全 文 ：浙 江 林 学 院 学 报　2004 , 21(1):1 ～ 5
Journal of Zhejiang Forestry College
　　文章编号:1000-5692(2004)01-0001-05
收稿日期:2003-10-22;修回日期:2003-12-24
基金项目:“九五” 浙江省科学技术厅重点资助项目(96210265)
作者简介:俞友明(1969-), 男 , 浙江武义人 , 讲师 , 从事木材和木质复合材料研究。 E-mail:yuyouming@zjfc.edu.cn
雷竹-水泥混合物的水化特性研究
俞友明1 , 2 , 余学军3 , 於琼花4 , 傅深渊2 , 姜志宏2
(1.南京林业大学 木材工业学院 , 江苏 南京 210037;2 , 浙江林学院 工程学院 , 浙江 临安 311300;
3.浙江林学院 生命科学学院 , 浙江 临安 311300;4.浙江省临安市林业局 , 浙江 临安 311300)
摘要:用测定雷竹-水泥-水系统水化热的方法 , 研究了雷竹 Phyllostachys praecox 与水泥的相
适应性 , 并以阻凝系数与适合系数来评定其相适应性 。结果表明:①雷竹对水泥的水化过程
有很大的阻碍作用 , 对 2种水泥的阻凝系数均为∞;适合系数均小于 68%。 ②化学助剂能
明显地改善雷竹与水泥的相适应性 , 从选择的 4种化学助剂来看 , 其作用效果依次为 CaCl2
>BaCl2>NaCl>Na2SiO3 。 ③预处理可明显改善雷竹与水泥的相适应性 , 雷竹用冷水 、热水
与10 g·kg-1的 NaOH 溶液预处理后加入化学助剂 CaCl2 , 对 425号水泥的阻凝系数依次为
13.0%, 10.0%, 9.5%;对 525 号水泥则为 11.0%, 9.0%, 7.3%;而适合系数均大于
68%。④不同水泥对雷竹和水泥混合物水化特性也有影响 , 高标号的 525号水泥与雷竹的相
适应性比低标号的 425号水泥与雷竹的相适应强。图 2表4参 18
关键词:木材加工;雷竹;竹材;水泥;混合物;水化特性
中图分类号:TS653.5;S784　　　文献标识码:A
水泥刨花板是以木质刨花和水泥为主要原料 , 加水及一些化学助剂 , 经搅拌 、 成型加压和养护而
制成的一种复合建筑材料 , 具有防潮 、 防腐 、阻燃 、 防虫和尺寸稳定等良好的性能 , 在国外已成为一
种新型的建筑材料。国内的学者也进行了一系列的研究 , 取得了一定的成果[ 1～ 8] 。在我国 , 木材资源
相对贫乏 , 林业生产从以依靠天然林向人工林转变 , 研究非木本植物原料替代木本原料来生产水泥刨
花板显得尤其有意义 。
1　材料和方法
1.1　材料
雷竹 Phyllostachys praecox :采自浙江林学院苗圃 , 4年生 , 直径 4 ～ 5 cm。水泥:425号普通硅酸
盐水泥 , 浙江缙云县产;525号普通硅酸盐水泥 , 浙江江山市产。化学助剂:CaCl2 , BaCl2 , NaCl ,
Na2SiO3 , 均为分析纯 。
1.2　方法
1.2.1　竹粉的调制　将雷竹锯成 3 ～ 5 cm 长的截段后 , 人工剖分成细火柴杆状 , 气干 , 然后用植物
粉碎机粉碎过筛 , 取通过 20目而留于 40目筛网上的竹粉 , 在恒温下烘至绝干备用。
1.2.2　竹粉的预处理方法　①冷水处理:室温下取雷竹粉 50 g 置于烧瓶内 , 加入 500 mL 的冷水 (水
温35 ℃), 用搅拌器搅拌浸泡 8 h , 然后滤出竹粉 , 并用冷水洗涤 3次 , 再在恒温下烘至绝干后备用 。
②热水处理:同上取雷竹粉 50 g置于烧瓶内 , 加入 70 ℃热水 500 mL , 并置于电热水浴锅上浸渍 8 h ,
然后如上处理后备用 。③10 g·kg-1的NaOH 溶液处理:在室温下取雷竹粉 50 g 置于烧瓶内 , 加入 10 g
·kg-1的NaOH 溶液 500 mL后 , 用搅拌器搅拌8 h , 然后如上处理后备用。 ④空白处理:调制的竹粉不
经任何处理 , 即粉碎过筛后再在恒温下烘至绝干后备用。
1.2.3　竹粉与水泥混合物的调制和水化温度测定　雷竹粉与水泥混合物的配比如表1 。按表 1所示配
比 , 将水加入一定容积的塑料容器中 , 并将化学助剂溶于其中 (无化学助剂的场合略去此步骤), 进
而加入竹粉 , 最后加入水泥 , 搅拌均匀 (在 2 min内充分搅拌)。搅拌均匀的混合物置入用一定厚度
的发泡塑料自制的测温装置中 , 定时测定其水化温度和到达最高温度的时间。另外 , 测定纯水泥的水
化特性以作比较 。每种试验重复 3次 , 取其平均值 。
表 1　使用或不使用化学助剂的竹材水泥混合物的配合比
Table 1　Weight ratio of bamboo and cement mixture with or without addtive
普通硅酸盐水泥/g
(425号或 525号) 蒸馏水/ g 雷竹粉/ g 化学助剂/g
200.0 90.5 15.0 10.0 (不加时为 0)
1.2.4　雷竹粉与水泥混合物相适
性评定　原料是否适合于用来制造
水泥刨花板 , 取决于原料与水泥的
相适应性 。评定其相适应性有各种
各样的方法[ 9～ 13] 。在国内普遍采
用最高水化温度与达到的时间和
Moslemi等提出的最大温差与到达最高温度的时间为评定指标[ 3 , 5 ,8 ,13] 。国外学者对木材与水泥相适应
性评定指标进行比较表明:Hachmi提出的木材与水泥混合物适合系数 (CA)为评定指标 , 其方法最
佳[ 11] 。本文以木材与水泥混合物的最高水化温度与达到的时间 、阻凝系数 (I)及适合系数 (CA)为
指标进行综合评定。
I =[(t2 -t 2′)/ t2′] ×[(T2′-T2)/ T2′] ×[ (S′-S)] /S′] ×100%。
其中:T2 , t 2为混合物的最高水化温度 (℃)及到达此温度所需的时间 (h);T 2′, t 2′纯水泥的最高水
化温度 (℃)及到达此温度所需的时间 (h);S 为混合物水化温度曲线上升时的最大斜率;S′为纯水
泥水化温度曲线上升时的最大斜率 。
CA =(Awc/Anc)×100%。
其中:Awc为混合物水化开始后在 24 h内的水化发热量 , 即室温与水化曲线所围的面积 (h·℃);Anc
为纯水泥水化开始后在 24 h内的水化发热量 (h·℃)。
2　结果与分析
2.1　雷竹和水泥混合物的水化特性
各种混合物的水化温度时间曲线见图1和图 2 , 纯水泥和水的混合物的水化特性曲线只有 2个峰。
一般认为 , 第 1峰值主要是由于析出钙钒石 (AFt)新晶相时产生的放热反应所形成 。第 2峰由于C3S
形成产生的水化热[ 18] 。理论上讲 , 水泥的完全水化要经历的时间很长 , 但其大部分水化热在水泥凝
结硬化的初期释放。从混合物的水化特性曲线 (图1和图 2)及计算结果 (表 2和表 3)可知 , 雷竹-
水泥-水混合物的最高水化温度远低于纯水泥的水化温度 , 且到达此温度的时间比纯水泥的迟十几到
二十几个小时;其阻凝系数和适合系数分别为∞和小于 68%[ 11] , 说明雷竹对水泥的水化过程有大的
阻碍作用 。因为竹材和木材的化学组成成分相似 , 木材中的抽提物及可溶性的糖分 、单宁对水泥的固
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化起着抑制作用[ 14 ,15] , 竹材中也有相类似的成分[ 16] 。
　
图 1　425号水泥及其混合物水化温度曲线
Figure 1　The hydration temperature curves of 425#cement and its mixtures
图 2　525号水泥及其混合物水化温度曲线
Figure 2　The hydration temperature curves of 525#cement and its mixtures
表 2　425号水泥和雷竹混合物的水化特性
Table 2　Hydration characteristics of 425#cement and Phyllostachys praecox wood mixture
材料种类 助剂 最高水化温度 Tmax/ ℃ 到达 Tmax时间/h 室温/ ℃ I/ % CA/ %
纯水泥 无 36.8 15.0 15.0 0 100
无 23.1 38.0 15.0 ∞ 26.0
雷竹 Na2SiO3 23.1 22.0 17.2 ∞ 32.0
NaCl 26.0 14.5 17.2 189.0 48.0
BaCl2 27.0 17.5 17.2 116.0 55.0
CaCl2 34.0 9.0 15.0 24.0 80.0
表 3　525号水泥和雷竹混合物的水化特性
Table 3　Hydration characteristics of 525#cement and Phyllostachys praecox wood mixture
材料种类 助剂 最高水化温度 Tmax/ ℃ 到达 Tmax时间/h 室温/ ℃ I/ % CA/ %
纯水泥 无 47.1 13.5 22.0 0 100
无 28.1 28.5 23.0 ∞ 29.5
雷竹 Na2SiO3 30.7 19.5 23.0 ∞ 40.0
NaCl 31.0 12.5 23.0 189.0 48.0
BaCl2 38.8 16.0 23.0 116.0 63.0
CaCl2 49.7 7.3 23.0 24.0 87.0
2.2　化学助剂对雷竹和水泥混合物水化特性的影响
由表 2和表 3及图 1和图 2可见 , 雷竹和水泥的混合物添加化学助剂后 , 两者之间的相适应性得
到明显的改善。混合物的最高水化温度提高 , 到达最高水化温度的时间缩短 , 阻凝系数普遍减小 , 适
合系数增大。选择的 4种化学助剂对改善混合物的相适应性效果 , 以适合系数和阻凝系数的大小和最
高水化温度及到达此温度的时间来衡量 , 效果最好的为 CaCl2 , 其他依次为 BaCl2 , NaCl和 Na2SiO3。
因为 CaCl2可提高水泥中氧化钙的溶解度 , 促进水泥矿物质成分的水解和水化作用 , 促使水泥凝结;
而CaCl2与水泥的矿物成分化合成氯铝酸钙和氯硅酸钙 , 加快水泥硬化 。
2.3　预处理对雷竹和水泥混合物水化特性的影响
比较表2 、 表3和表4可知 , 采用3种预处理后的竹粉并添加CaCl2为助剂时 , 雷竹对水泥的相适
应性得到了进一步的改善 。预处理后混合物的最高水化温度都比相应未处理混合物最高水化温度和相
应纯水泥水化温度高 , 到达此温度的时间都比后两者短 。其阻凝系数大大减小 , 适合系数大大增加 ,
且>68%[ 11] , 已完全适合于用作半干法水泥刨花板生产的原料 。
3第 21卷第1 期 俞友明等:雷竹-水泥混合物的水化特性研究 　
比较 3种处理方法的效果 , 以 10 g·kg-1NaOH 最好 , 次之为热水 , 再次为冷水 。因为热水抽提物
的数量较冷水抽提物多 , 热水抽提物中含有的聚糖较多 , 10 g·kg-1NaOH 溶液除能溶解冷水和热水所
溶解的物质外 , 还能溶解出部分木素 、 聚戊糖 、 聚己糖 、 树脂酸及糖醛酸等[ 16 ,17] 。
表 4　经不同处理的雷竹和水泥混合物的水化特性
Table 4　Hydration characteristi cs of 525# cement and Phyllostachys praecox wood mixture by different treatments
助剂 水泥标号 最高水化温度 Tmax/ ℃ 预处理方法 到达 Tmax时间/ h 室温/ ℃ I/ % CA/ %
47.1 冷水处理 38.1 16 13.1 88.5
425 28.1 热水处理 39.4 16 10.4 90.0
CaCl2 30.7 10 g·kg -1NaOH 41.4 16 9.5 91.4
31.0 冷水处理 50.7 24 11.3 89.3
525 38.8 热水处理 53.5 24 9.0 93.3
49.7 10 g·kg -1NaOH 55.7 24 7.3 95.1
2.4　不同水泥对雷竹和水泥混合物水化特性的影响
水泥的质量也影响雷竹-水泥-水混合物水化特性 , 由表 2和表 3可知。标号高的水泥 , 其最高水
化温度高 , 反之则低 。标号高的水泥到达最高温度的时间短 , 反之则长。它们对同一种材料的水泥混
合物的水化特性的影响也呈现相同的规律。由表 2 、 表 3和表 4可见 , 无论添加或不添加化学助剂 ,
预处理或不预处理 , 使用 525号水泥的 , 其混合物的最高水化温度比 425号水泥的要高许多 , 到达最
高水化温度的时间要短许多。
3　结论
雷竹对水泥有强烈的阻凝作用 。
添加化学助剂能明显改善雷竹与水泥的相适应性 , 从而使阻凝系数减小 , 适合系数提高 , 从选择
的4种化学助剂来看 , 其作用效果为 CaCl2>BaCl2>NaCl>Na2SiO3 。
雷竹粉预处理可明显改善其与水泥的相适应性 , 作用效果依次为10 g·kg-1NaOH>热水>冷水 。
不同水泥对雷竹和水泥混合物水化特性的影响 , 雷竹与标号高的525号水泥的亲和性比低标号的
425号水泥要强。
参考文献:
4 浙 江 林 学 院 学 报　　　　　　　　　　　　　　　2004 年 3月
A study of the hydration characteristics of Phyllostachys praecox
wood-cement-water mixtures
YU You-ming1 ,2 , YU Xue-jun3 , YU Qiong-hua4 , FU Shen-yuan2 , JIANG Zhi-hong2
(1.College of Wood Industry , Nanjing Forestry University , Nanjing 210037 , Jiangsu , China;2.School of
Engineering , Zhejiang Forestry College , Linan 311300 , Zhejiang , China;3.School of Life Sciences , Zhejiang
Forestry College , Linan 311300 , Zhejiang , China;4.Forest Enterprise of Linan City , Linan 311300 ,
Zhejiang , China)
Abstract:The compatibility of Phyllostachys praecox and cement is studied with the method of measuring hydration
in the P .praecox wood-cement-water system.The inhibitory index I and the compatibility factor CA are applied to
evaluation of its compatibility.The results show that P .praecox wood has serious inhibition on the hydration of
cements.The inhibitory index I and the compatibility factor CA to two cements are ∞ and less than 68%
respectively.Additives can improve compatibility of P.praecox wood and cements.Additives effects are as
follows:CaCl2>BaCl2>NaCl>Na2SiO3.Pretreatments can also improve its compatibility with cements.Adding
CaCl2 after pretreatment with cold water , hot water and 10 g·kg-1NaOH , the inhibitory indexes I to grade 425
cement are 13.0%, 10.0%, 9.5% respectively;to grade 525 cement are 11.0%, 9.0%, 7.3%;the
compatibility factors CA to two kinds of cement are both greater than 68%.Different cements have different effects
on the hydration characteristics of P.praecox wood-cement-water mixture.The compatibility between P .praecox
and grade 525 cement is better than that between P.praecox and grade 425 cement.[ Ch , 2 fig.4 tab.18 ref.]
Key words:wood processing;Phyllostachys praecox ;bamboo wood;cement;mixture;hydration characteristics
5第 21卷第1 期 俞友明等:雷竹-水泥混合物的水化特性研究