
摘要:为了降低建筑工程的经济成本,稻壳粉、粉煤灰等废渣得到建筑领域的青睐。其中,以稻壳粉和聚丙烯为原材料制备的复合材料具有优秀的综合力学性能,在建筑工程中可满足建筑物混凝土内外部应力承载标准,适用于现代建筑模板加工工艺。该文简要介绍了稻壳粉/聚丙烯复合材料的力学性能和模板性能,为其在建筑工程中的应用提供参考。
关键词:力学性能复合材料建筑模板改性稻壳粉聚丙烯
建筑模板作为常见的临时性支撑和保护结构,其应用可大幅度缩短施工工期,降低建筑的总体成本。根据研究指出,建筑模板的应用可以降低工程造价的31%以上[1],因此,高性能、低成本的模板建筑材料的研发势在必行。建筑模板在成型过程中,需要保持足够的尺寸精确性,以保证混凝土结构的稳定状态,确保满足建筑结构所需的承力要求,保障施工过程中施工人员的安全和建筑质量。传统的建筑模板主要以钢结构为主,虽然钢结构模板的生产简单,性能优异,但钢铁材料的生产过程会耗费大量的能源,且产生的废气、废渣等工业废料对环境有着较大的破坏,同时钢铁材料在服役过程中易受到腐蚀影响,在潮湿地域无法稳定服役。为解决钢模板存在的弊端,1980年我国开始引入胶合板建筑模板模式,由于胶合板的原材料来源广泛、低廉的铸造成本和简单的制备流程,使其迅速取代了钢模板在建筑领域的地位。然而胶合板模板的缺点也十分明显,其一是木材一旦制成建筑模板,很难再重复利用;其二则是木材的使用寿命较短,对森林造成破坏[2]。随着我国对环境保护的重视,胶合板建筑模板逐渐退出市场,随后出现的铝合金等模板材料也由于成本过高也被市场放弃。随着复合材料的发展,以木塑建筑模板为主的复合材料建筑模板开始大量应用,其中,以稻壳粉与聚丙烯为原材料的复合材料不仅可以实现对稻壳粉的回收利用,还有效提高了经济效益。稻壳粉中植物纤维可以很好地取代建筑模板对木材的依赖,对可持续发展具有重要意义[3]。
1、稻壳粉与聚丙烯
1.1 稻壳纤维
稻壳粉与木材的成分相似,含有丰富的纤维素(34%)、半纤维素(16%)和木质素(25%)[4]。虽然不同稻壳粉的成分有着细微的差别,但三种纤维素含量几乎相同,同时稻壳粉中的SiO2可有效提高其耐磨性。研究表明,稻壳粉中的Si含量与其耐磨性成正比[5]。由于稻壳中的纤维为生物纤维,纤维素中葡萄糖带有的大量亲水性质的羟基,使其具有极佳的吸湿性,稻壳纤维在吸收空气中水分之后,会产生溶胀现象,因此吸湿性和溶胀性是稻壳纤维的第一特征。其次,生物纤维在光照、高温或微生物的作用下,会进行缓慢的氧化和裂解,降低纤维材料的力学增强性能。据报导,植物纤维在100℃下可保持稳定,而在100℃以上时植物纤维的稳定性逐步降低,并在高温的环境中,植物纤维的氧化过程伴随着严重的脱水,进而引发纤维的炭化[6]。且稻壳纤维对酸碱极为敏感,当其与酸碱接触后,纤维素会在酸碱的催化下迅速与空气中氧气发生反应,导致纤维性能的急剧下降[7]。
1.2 聚丙烯
聚丙烯是通过丙烯分子聚合而成的线性结构的链烃材料,由于其单体材料为丙烯分子,丙烯分子侧甲基支链的存在使聚丙烯有着三种同分异构体,即等规、间规和无规聚丙烯。聚丙烯材料的性质与聚乙烯相似,但相较于聚乙烯而言,聚丙烯材料的综合力学性能较好,拉伸强度可达30MPa以上,聚丙烯的冲击强度较聚乙烯也有一定的提高,其冲击强度与分子链中同素异构体含量呈反比[8]。除此之外,材料的制备过程对性能也具有较大影响。材料成型过程中材料加载速度和温度直接影响到聚丙烯的结构。当加工温度较高时,成型的聚丙烯材料通常具有较高的韧性。因此,高温环境或者较高的加载速率都可以提高材料的韧性。根据聚丙烯材料在成型过程中的熔体流动性将其成型工艺分为吹塑、注塑和挤出工艺,其中挤出工艺对熔体流动性的要求最低,而注塑工艺对熔体流动性的要求最高。
2、复合材料建筑模板的制备
2.1 稻壳粉的制备与改性
稻壳粉/聚丙烯复合材料的制备过程对稻壳粉的粒径有着严格的要求,一般来说,稻壳粉的粒径直接影响复合材料的结构与性能,粒径过大时会导致材料内部出现微小裂缝,降低材料抗拉强度,而粒径过小时则会导致复合材料中的纤维含量较小,无法保持较高的强度,因此,稻壳粉的粒径需要控制在20~100目之内,最佳粒径在70目左右[9]。原生稻壳粉本身的含水量较高,同时稻壳粉在空气中易吸水,使一般稻壳粉的含水量在10%左右。为了保证稻壳纤维与聚丙烯材料均匀混合,保持最终产品的外观和性能,稻壳纤维含水量需要保持在较低水平,因此稻壳在经历粉碎过程后,仍需在高温(100℃)环境下干燥超过24h使含水率达到2%以下[10]。
值得注意的是,稻壳粉的生物纤维为亲水性质,而聚丙烯的化学特性使其具备较高的亲油性,因此稻壳粉与聚丙烯的相容性较差,即使稻壳粉的粒径控制在合适的尺寸,未经过改性处理的稻壳粉/聚丙烯复合材料的力学性能还达不到建筑模板的性能要求,因此在稻壳粉预处理后,还需要进行改性处理。通过包裹稻壳粉中生物纤维的羟基,降低其亲水性,增强与聚丙烯的相容性,有利于稻壳粉/聚丙烯的制备过程[11]。
2.2 稻壳粉/聚丙烯复合材料的加工与建筑模板的制备
稻壳粉/聚丙烯复合材料的生产过程分为聚丙烯的塑化、混炼和挤出三个步骤,简单来说,就是在机器中将聚丙烯加热至塑化温度(通常在180℃以上)后将改性后的稻壳粉充分混合后挤出成型,但混炼过程的温度需控制精确,过高或过低都会影响复合材料的挤出状态和性能,温度过高会导致稻壳粉的炭化和降解,温度较低则会导致稻壳粉在聚丙烯中的团聚。建筑模板的制备过程则较为简单,在稻壳粉与聚丙烯充分混合后置于模具中,保持塑化温度和一定的压力状态下,利用热压机成型并冷压定型,冷却后出模即得到稻壳粉/聚丙烯建筑模板。稻壳粉/聚丙烯复合材料建筑模板的制备工艺流程如图1所示。
图1 稻壳粉/聚丙烯复合材料建筑模板的制备工艺流程
3、稻壳粉/聚丙烯复合材料力学性能
3.1 稻壳粉/聚丙烯比例与改性对复合材料力学性能的影响
在控制稻壳粉粒径和成型参数一致的情况下,稻壳粉与聚丙烯的占比和改性对复合材料的力学性能也有着很大的影响。根据研究表明[12],当聚丙烯在复合材料中的占比越高,材料的冲击强度和拉伸强度越大,弹性模量则越小。但复合材料静曲强度却在聚丙烯:稻壳粉接近1:1.5时达到最大值,为39.1MPa。这意味着稻壳粉在复合材料的占比需要处于一个合适的比例才能使材料的性能达到最佳。在纤维复合材料中,纤维自身的长径比会提高复合材料在遭受外力时结构的稳定性,同时减少材料内部微裂纹的产生,因此提高材料的强度。但稻壳粉的占比一旦过大,其熔体粘度急剧上升,导致加工过程中稻壳纤维在复合材料中的团聚,破坏材料的结构均匀性,因此一旦材料受力,在纤维团聚处会存在着巨大的应力集中,大幅度降低材料的力学性能。
由于稻壳纤维是植物细胞结构,丰富的纤维素、木质素和果胶使稻壳纤维亲水性极强,而聚丙烯作为典型的有机材料,未改性的稻壳纤维在与聚丙烯的混合过程中容易团聚。季军[12]在研究中指出,改性后的稻壳粉制得的复合材料虽然在静曲强度上有轻微的下降,但其拉伸强度、冲击强度以及弹性模量等参数都有着明显的上升。这可能因为改性过程不仅提高了稻壳粉的亲油性,且降低了稻壳粉边缘的粗糙度,因此稻壳粉与聚丙烯的相容性得到提高。
3.2 稻壳粉/聚丙烯复合材料建筑模板性能
典型的木塑复合材料建筑模板拥有传统木材建筑模板的易加工特点,并且弥补了胶合板易腐烂的缺点。简单来说,稻壳粉/聚丙烯复合材料不仅具有表面光滑、中心发泡的外观特征,并且服役过程中不吸水腐烂,霉变概率低,可热焊加工,建筑模板在使用后还可进行回收。表1总结了文献中木塑复合材料建筑模板的性能,可以看到,作为建筑模板主要性能指标的静曲强度和弹性模量,木塑复合材料建筑模板均超过了传统的发泡塑料模板,同时其拉伸强度等性能也达到了发泡塑料模板的平均性能。然而由于稻壳纤维的吸水特性,木塑复合材料建筑模板的吸水率普遍偏高。总的来说,稻壳粉/聚丙烯复合材料建筑模板不仅达到了传统建筑模板的性能指标,同时具有极大的应用优势,是未来建筑模板的主要发展方向之一[13]。
表1 稻壳粉/聚丙烯复合材料建筑模板材料的性能对比
4、结语
在可持续发展、绿色发展的理念下,传统的建筑模板开始被新型节能环保型建筑材料模板代替。其中,以利用农作物副产品稻壳为原材料制成的稻壳粉/聚丙烯复合材料为主体的建筑模板不仅满足了建筑工程的相关力学性能要求,还具有可回收、防水防霉和可加工性好的优点。因此,稻壳粉/聚丙烯复合材料在建筑工程中的应用可有效降低建筑工程的经济成本,并减小对环境的污染和破坏,具有重要意义。
参考文献:
[1]锁浩,崔升,赵远见,等.废旧聚丙烯再制备用于新型建筑模板的研究进展[J].塑料科技,2017,45(09):108-114.
[2]易长海,田磊.剑麻增强再生塑料复合建筑模板的制备[J].新型建筑材料, 2007,11(3):33-35.
[3]刘淼.稻谷壳/废旧EVA复合材料的制备及性能研究[D].武汉:华中农业大学,2012.
[4]韦亚红,董金华.木塑板材料市场分析与预测[J].林业机械与木工设备, 2008, 36(7):12-15.
[5]黄丽.植物纤维/聚丙烯复合材料结构与性能的研究[D].北京:北京化工大学, 2001.
[6]赵育红.木塑复合材料建筑模板的应用研究[J].塑料科技, 2015, 43(9):47-50.
[7]罗辉.木塑复合材料制备及其在建筑中应用进展[J].工程塑料应用,2017,45(02):133-136.
监理工作是一项多元化的系统工程,它必须对所承担的项目有系统的深入了解,才能做到掌握全局,驾驭自如,及时发现问题,解决问题。下面是小编搜集整理的相关内容的论文,欢迎大家阅读参考。 摘要:我国城市化建设的进程逐渐加快,促使大量的建筑工程在各个城市中施工建设,随着时代的发展进步,人们对于建筑工程的质量以及使用功能的要求也逐渐提高。在建筑工程的施工阶段,想要保证质量符合相关要求的一个重要手段就是采用监理...
农业农村部最新发布的数据显示,今年以来,我国农村消费市场恢复增长,一系列激活农村内需的措施正在持续推进。 今年一季度,农村居民人均可支配收入6131元,实际增长4.8%,高于城镇居民收入增速2.1个百分点。农民收入的增长,进一步拓展了农村消费空间。 在安徽芜湖,这款入门级微型电动车因为增加了针对部分道路狭窄的乡村使用场景的设计,受到农村消费者的欢迎,一个月的销量达到一万辆左右。 2020年7...
世界读书日是属于所有读者的节日。在轰鸣的厂房里、在建筑工地上,有人数十年如一日地坚持着对文学的热爱,他们把阅读的感悟和人生的历练打磨成诗。我们来认识两位热爱阅读与诗歌的普通人,一起走进他们的文学世界。53岁的曹会双是山东莱芜钢厂的一名退休女工,像这样每天读书、写诗,她已经坚持了近三十年,积累下300多万字作品、读书笔记440多本。 山东莱芜矿业有限公司退休女工曹会双:我最喜欢的是《平凡的世界》,...
乳腺癌治疗领域迎来重大突破!近日,两款针对HR+/HER2-晚期乳腺癌患者的新药——药物A和药物B在第Ⅲ期临床试验中展现出令人振奋的疗效。这一进展为长期面临治疗困境的患者群体带来了新的生存希望。改写治疗格局的关键数据第Ⅲ期临床试验结果显示,与现有标准治疗方案相比,药物A和药物B显著延长了患者的无进展生存期(PFS)。具体数据表明,使用这两种新药的患者群体中,肿瘤进展或死亡风险降低了约40%。这相当...
根据广西壮族自治区职称改革工作领导小组办公室关于卫生系列高级职称评审工作的相关要求,结合当前卫生专业技术人才发展需求,现就2025年度卫生系列高级职称评审工作有关事项通知如下:一、评审范围与对象本次评审面向全区医疗卫生机构在职卫生专业技术人员,具体包括两类人员:1.在桂执业人员:在广西区内企事业单位、社会团体中从事医、药、护、技等卫生专业技术工作,且符合《广西壮族自治区卫生系列高级专业技术资格评审...
新中国成立60周年来,我国科技事业蓬勃发展,取得了许多为世界瞩目的成就。尤其在1978年以后,我国的科技事业在经过了十年寒冬后,重新站在了世界科技创新力竞争的起跑线上,我国科技体制改革也逐渐起步,助推新中国科技发展。 我国原有科技体制是在计划经济体制下逐步形成的,其突出特点是科技资源集中在政府所属独立科研院所。这一体制曾在特定的历史时期,为我国经济发展、国防建设和...
1、引言设备、管线等的安装涉及多个专业的互相协调,设计阶段由各个专业独立出图,机电管线的综合布置属于粗放管理,经常给后续的施工带来管线碰撞等的问题[1,2],同时安装质量直接影响到使用者的体验感受,因此传统设备安装技术亟待改进。2、BIM辅助整体预制装配式设备安装技术目前建筑行业机电设备安装过程中的水泵站、制冷机房、消防泵房等管道安装大多采用卡箍连接工艺,工艺较为成熟,与BIM建模技术可以有效联合...
暖通工程包括空调、采暖及通风等系统。安装起来较为复杂。一般是桩基工程结束后就开始暖通安装工程的预埋及预留工作,但绝大部分工作量都是在整个建筑工程的后期进行的。要做好暖通安装工程的施工,必须认真翻阅图纸,联系工程实际做好施工计划,并依据现行规范、设计要求等进行全过程管理控制。通过近几年的施工管理,就暖通安装工程施工中经常遇到的问题进行分析,并提出有益的建议。1施工方法1.1预留预理1)通风预埋、预留...
湖北省武汉市将发展智能建造作为贯彻落实党的二十大精神的重要措施,作为完整准确全面贯彻新发展理念的重要内容和推进建筑产业现代化的重要抓手,以科技创新引领建筑业向工业化、数字化、绿色化转型升级。高位推动科学谋划智能建造新思路湖北省委、省政府领导高度重视智能建造工作,对发展智能建造作出重要批示。武汉市认真贯彻落实住房和城乡建设部以及湖北省委、省政府的工作部署,将“推进全国智能建造试点”工作任务列入202...
代谢相关脂肪性肝炎(MASH)的全球治疗困局代谢相关脂肪性肝炎(MASH)曾被称为非酒精性脂肪性肝炎(NASH),是代谢功能障碍相关脂肪性肝病(MASLD)的晚期阶段。全球约2.5亿人受其影响,且预计到2030年,晚期患者数量将翻倍。MASH的病理特征包括肝脏脂肪堆积、炎症、纤维化,甚至可能进展为肝硬化或肝癌。更严峻的是,约三分之一的超重或肥胖人群可能同时患有MASH,而患者早期症状隐匿,常导致诊...
影响因子:2.297
影响因子:20.441
影响因子:2.184
影响因子:1.094
影响因子:0.000
影响因子:1.090
影响因子:6.172
影响因子:0.000