竹/地质聚合物复合材料——一种新型绿色建筑材料



竹/地质聚合物复合材料
——一种新型绿色建筑材料

地质聚合物(Geopolymer)是一种无机高聚物，其基本化学组成为铝硅酸盐。地质聚合物具有良好的早强特征，与普通硅酸盐水泥相比，具有更强的抗压强度和更高的抗折强度。地质聚合物在生产过程中的能耗和三废排放量都很低，材料对环境友好并可回收再利用，被认为是21世纪最具发展潜力的绿色胶粘材料，尤其在利用固体废弃物生产新型建筑材料方面有着独特的优势。

为了开发更可持续的绿色建筑材料，各种天然纤维已被用于与地质聚合物结合形成新型复合材料，各组成材料在性能上可以互相取长补短，产生协同效应，使复合材料的综合性能优于原组成材料而满足各种不同的要求。天然纤维具有低密度、低成本和低能耗特性，且为CO2中性。

巴西亚马逊研究国家研究所 (National Institute for Amazonian Research)及美国伊利诺伊大学香槟分校材料科学与工程学院的研究人员将竹纤维与钾钠混合的地质聚合物进行复合，测试了复合材料的强度。试验竹种为亚马逊热带竹种瓜多竹(Guaduaangustifolia)，竹材的主要化学成分为60%纤维素和32%的木质素和半纤维素，其他成分包括树脂、单宁、蜡、无机盐。复合材料试验样品分3种：添加竹细纤维的碱处理地质聚合物的复合材料(BF1A)、添加竹短纤维的碱处理地质聚合物的复合材料(BF4A)和添加竹短纤维的水处理地质聚合物的复合材料(BF4W)。测试结果显示，测试样品的抗压强度分别为：BF1A为23～28 MPa，BF4A为23～25 MPa，BF4W为25～29 MPa；样品的抗折强度分别为：BF1A为4～8 MPa，BF4W为7～8 MPa，而加入了竹条的BF1A的复合材料抗折强度达到了21～30 MPa。试验结果表明，竹纤维和竹条可以增强地质聚合物的强度，竹/地质聚合物复合材料具有很高的抗弯强度和抗折强度。

研究人员称，竹子是一种生长快、产量高的可再生资源，在巴西很容易获得，巴西政府非常支持竹子种植和技术研究。竹纤维具有成本低、强度高和可生物降解的特性，竹子吸收二氧化碳和生产氧气的能力是其他植物的3倍以上，竹子有望成为21世纪的新型绿色建筑材料。研究结果表明，竹/地质聚合物将成为一种颇具潜力的绿色可持续建筑材料。

研究结果将在2016年10月份的《建筑与建筑材料》(Construction and Building Materials)上发表，文章题目为“Geopolymer-bamboo composite - A novel sustainable construction material”。