一种利用二氧化碳预处理锯末的方法

摘要

本发明公开了一种利用二氧化碳预处理锯末的方法。本发明的方法包括：(1)碱处理：将锯末置于容器中，加入碱溶液浸泡，滤出，清洗；(2)加钙处理：将碱处理后的锯末置于容器中，加入氢氧化钙或钙盐溶液并混合均匀；(3)碳化处理：将经加钙处理后的锯末置于密闭的碳化箱或反应釜中进行碳化处理，碳化处理至所加钙源完全碳化。本发明能够有效降低锯末的吸水率，减缓锯末对水泥水化的延缓作用，提高锯末水泥基复合材料的性能。

说明书

技术领域：

本发明涉及一种利用二氧化碳预处理锯末的方法，属于建筑材料生产技术领域。

背景技术：

锯末作为工业生产的副产物，价格低廉、取材方便。将其应用于水泥基复合材料中，既实现了资源的有效利用，又降低了水泥基复合材料的生产成本。并在降低水泥基复合材料比重的同时，提高了其保温性能和隔声性能。

但锯末具有高的孔隙率，且纤维素、半纤维素含有大量的羟基，致使锯末的吸水率很高。过多的水分会使水泥基体产生大量的连通孔，不仅会降低水泥基材料的力学性能，还会降低水泥基复合材料的耐久性。并且，锯末的主要成分为纤维素、半纤维素、木质素，还包括脂肪、蜡等物质，这些物质在水泥浆体的碱性环境中会降解为单糖、蔗糖、葡萄糖和木糖等糖类物质，从而延缓水泥的水化反应，影响水泥基复合材料的强度发展。锯末长时间处于水泥基体的高碱性环境中，会进一步降解，从而影响水泥基复合材料的强度和耐久性。

为改善锯末对水泥基复合材料的不利影响，众多研究者采用预处理的方式改善锯末的性能。其中，常用的预处理方法是将锯末浸泡在碱溶液中，改善锯末与水泥基体的相容性。但碱处理对锯末的吸水率降低有限，且对水泥基复合材料的强度提高也有限。而将碱处理后的锯末进行加钙碳化，不仅能降低锯末的吸水率，还能改善锯末与水泥基体的界面过渡区。目前尚未见有关于碱处理后再加钙碳化锯末的报道。

发明内容

本发明的目的是提供一种利用二氧化碳预处理锯末的方法，能够有效降低锯末的吸水率，减缓锯末对水泥水化的延缓作用，提高锯末水泥基复合材料的性能。

上述的目的通过以下技术方案实现：

一种利用二氧化碳预处理锯末的方法，该方法包括以下步骤：

(1)碱处理：将锯末置于容器中，加入碱溶液浸泡，滤出，清洗；

(2)加钙处理：将碱处理后的锯末置于容器中，加入氢氧化钙或钙盐溶液并混合均匀；

(3)碳化处理：将经加钙处理后的锯末置于密闭的碳化箱或反应釜中进行碳化处理，碳化处理至所加钙源完全碳化。

进一步的，步骤(1)中，所述碱溶液为氢氧化钠溶液、氢氧化钙溶液、氢氧化钾溶液中一种或几种溶液的混合。

进一步的，所述氢氧化钙溶液为氢氧化钙的过饱和溶液，所述氢氧化钠溶液、氢氧化钾溶液的质量浓度为0.1～5％。

进一步的，步骤(1)中，锯末在碱溶液中的浸泡时间为6～24小时，碱溶液的温度为20～60℃。

进一步的，步骤(1)中，碱溶液浸泡后的锯末用自来水清洗，清洗至滤液呈中性，并干燥至恒重。

进一步的，步骤(2)中，所述钙盐为氯化钙或硝酸钙。

进一步的，步骤(2)中，所述氢氧化钙或钙盐与锯末和水的重量比为：氢氧化钙或钙盐:锯末:水＝0-40:100:50-200。

进一步的，步骤(2)中，先将氢氧化钙或钙盐与水混合成氢氧化钙溶液或钙盐溶液，再将锯末与氢氧化钙溶液或钙盐溶液混合。

进一步的，步骤(3)中，碳化处理时的相对湿度为30～70％。

进一步的，步骤(3)中，碳化处理时的二氧化碳浓度为30～100％。

进一步的，步骤(3)中，碳化处理时的温度为15～60℃。

进一步的，步骤(3)中，碳化处理时的气体压力为0.1～1.5MPa。

进一步的，步骤(3)中，所加钙源完全碳化的检验方法为：将一定量的加钙碳化后的锯末在一定量的去离子水中浸泡2h，滤出锯末，利用EDTA滴定法测定滤液中的钙离子含量。当滤液中的钙离子的物质的量与锯末的质量的比值不大于0.01mol/kg时，即认为所加钙源完全碳化。

有益效果：

本发明通过碱处理部分分解锯末中的半纤维素、木质素等物质，并溶出、洗去锯末中延缓水泥水化的成分，提高锯末与水泥基体的相容性；

本发明利用锯末吸水率大、吸附性强的原理，通过加钙处理向锯末中引入钙离子，提高锯末中的可碳化钙的含量；

本发明二氧化碳与锯末中的钙离子发生化学反应，生成碳酸钙，碳酸钙阻塞锯末的孔隙或包裹锯末，降低锯末的吸水率，提高锯末与水泥基体的粘结性能，并减小水泥基体的碱性环境对锯末的不利影响。

本发明的方法处理后的锯末与未进行预处理的锯末相比，利用二氧化碳预处理后的锯末具有更小的吸水率，对水泥水化的延缓作用大大减小，能够有效提高水泥基复合材料的强度，改善水泥基复合材料的耐久性。

附图说明

图1为实施例1中未处理锯末放大2000倍的SEM形貌图。

图2为实施例1中碱处理锯末放大3000倍的SEM形貌图。

图3为实施例1中碳化处理锯末放大3000倍的SEM形貌图。

图4为实施例1中碳化处理锯末放大1000倍的SEM形貌图。

图5为实施例1中碳化处理锯末上碳化产物的EDS能谱。

具体实施方式

下面结合具体实施方式，进一步阐明本发明，应理解下述具体实施方式仅用于说明本发明而不用于限制本发明的范围。

实施例1：

一种利用二氧化碳预处理锯末的方法，包括以下步骤：

(1)碱处理：将锯末在温度为20℃、质量分数为0.25％的氢氧化钠溶液中浸泡24h，然后滤出，并用自来水清洗，直至清洗液呈中性。清洗后的锯末在60℃下干燥至恒重；

(2)加钙处理：将碱处理后的锯末与氢氧化钙和水按下列重量比混合并搅拌均匀：氢氧化钙:锯末:水＝10:100:100；

(3)碳化处理：将加钙处理后的锯末置于密闭的碳化箱中，控制温度为25℃、相对湿度为50％、压力为0.1MPa，二氧化碳浓度为100％，碳化处理至所加钙源完全碳化。碳化后的锯末在60℃下干燥至恒重。

将未处理锯末、碱处理锯末和碳化处理锯末用SEM进行形貌表征：

图1为未处理锯末放大2000倍的SEM形貌图，从图中可以看出：未处理锯末虽然表面粗糙，但含有较多碎木屑，不利于锯末与水泥基体的结合。

图2为碱处理锯末放大3000倍的SEM形貌图，从图中可以看出：碱处理锯末表面洁净，但较为粗糙，有利于提高锯末与水泥基体的粘结能力。

图3为碳化处理锯末放大3000倍的SEM形貌图，从图中可以看出：碳化处理锯末的表面沉积了大量的碳酸钙颗粒，即碳酸钙颗粒包裹在锯末表层，能够降低锯末的吸水率，强化锯末与水泥基体的界面过渡区。

图4为碳化处理锯末放大1000倍的SEM形貌图，从图中可以看出：碳化处理时生成的碳酸钙颗粒能够沉积在锯末的孔隙中，阻塞锯末的孔隙，从而减小锯末的吸水率。

图5为碳化处理锯末时锯末表面碳化产物的EDS能谱，该图表明：碳化处理所得的碳化产物为碳酸钙。

以上SEM形貌图和EDS能谱说明了本实施例的有效性，也表明了利用二氧化碳预处理锯末的可行性。

实施例2：

一种利用二氧化碳预处理锯末的方法，包括以下步骤：

(1)碱处理：将锯末在温度为20℃、质量分数为0.25％的氢氧化钙过饱和溶液中浸泡24h，然后滤出，并用自来水清洗，直至清洗液呈中性。清洗后的锯末在60℃下干燥至恒重；

(2)加钙处理：将碱处理后的锯末与氢氧化钙和水按下列重量比混合并搅拌均匀：氢氧化钙:锯末:水＝5:100:50；

(3)碳化处理：将加钙处理后的锯末置于密闭的碳化箱中，控制温度为15℃、相对湿度为30％、压力为0.1MPa，二氧化碳浓度为30％，碳化处理至完全碳化。碳化后的锯末在60℃下干燥至恒重。

实施例3：

一种利用二氧化碳预处理锯末的方法，包括以下步骤：

(1)碱处理：将锯末在温度为40℃、质量分数为5％的氢氧化钠溶液中浸泡6h，然后滤出，并用自来水清洗，直至清洗液呈中性。清洗后的锯末在60℃下干燥至恒重；

(2)加钙处理：将碱处理后的锯末与硝酸钙和水按下列重量比混合并搅拌均匀：硝酸钙:锯末:水＝40:100:200；

(3)碳化处理：将加钙处理后的锯末置于密闭的反应釜中，控制温度为25℃、相对湿度为50％、压力为1.5MPa，二氧化碳浓度为100％，碳化处理至所加钙源完全碳化。碳化后的锯末在60℃下干燥至恒重。

实施例4：

一种利用二氧化碳预处理锯末的方法，包括以下步骤：

(1)碱处理：将锯末在温度为60℃、质量分数为1％的氢氧化钠溶液中浸泡12h，然后滤出，并用自来水清洗，直至清洗液呈中性。清洗后的锯末在60℃下干燥至恒重；

(2)加钙处理：将碱处理后的锯末与硝酸钙和水按下列重量比混合并搅拌均匀：硝酸钙:锯末:水＝20:100:150；

(3)碳化处理：将加钙处理后的锯末置于密闭的碳化箱中，控制温度为25℃、相对湿度为70％、压力为0.1MPa，二氧化碳浓度为70％，碳化处理至所加钙源完全碳化。碳化后的锯末在60℃下干燥至恒重。

实施例5：

一种利用二氧化碳预处理锯末的方法，包括以下步骤：

(1)碱处理：将锯末在温度为20℃、质量分数为5％的氢氧化钠溶液中浸泡6h，然后滤出，并用自来水清洗，直至清洗液呈中性。清洗后的锯末在60℃下干燥至恒重；

(2)加钙处理：将碱处理后的锯末与硝酸钙和水按下列重量比混合并搅拌均匀：硝酸钙:锯末:水＝30:100:200；

(3)碳化处理：将加钙处理后的锯末置于密闭的反应釜中，控制温度为25℃、相对湿度为70％、压力为1MPa，二氧化碳浓度为100％，碳化处理至所加钙源完全碳化。碳化后的锯末在60℃下干燥至恒重。

实施例6：

一种利用二氧化碳预处理锯末的方法，包括以下步骤：

(1)碱处理：将锯末在温度为20℃、质量分数为0.25％的氢氧化钠溶液中浸泡24h，然后滤出，并用自来水清洗，直至清洗液呈中性。清洗后的锯末在60℃下干燥至恒重；

(2)加钙处理：将碱处理后的锯末与氢氧化钙和水按下列重量比混合并搅拌均匀：氢氧化钙:锯末:水＝0:100:100；

(3)碳化处理：将加钙处理后的锯末置于密闭的碳化箱中，控制温度为25℃、相对湿度为50％、压力为0.1MPa，二氧化碳浓度为100％，碳化处理至所加钙源完全碳化。碳化后的锯末在60℃下干燥至恒重。

将实施例1、实施例2、实施例3、实施例4、实施例5及实施例6所得的锯末分别用于制备锯末水泥基复合材料，制备方法如下：参照JGJ/T 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》成型锯末水泥基复合材料，所述锯末水泥基复合材料由下列重量份数的原料组成：P.O 42.5硅酸盐水泥1200份；锯末200份；聚羧酸高效减水剂12份。调节用水量，控制锯末水泥基复合材料的稠度为(80±5)mm。

对比例1

将未处理锯末用于制备锯末水泥基复合材料，制备方法如下：参照JGJ/T 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》成型锯末水泥基复合材料，所述锯末水泥基复合材料由下列体积份数的原料组成：P.O 42.5硅酸盐水泥100份；锯末300份。聚羧酸高效减水剂的掺量为水泥质量的1％。调节用水量，控制锯末水泥基复合材料的稠度为(80±5)mm。

对比例2

将锯末在温度为20℃、质量分数为0.25％的氢氧化钠溶液中浸泡24h，然后滤出，并用自来水清洗，直至清洗液呈中性。清洗后的锯末在60℃下干燥至恒重，用于制备锯末水泥基复合材料，制备方法如下：参照JGJ/T 70-2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》成型锯末水泥基复合材料，所述锯末水泥基复合材料由下列体积份数的原料组成：P.O 42.5硅酸盐水泥100份；锯末300份。聚羧酸高效减水剂的掺量为水泥质量的1％。调节用水量，控制锯末水泥基复合材料的稠度为(80±5)mm。

结果表明，二氧化碳预处理后的锯末能显著改善水泥基复合材料的性能，如表1所示。

表1锯末水泥基复合材料性能

应当指出，上述实施实例仅仅是为清楚地说明所作的举例，而并非对实施方式的限定，这里无需也无法对所有的实施方式予以穷举。本实施例中未明确的各组成部分均可用现有技术加以实现。对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。