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竹原纤维的制备工艺优化及其在干粉砂浆中的性能提升研究

一、引言

1.1研究背景与意义

随着现代建筑业的飞速发展，对建筑材料的性能和环保要求日益提高。干粉砂浆作为一种广泛应用的建筑材料，其性能的优化对于提升建筑工程质量、延长建筑物使用寿命至关重要。然而，传统干粉砂浆在某些性能方面存在一定局限性，如抗拉强度不足、抗裂性能欠佳等，这些问题可能导致建筑物出现裂缝、耐久性下降等问题。因此，开发新型高性能干粉砂浆成为建筑材料领域的研究热点之一。

竹原纤维作为一种天然的植物纤维，具有来源丰富、可再生、可降解等显著环保优势。我国竹子资源极为丰富，竹子种类、竹林面积和蓄积量均居世界首位，素有“竹子王国”的美誉，这为竹原纤维的大规模开发和应用提供了坚实的资源基础。同时，竹原纤维还具备一系列优异的性能，如较高的强度和模量、良好的吸湿透气性、天然的抗菌抑菌性等。将竹原纤维应用于干粉砂浆中，有望有效改善干粉砂浆的性能，弥补传统干粉砂浆的不足。一方面，竹原纤维的高强度和高模量特性可以增强干粉砂浆的抗拉强度和抗裂性能，减少裂缝的产生，提高建筑物的结构稳定性和耐久性；另一方面，其吸湿透气性能有助于调节室内湿度，改善室内环境质量；而抗菌抑菌性能则能有效抑制细菌滋生，保障建筑空间的卫生安全。此外，竹原纤维的应用还符合当前绿色建筑和可持续发展的理念，能够减少对环境的负面影响，推动建筑行业朝着更加环保、可持续的方向发展。因此，研究竹原纤维的制备及其在干粉砂浆中的应用具有重要的现实意义和广阔的应用前景。

1.2国内外研究现状

在竹原纤维制备方面，国内外学者已开展了大量研究工作。国内天然竹长纤维的制取方法主要有化学机械法、蒸煮锤击法或碾压开纤法、机械梳解制纤法等传统方法。其中，化学机械法较为常用，通常是先将竹子进行机械处理去除竹皮和竹节，再经过煮沸、漂白等预处理以去除非纤维成分，然后通过高温蒸煮和机械分离等手段将竹材分离成单根竹纤维，形成纤维束。有研究通过实验得出预处理液中H2O2质量浓度3g/L，尿素8g/L；碱处理液中NaOH10g/L、Na2SO32%、Na2SiO32%、蒽醌类复合助剂1%；温度80℃；处理时间3h时，能获得较好的制备效果。国外也在不断探索新的制备技术，力求提高竹原纤维的质量和生产效率。

在竹原纤维于干粉砂浆应用方面，相关研究也取得了一定进展。国内有研究探讨了竹纤维掺量和长度对砂浆工作性、抗折强度、抗压强度和干缩率的影响，结果表明纤维掺量介于0.5-2.0kg/m3时，砂浆的沉入度、表观密度和干缩率随纤维掺量的增加而减少，强度呈先增加后降低的趋势，在掺量为1.5kg/m3时达到最大值；纤维长度介于5-20mm时，随着纤维长度的增加，砂浆的沉入度增大，表观密度减小，强度呈先增大后减小的趋势，在纤维长度为10mm时达到最大值，干缩率呈先减少后增大的趋势，在纤维长度为15mm达到最低值。还有研究通过提取竹原纤维作为干粉砂浆添加剂，来增强砂浆的抗拉、抗裂能力，再辅以建筑垃圾颗粒和脱硫灰，进一步提高干粉砂浆的粘性，制成的干粉砂浆不仅具有较好的粘性，大大降低了砂浆硬化过程中的开裂，而且保水性和抗压力也得到了显著的提高。国外研究也关注到竹原纤维对改善干粉砂浆性能的潜力，但目前在应用技术和机理研究方面仍有待深入。

然而，当前研究仍存在一些不足。在竹原纤维制备工艺上，部分制备方法存在对环境不友好、成本较高、纤维损伤较大等问题，导致制备出的竹原纤维性能不稳定，难以满足大规模工业化生产和高端应用的需求。在竹原纤维于干粉砂浆应用研究中，对竹原纤维与干粉砂浆之间的界面结合机理研究不够深入，这限制了竹原纤维在干粉砂浆中性能优势的充分发挥；此外，针对不同应用场景下竹原纤维干粉砂浆的性能优化和配方设计的系统性研究还较为缺乏。

1.3研究内容与方法

本研究主要内容包括竹原纤维制备方法的研究，旨在探索一种高效、环保、低成本且能保持竹原纤维优良性能的制备工艺；竹原纤维在干粉砂浆中的应用研究，重点分析竹原纤维的掺量、长度等因素对干粉砂浆工作性能、力学性能（如抗压强度、抗折强度等）、耐久性（如抗裂性、抗渗性等）的影响规律；深入探究竹原纤维与干粉砂浆之间的界面结合机理，从微观层面揭示竹原纤维增强干粉砂浆性能的本质原因。

在研究方法上，主要采用实验研究法。通过设计多组对比实验，严格控制变量，分别研究不同制备工艺参数对竹原纤维性能的影响，以及不同竹原纤维参数（掺量、长度等）对干粉砂浆性能的影响。利用先进的材料测试设备，如扫描电子显微镜（SEM）、万能材料试验机等，对竹原纤维和干粉砂浆的微观结构和宏观性能进行精确测试和分析。同时，运用理论分析方法，结合材料科学、力学等相关理论，对实验结果进行深入探讨，揭示竹原纤维在干粉砂浆中的