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中國古代利用糯米淀粉或糯米石灰作為建筑砂漿建造長城或澆砌磚墓,這些建造物大多經久耐用。當前,淀粉作為可再生的天然資源,以其來源廣泛,產量豐富,價格低廉,良好的粘結性和成膜特性,優良的生物降解性能等在我國紡織、造紙、塑料、化工、醫藥和建材等領域得到廣泛研究和利用。隨著國家重大工程和基礎設施的大量建設,新農村建設的深入開展,大量水泥的制備和應用給自然資源、環境和生態帶來很大的負面影響,為了保持生態文明,利用可再生資源發展綠色建筑材料已成為趨勢之一[1]。本文首先對改性淀粉在建材行業的應用研究進行歸納分析,探討利用淀粉開發綠色建材的潛力,并對改性淀粉改性的生土建筑進行了基本的物理力學試驗研究,研究結果為開發淀粉基綠色建筑材料提供參考。

1淀粉在建筑材料中的研究進展

1.1木材環保膠黏劑的應用研究常用的木材膠黏劑釋放出大量的甲醛,危害人體,研究者將開發制備低甲醛含量的環保膠黏劑投向淀粉。時君友[2]將玉米淀粉復合,改性制得玉米淀粉懸浮液加入水溶性高分子作為穩定劑,在一定條件下與天然玉米淀粉、碳酸鈣、VAE乳液相混合,攪拌均勻,形成以玉米淀粉為原料的API膠黏劑主劑,用該膠黏劑壓制膠合板。韓美娜[3]以過硫酸銨為引發劑,在玉米淀粉上接枝共聚丙烯酸丁酯(BA)和乙酸乙烯酯(VAc)制備乳液狀淀粉基膠黏劑,該淀粉基膠黏劑,不需添加任何助劑,可直接用于粘接木材。

1.2在涂料中的應用研究目前在涂料中用作膠黏劑的改性淀粉主要有氧化淀粉、交聯淀粉、多孔淀粉、接枝共聚淀粉和復合變性淀粉。曾麗娟[4]用雙氧水作氧化劑,硫酸亞鐵為催化劑在堿性條件下對木薯淀粉進行氧化,然后進一步交聯處理,制備內墻涂料基料,達到標準要求。黃秀娟[5]將淀粉用濃度為27%的雙氧水及適量的NaOH氧化,再加氯乙酸和NaOH,半干法醚化,得到取代度為0.15的可流動半固體,經單滾筒預糊化干燥,得到優質建筑膩子墻面膠粉。程存歸[6]用玉米淀粉為原料,通過高錳酸鉀氧化玉米淀粉,配以脲醛樹脂、催化劑、催干劑、防腐劑等,研制出一種高穩定型淀粉膠黏劑,有效地解決了淀粉穩定性差、貯存期短的問題。朱仁宏[7]將多孔淀粉和淀粉,吸附天然除蟲菊酯后,加入內墻涂料,利用多孔淀粉的吸附和緩釋作用,研制出具有長效殺蟲效果的內墻涂料。王彥斌[8]采用乳液聚合的方法,將糊化氧化后的玉米淀粉和苯乙烯接枝共聚制得性能優良的乳液,該乳液可以作為乳膠內墻涂料的基料使用。

1.3砂漿中的應用研究徐鵬[9]針對傳統抹灰砂漿施工性能差、保水性差、黏結強度低以及易開裂等缺點,研究保水劑、淀粉醚、憎水劑和聚丙烯纖維對抹灰砂漿性能的影響,研制了一種新型抹灰砂漿。隨著人們的環保意識不斷提高,干混砂漿正在逐漸被推廣應用,干混砂漿外加劑的發展是推廣干混砂漿的技術關鍵。淀粉醚作為增稠劑能影響以石膏、水泥和石灰為基料的砂漿稠度,改變砂漿的施工性和抗下垂性。

1.4混凝土減水劑的應用研究王田堂[10]采用水溶液法,以次氯酸鈉為氧化劑制取氧化淀粉,再經溶媒法以環氧乙烷作醚化劑將氧化淀粉醚化,制備出氧化-醚化淀粉型減水劑,并且相同摻量下,氧化?醚化淀粉型減水劑減水效果明顯優于萘系減水劑。

1.5陶瓷生產中的應用研究劉一軍[11]采用自制聚乙烯醇(PVA)改性淀粉聚合物制備新型高分子增強劑,對陶瓷坯體具有明顯的增強作用,而且對漿料的流動性沒有太大的影響。陳玲[12]探討了酯化淀粉添加量對陶瓷漿料流變特性以及成型出的素坯的線收縮、密度、干坯強度和顯微結構的影響,利用淀粉受熱吸水溶脹和糊化的性質以及糊化后淀粉糊的凝膠化特性可實現Al2O3陶瓷漿料的近凈尺寸原位凝固成型,制備了致密、均勻的坯體。此外,淀粉還可同時作為造孔劑和黏結劑用于制備各種多孔陶瓷,功能陶瓷材料及生物活性多孔陶瓷等也有了大量的研究。淀粉用于建筑材料得到較大的發展,延伸到較廣的領域,但是這些應用都是將淀粉作為建筑材料的輔助材料加以利用,在建筑材料中只占很少一部分,淀粉作為一種生態建材其優勢未充分發揮。本文將淀粉、生石灰和火堿按一定比例配置,得改性淀粉,將3%和7%改性淀粉同水和生土按比例拌合,對夯實試樣進行試驗研究。

2試驗研究

2.1試驗準備研究土樣取自寧強陽平關,該土在當地可直接用于建造生土建筑,取回土樣較潮濕,粘結成塊,用手很難掰開。用酒精燃燒法測定其天然密度和天然含水率分別為2·146g/cm3和21·4%。土樣的液塑限通過型號LP-100D數顯液塑限測定儀測定,液限為27%,塑限為16·8%。將風干土樣碾散,過5mm篩,將篩下土料拌勻,采用輕型擊實試驗測定素土、3%改性淀粉和7%改性淀粉拌合生土的最優含水率和最大干密度,擊實試驗結果見表1。根據擊實試驗結果制備素土、3%淀粉和7%淀粉拌合的擊實土樣,按照《土工試驗方法標準》(GB/T50123-1999),加工成直徑約為3·91cm,高為8cm的圓柱體,每組3個,共9個,待風干后用來測試無側限抗壓強度;采用環刀直接在擊實試樣上切取直徑61.8mm、高度20mm試樣,每組4個,共12個,用來進行直接剪切試驗。

2.2無側限抗壓強度室內無側限抗壓強度試驗采用儀器為YYW-2型應變控制式無側限壓力儀,依照《土工試驗方法標準》(GB/T50123-1999)進行。試樣最終均發生了脆性破壞,取與平均值接近的一組繪制應力應變關系曲線,見圖1。

2.3直接剪切試驗對每組試樣分別施加100、200、300、400kPa的垂直壓力,采用EDJ-I型二速電動等應變直剪儀進行直剪試驗,得抗剪強度線如圖2—圖4,直剪試驗強度指標見圖5。無側限抗壓強度試驗表明,3%淀粉和7%淀粉改性生土的抗壓強度均較素土的抗壓強度有所提高。3%淀粉抗壓強度提高46·5%,7%淀粉抗壓強度提高12·7%。淀粉改性生土的抗剪強度比素土抗剪強度有明顯提高,改性后摩擦角和粘聚力提高,其中3%淀粉和7%淀粉改性生土提高程度相當。淀粉改性生土可提高生土的抗壓強度和抗剪強度,隨著淀粉含量增加,生土抗壓強度反而降低,抗剪強度基本上不再增加。

3結論淀粉作為天然可再生資源,有著很多優良性能,首先,總結歸納了淀粉在木材環保膠黏劑、涂料、砂漿、陶瓷生產和混凝土減水劑制備等方面的研究和應用;其次,對淀粉進行改性,對改性淀粉拌合生土進行了無側限抗壓強度和直接剪切試驗,結果表明改性淀粉可提高生土的抗壓強度10%~40%,增大生土的摩擦角和黏聚力,提高生土的抗剪強度。總之,本實驗從研究應用和試驗兩個方面證明了淀粉用于開發綠色建筑材料有很大的潛力。