聚合物胶凝材料的优选方案中，玉米秸杆纤维 是按照如下方法处理得到的：
[0010] 将玉米秸杆放入烘箱内烘干，经室温晾干后切成2?4cm长段，轻敲玉米秸杆，将 表面的果胶去除，再用1 % NaOH碱液对玉米秸杆进行浸渍处理，处理温度60?80°C，然后 用蒸馏水冲洗，最后在温度80?90°C的烘箱中干燥至含水率5?10%。
[0011] 本发明玉米秸杆纤维增强粉煤灰地聚合物胶凝材料的优选方案中，玉米秸杆纤维 占混合料的质量百分数为2 %。
[0012] 本发明玉米秸杆纤维增强粉煤灰地聚合物胶凝材料的优选方案中，液体状钠水 玻璃的固含量的质量百分比为37. 63 %，液体状钠水玻璃含有质量百分比9. 27 %的Na20， 29. 4%的Si02和61. 9%的的水。
[0013] 本发明的制备上述玉米秸杆纤维增强粉煤灰地聚合物胶凝材料的方法，包括以下 步骤：
[0014] 首先以粉煤灰为主体原料，采用碱激发剂激发粉煤灰，制备得到混合料，碱激发剂 引入的Na 20占粉煤灰的质量百分数为10% ;
[0015] 然后向所述粉煤灰和碱激发剂混合料中添加去除了表面果胶、含水率5?10%的 玉米秸杆纤维，所述玉米秸杆纤维占混合料的质量百分数为1?3%。
[0016] 有益效果：本发明与现有技术相比，具有以下优点：
[0017] 玉米秸杆纤维是天然高分子材料，每年的纤维素产量很大，可以容易获取。而且玉 米秸杆纤维制备工艺简单，天然秸杆纤维仅需要经过简单的机械处理和碱液浸润就可以直 接添加到地聚合物材料中去。相比于钢纤维、碳纤维以及聚丙烯纤维，秸杆纤维的价格更 低，价格比较见表1。从表中可以看出秸杆纤维的价格相对比较廉价，这为降低纤维增强粉 煤灰地聚合物胶凝材料的成本提供了可能。
[0018] 表1纤维价格表（元/t)
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