玄武岩纤维-木纤维复合碱式硫酸镁水泥性能的改性机理

宋谦益 游俊杰 杨成 刘宜丰

DOI： 10.11835/j.issn.2096-6717.2022.109

收稿日期：2022?07?28

基金项目：国家重点研发计划（2020YFD1100703、2021YFB2600501、2019YFD1101005）；国家自然科学基金（51778537）；四川省自然科学基金（2022NSFSC0458、2021YYJC0946、2020YFS0061）

作者简介：宋谦益（1985- ），男，博士，高级工程师，主要从事碱式硫酸镁水泥研究，E-mail：soujy.qy@gmail.com。

通信作者：杨成（通信作者），男，博士，副教授，E-mail：yangcheng@swjtu.edu.cn。

Received： 2022?07?28

Foundation items： National Key Research and Development Program of China （No. 2020YFD1100703， 2021YFB2600501， 2019YFD1101005）; National Natural Science Foundation of China （No. 51778537）; Science and Technology Project of Sichuan Province （No. 2022NSFSC0458， 2020YFS0061， 2021YYJC0946）

Author brief： SONG Qianyi （1985- ）， PhD， senior engineer， main research interest： basic magnesium sulfate cement， E-mail： soujy.qy@gmail.com.

corresponding author：YANG Cheng （corresponding author）， PhD， associate professor， E-mail： yangcheng@swjtu.edu.cn.

摘要：以碱式硫酸镁水泥（BMSC）为基质，以生物基循环木纤维（RWF）为轻质填料，并掺入玄武岩纤维（BF）为增强改性材料，开发出一种轻质高强、高韧性的碱式硫酸镁复合材料。从RWF填料和不同体积占比、不同长度的BF纤维出发，讨论其对改性后BMSC复合材料的流动性、分散系数（纤维）、密度、抗压强度和抗折强度的影响；通过SEM、EDS、XRD微观表征分析对复合材料微观结构的形成进行研究。结果表明：RWF的加入虽然显著降低了BMSC的材料密度，但RWF与BF结合形成复合纤维体系能明显提升BMSC复合材料的力学性能，尤其是抗折强度，较未添加RWF和BF的原生BMSC材料提升比例最高达80%以上；通过微观表征分析发现，RWF在BMSC中拥有良好的界面黏结性能，RWF与BF的共同存在使BMSC材料形成镁水泥基质-循环木纤维-玄武岩纤维体系，提升了复合材料的强度；采用基于图像识别技术的半定量化方法对碱式硫酸镁水泥5·1·7相晶体的发展程度进行辅助量化分析，为材料制备过程中BMSC产品性能的控制提供可能。

關键词：镁水泥；生物基填料；玄武岩纤维；抗压强度；抗折强度；水化产物

中图分类号：TU528.58     文献标志码：A     文章编号：2096-6717（2023）05-0202-10

Modification mechanism of basalt and wood fiber composite basic magnesium sulfate cement performance

SONG Qianyi1，2a， YOU Junjie2b，3， YANG Cheng2c， LIU Yifeng1

（1. China Southwest Architectural Design and Research Institute Co.， LTD， Chengdu 610041， P. R. China； 2a. Faculty of Geosciences and Environmental Engineering； 2b. School of Civil Engineering； 2c. National Engineering Research Center of Geological Disaster Prevention Technology in Land Transportation， Southwest Jiaotong University， Chengdu 610031， P. R. China； 3. Foshan Youngnos Smart City Technology Development Co.， Ltd， Foshan 528051， Guangdong， P. R. China）

Abstract： Limited by the differences between cementitious materials and basic magnesium sulfate cement （BMSC）， the study of enhancing the toughness and mechanical properties of BMSC products by incorporating bio-based fillers with fibers is still very limited. Through different mix design， wood fiber and basalt fiber （BF） were used as lightweight fillers and reinforcements of BMSC materials. The fluidity， dispersity （fiber）， density， compressive strength and flexural strength of modified BMSC were tested. The typical samples were characterized by SEM， EDS and XRD. The results showed that the addition of wood fiber significantly reduces the density of BMSC， and the combination of wood fiber and BF can significantly improve the mechanical strength， especially the flexural strength， with the maximum increase rate of more than 80%. By microscopic characterization， it was found that wood fiber has good mixed compatibility with plant materials in BMSC. The combination of wood fiber and BF forms a magnesium cement matrix-wood fiber-BF model， which significantly improves the strength of the composite reinforcement. A semi-quantitative method based on image recognition technology was attempted， and it was found that the development degree of hydration products crystals could be analyzed quantitatively. It provides the possibility to control the performance of BMSC products during material preparation.

Keywords： magnesium cement； bio-filler； basalt fiber； compressive strength； flexural strength； hydration products

镁质胶凝材料是近年来发展快速的绿色水泥材料，从制备生产到服役过程都呈现出环保低碳优势，尤其是用其制造的保温隔热建筑部件正在推广应用。其中的代表性材料碱式硫酸镁水泥（Basic Magnesium Sulfate Cement， BMSC），其主要原材料MgO由MgCO3煅烧而成，最佳煅烧温度仅为700 ℃左右[1]。与普通硅酸钙水泥生产过程相比，镁质胶凝材料生产能耗减少了42.70%，CO2排放量减少了47.37%[2]。良好的防火隔热性能[3]也延长了部件的使用寿命，降低了因重新建造引发的碳排放。为持续提升产品减碳优势，目前的绿色水泥常与生物基填料配合使用，因为生物基填料在显著降低胶凝材料密度、实现部件轻质化的同时，往往呈现出优异的混合相容性，并拥有与基材良好的结合性能[4]。以木工废弃物循环木纤维（RWF）为例，其作为轻质生物基填料用于制备BMSC产品时，对于废物循环利用有双重利好。

为了提升其力学性能，尤其是强度和韧性，往往还需要在胶凝材料中掺入合成纤维。目前主要掺入物仍以聚乙烯（PE）纤维[5]、聚乙烯醇（PVA）纤维[6-7]、聚丙烯（PP）纤维[8]及玻璃纤维[9]等合成材料为增强、增韧组分，大部分是以石化来源为主的聚合物，其不可再生和不可降解性对环境有显著的负面影响。玄武岩纤维（BF）为天然石材加工而成的无机材料纤维，成本约为碳纤维的1/10～1/15，与传统玻璃纤维相比，碳排放量更低[10-11]。同时，在服役周期内，掺入玄武岩纤维的建材往往对环境影响更小，单位环境强度更低，抗压和抗折强度更加突出[12]。目前，作为水泥基材料增强体，BF的优势已经得到了证实，主要体现在强度、韧性、耐热性和冲击性能方面[13-15]。但对BF与镁质胶凝材料共同工作时的相关性能研究还较少，尤其是掺入BF后，对BMSC产品的主要力学性能研究还相对有限，对于玄武岩纤维产品和镁质胶凝材料的推广应用形成了阻碍。

笔者提出一种玄武岩纤维增强生物基复合碱式硫酸镁材料，以改性后的BMSC作为基质，掺入RWF作为生物基轻质填料，掺入BF作为增强体。对该复合材料进行基本材料性能和微观表征测试，分析BF对BMSC浆体流动性及硬化后力学性能的影响机制，重点观察掺入BF和RWF对基材5·1·7相发展的影响规律。

1 试验

1.1 试验材料

轻烧氧化镁由辽宁海城镁鑫公司提供，用X射线荧光光谱仪（XRF-1800）测试主要化学组分，如表1所示，MgO质量分数为91.52%，SiO2的质量分数为5.11%，其中活性MgO（α-MgO）的质量分数约为63%。七水硫酸镁（MgSO4?7H2O）为四川宜宾创天公司生产的分析纯化学品。为了保证BMSC有效产物的生成，采用复合改性剂进行改性，主要成分由柠檬酸、硫酸盐、磷酸盐类复合而成，比例为2：3：5。为了保证玄武岩纤维在混合物中具有良好的分散性能，采用羟丙基甲基纤维素（HPMC）进行改性，材料黏度为200 000。循环木纤维（RWF）由四川嘉园公司提供，由木材加工时残留的材料破碎加工而成，RWF密度为3.5 g/cm3，含水率为17%，细度为20目；玄武岩纤维由四川谦宜复合材料有限公司提供，长度分别为3、6、9、12 mm，单丝直径为17 μm，密度为2.66 g/cm3，断裂强度为1 200 MPa，弹性模量为75 GPa。

1.2 配合比设计及试件制备

α-MgO：MgSO4?7H2O：H2O的摩尔比为7：1：16，为促成5·1·7相的形成，复合型改性剂的掺量为MgO质量分数的1.3 %；掺入0.5% MgO质量分数的HPMC，以保证玄武岩纤维的分散性能。

为了考虑不同的BF长度、掺量及RWF掺量相互组合对BMSC材料性能的影响，考虑0%～30%的RWF和0%～0.4%的BF掺入物，以3～12 mm的BF长度进行16种组合，制备了试验样品，如表2所示。

制备BMSC混合料的步骤：首先，将MgSO4·7H2O制备成均匀的溶液，加入复合型改性剂和HPMC搅拌均匀，在混合溶液中加入BF搅拌均匀；然后，加入MgO粉末，使用行星搅拌机低速搅拌均匀后，以200 r/min中速搅拌2 min。最后，加入RWF再混合2 min，直至得到均匀的混合物。

将新拌浆体倒入模具（40 mm×40 mm×40 mm、40 mm×40 mm×160 mm），在60%±5%湿度和（25±2）℃的环境中养护24 h后脱模，放入90%湿度、40 ℃的环境中进行热养护72 h，室内自然养护至28 d。

1.3 测试方法

按照《混凝土外加剂匀质性试验方法》（GB/T 8077—2012）[16]测定BMSC新鲜浆体的流动性，按照《水泥混凝土和砂浆用短切玄武岩纤维》（GB/T 23265—2009）[17]测定BMSC新鲜浆体中BF的分散性，如式（1）所示，分散系数被用来评估BMSC材料中玄武岩纤维的均匀分布情况。按照《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》（GB/T 17671—2021）[18]，采用全自动抗折抗压试验机测试玄武岩纤维-生物基-碱式硫酸镁水泥材料的抗压强度和抗折强度。

β=（G_1-G_0）/G_0 ×100 （1）

式中：β為BF分散系数，β越小表示玄武岩纤维分散性越好，分散系数在10%以下视为分散性良好；G1为BF含量实测均值；G0为BF含量理论计算值。当BF掺量为0.1%、0.2%、0.3%、0.4%时，500 g镁质胶凝材料混合物中纤维含量理论值分别为0.199、0.368、0.597、0.795 g。

为进行物相组成和微观结构表征，对28 d时的样品进行采样，通过无水乙醇进行中止水化。采用JSM 7800F型场发射扫描电子显微镜（SEM）分析其微观形貌，采用OXFROD X-Max 80型能谱仪（EDS）进行样品微区成分元素种类与含量分析，采用Empyrean型X射线衍射仪（XRD）测试生物基-玄武岩纤维-BMSC的物相组成。

2 试验结果与讨论

2.1 流动性和分散系数

随着BF体积分数的增长，其分散系数几乎呈线性增长，如图1（a）所示，BF体积分数为0.3%时，分散系数达到峰值20.5%后减小；值得注意的是，除了BF体积分数为0.3%外，其余情况下的分散系数都小于10%，说明不同体积分数的BF都具有良好的分散性能[17]。而流动度随BF体积分数的增长而下降，在0.3%体积分数时，流动度为240.5 mm，下降幅度最大，相较于0.2%时的流动度272.7 mm，下降了12%。

混合物中的BF分散性与其长度呈很强的正相关，如图1（b））所示，随着长度的增长，分散系数也在提升，直至长度为12 mm时达到峰值12.6%，再次说明不同体积分数的BF都具有良好的分散性能；分散性值在261.5～277.3 mm范围内，在12 mm处降至最小，相较于9 mm处下降了5%左右。所以，就新鲜混合物而言，玄武岩纤维长度为9 mm、体积分数为0.2%的组合更好，并且对比相同流动性情况下，此组合（流动度为272.7 mm）抗压强度反而更优，与陈远基等[19]设计的BMSC（流动度为266.1 mm）相比，抗压强度提升了39%。

2.2 密度

同时加入RWF和BF的BMSC密度显著降低，而仅加入BF对BMSC密度影响不大。对于没有掺入RWF的样品，如图2（a）所示，不同BF體积分数下的密度范围在1 437.9～1 499.1 kg/m3之间，几乎随BF体积分数线性增长，但趋势并不明显。较未掺入BF的样品，BF体积分数为0.4%的样品密度仅仅升高了4%左右，同样，BF长度对密度的影响也不大，如图2（b）所示。

掺入RWF的样品则表现出不一样的特性，分别体现在整体密度和波动程度上。如图2所示，掺入RWF的样品密度范围在1 281.6～1 438.7 kg/m3之间，平均密度1 378.3 kg/m3，与没有掺入RWF的样品的平均密度1 461 kg/m3相比，降低了近100 kg/m3左右。可能是由于RWF多孔的木质纤维结构导致混合物中孔隙增多。

2.3 抗压强度

对于仅掺入BF的样品来说，抗压强度一般低于共同加入BF和RWF的样品。不同BF体积分数下的抗压强度在30.0～39.0 MPa之间，不同BF长度的抗压强度在31.8～39.0 MPa之间，如图3所示。这可能是RWF与BF在BMSC材料中的微观结构具有某种复合增益作用所致。

对于同时加入BF和RWF的样品，BF的体积分数和纤维长度对抗压强度影响并不大，但仍需考虑纤维过多而产生的不利影响。如图3所示，抗压强度为34.5～37.2 MPa和34.5～38.4 MPa。BF体积分数不大于0.2%时，掺入30%的RWF能显著提高材料的抗压强度；但BF体积分数达到0.3%后抗压强度下降，这是由于过多的纤维增强相对抗压强度不利。考虑到掺入RWF能明显降低密度，故RWF的掺入对于轻质化具有重要意义。

2.4 抗折强度

对于抗折强度而言，掺入RWF与未掺入RWF的样品呈现出相反特性：同时掺入RWF和BF的BMSC样品抗折强度显著优于仅掺入了BF的样品。

对于仅掺入BF的样品，如图4（a）所示，BF体积分数的增长对抗折强度的影响有一段呈明显负效应，BF体积分数为0.2%时负效应最大，相比未掺入BF的样品，抗折强度下降了45%左右；又如图4（b）所示，在BF体积分数同取0.2%的情况下（表1），BMSC样品的抗折强度随BF长度的增长而降低，相对于BF长度为3 mm的样品，BF长度为9 mm的样品抗折强度下降了20%左右。

当同时掺入RWF和BF时，如图4（a）所示，抗折强度则随BF体积分数的增加而提升，相较未掺入BF的样品，BF体积分数为0.3%的样品抗折强度提高了80%左右。

图4（b）给出了BF的长度影响分析，总体上看，在相同BF体积分数下，BF长度变化对抗折强度影响不大，但RWF的掺入仍然影响显著。以BF长度为3 mm的情况为例，相较未掺入RWF的样品，掺入了RWF的样品抗折强度提升了80%以上。

上述力学性能测试结果表明，RWF与BF的结合对BMSC材料具有机理复杂但效果显著的增强作用。仅仅采用基本力学性能测试，无法从物理机理上阐释结果数据表现出的规律。尤其对于不同纤维对材料性能不同的影响机理，需更加深入地从微观结构观察和产物物相分析加以揭示。

3 微观表征及分析

3.1 增强机理分析

对同时存在RWF和BF的微观结构区域进行1 000×的SEM测试后发现，基质、RWF及BF非常紧密地结合在一起，如图5（a）所示，三者形成某种稳定的结构体系；进一步放大中部的连接区域至5 000×，如图5（b）所示，发现RWF与BF表面都附着非常多的产物，并与基质更为紧密地连接在一起，使得整体应力可以得到更好的传递。

RWF的加入使得基质与BF之间产生类似热塑性复合材料中的纤维交联效应[20]，形成镁水泥基质-循环木纤维-玄武岩纤维体系（M-R-B system）的紧密连接；使得单一的纤维增强体变成了复合的RWF-BF增强体，降低了BF发生界面滑移和界面脱粘的概率，减少了BF应力集中的现象，增强体的强度得以增强。而在增强体的性能得以提升后，界面力与增强体强度的比值减小；在荷载作用下，失效从界面开始的概率将增大，界面裂缝的产生也将消耗额外的能量，总的断裂能增大，复合材料的力学性能得以提升。RWF的存在改善了基体中BF本身的脆断特性，这也有力地解释了掺入RWF后纤维镁质胶凝材料抗折性能大幅度提升的现象。

相对BF，RWF尺寸较大，内部孔隙较多，比表面积更大，故生成水化产物也更多，同时，RWF自身与基质的粘结性能也非常优异，如图5（c）所示，在5 000×观测范围，RWF与基质都未见明显的界面过渡区域，二者之间密实、无明显孔隙。放大至30 000×左右时才能发现明显的界面过渡区，并且界面过渡区良好，如图5（d）所示，通过测量发现其ITZ厚度在0.5 μm左右，远小于一般的典型ITZ厚度20～40 μm，同样说明BMSC与植物材料具有良好的混合相容性[21-22]。

3.2 水化产物

对BSMC样品的断口形貌进行分析，如图6（a）所示，在样品表面观察到较为致密的覆盖层，与常见MOS水泥中Mg（OH）2松散结合片状晶体结构[23]不同，放大后发现，表面布满细密的裂纹，裂缝宽度大致在10～15 nm之间；EDS结果表明，区域1主要由Mg、O和Si元素组成，这是由于MgO、Mg（OH）2与原材料中的SiO2反应生成M-S-H凝胶[24]，M-S-H能将Mg（OH）2进行转化[25]并提升样品的力学性能。

在样品中还观察到大量针状的晶体结构，如图6（b）所示，圆柱体的晶体结构相互交织，表面还有絮状产物的附着；将针状晶体区放大，发现晶体并非单一的圆柱体，而是一种规则形状截面的棱柱体。如图6（c）所示，EDS测试结果表明，区域2中Mg、S和O的摩尔比为6.75：1：24.33，与5Mg（OH）2·MgSO4·7H2O（5·1·7相）摩尔比的理论值6：1：21[21]接近，并且通过测量发现晶体宽度在0.15～0.40 μm左右，由此可以推断，基质中的主要强度相是5·1·7相。将絮状产物区域放大后发现，其在5·1·7相晶体之间附着、发展，附着物为叠合在一起的层状颗粒结构，如图6（d）所示，EDS測试表明，主要元素为Mg和O元素，其摩尔比为1：2.53，近似于Mg（OH）2中Mg和O的摩尔比1：2，被认为是一种与硬化浆体中无定形含量的增加相对应的凝胶状Mg（OH）2[26]。

3.3 晶须半定量分析

由于5·1·7相是BMSC材料的主要强度相，5·1·7相的发展水平和相互交织产生的物理效应都能影响到材料整体的宏观性能[23]，例如，无序交错的5·1·7相不但可以阻碍对水的吸收，提升耐水性[21]，而且晶相交错填充孔隙和微裂缝，使MOS水泥浆体具有较好的强度增益和体积稳定性[27]。如图7所示，考虑BF与RWF的不同组合，从表1所列的16种BMSC样品中选取有代表性的6种，进行5·1·7相SEM图像采集观察。

由图7可知，不同组合结果的样品，其5·1·7相特征有显著不同，这种差异会影响材料性能。因此，如果能对5·1·7相晶体的发展程度做出量化描述，则有益于在材料生产中控制其工程性能。

目前SEM是分析BMSC材料中5·1·7相产物发展形态的有效手段，但这种定性研究对于量化分析5·1·7相产物的发展以及改善材料性能贡献非常有限。SEM图片的分割结果只能用于材料的辅助观察，即利用扫描电子显微镜图像的连续分割结果计算出纤维、孔隙、产物的基本分布[28]。这种分析有利于比较不同配比构成的BMSC大致的微观结构分布差异。但值得注意的是，在未解决最小有效样本数问题之前，此方法只是一种半定量分析手段，需要与其他宏观和微观的表征结果进行对照说明。

为了尝试通过图像量化描述5·1·7相晶体的发展水平，借助纳米级纤维状物体直径测量开源工具DiameterJ[29]对SEM的图像结果进行测试，获取5·1·7相晶体的直径、孔隙率和晶体数量。分析步骤如图8所示，首先将SEM图片的标尺与像素点建立实际关联，再对图像进行二值化阈值划分，进行5·1·7相边缘的识别和中心线的定位，最后计算空隙的数量和面积[30]。通过对典型图片的处理，发现DiameterJ对5·1·7相晶体有着良好的识别效果，如图8（d）、（e）所示，5·1·7相的区分和边缘的识别结果较为准确，可用于5·1·7相晶体的量化分析。

通过量化比较相同倍数和相似发展区域的5·1·7相SEM图片，得到晶须直径频数分布，如图9所示，几乎所有样品中的5·1·7相直径分布规律都比较相似，主要分布范围在0.04～0.4 μm之间。总体频数分布属于偏态分布，经计算，直方图均值对应的5·1·7相晶体典型直径为0.26 μm，符合此前测量的晶体宽度（0.15～0.40 μm左右），也与此前研究[31]观测到的0.2～0.3 μm范围一致。分析样品的典型直径发现，未掺入RWF的样品比掺入了RWF的样品晶须直径普遍略大，如图10所示，二者典型直径均值分别为0.28、0.24 μm；晶体数量有明显差别，掺入RWF后晶须数量提升了37%；而晶体空隙率呈相反趋势，掺入RWF后晶体孔隙率下降了近10%。

半定量分析的结果说明，在加入RWF的样品中，5·1·7相晶体可能发展更充分，同时，晶须之间的交错情况更复杂，晶体之间的接触面更多，可能产生更强的连接。而这可能与RWF界面和BMSC基质界面的相容性更好有关；并且在BMSC材料发生水化反应时，RWF提供了更多的成核表面，有利于成核生长，以形成更多的5·1·7相产物。总之，图像识别的半定量方法只能应用于碱式硫酸镁材料的主要强度相5·1·7相。此方法还需进一步研究，以涵盖更大范围的α-MgO：MgSO4?7H2O：H2O摩尔比和不同类型的改性剂应用情况。

3.4 物相分析

XRD图谱用于对照在掺入RWF后28 d时BMSC材料的物相特征，如图11所示。最突出的峰为2θ为9.36°和17.56°时的5·1·7相；2θ为18.42°、37.86°、50.6°和58.56°时的水镁石相（Brucite）；2θ为42.8°、62.2°、74.58°和78.5°时的方镁石相（Periclase），2θ为32.48°和53.78°时的菱镁矿相（Magnesite）。通过分析发现，加入RWF并未生成其他产物，5·1·7相仍然是BMSC的主要水化产物，与前文SEM观察结果一致。

方镁石相的存在来自于BMSC中残留的MgO，如图11所示。将RWF和BF含量均为0的样品B0与仅掺入RWF的样品C0进行XRD图谱分析比较，结果表明，两种样品中残留的MgO基本一致，将样品B0与C0的主峰进行比较发现，X（2θ=17.56°）/P（2θ=42.8°）分别为1.681和2.119，说明样品C0中的5·1·7相比B0略多。这与5·1·7相量化分析结果一致，即掺入了RWF的样品，其5·1·7相确实发展更充分。更显著的变化体现在菱镁矿相（主要成分为MgCO3）衍射峰值的变化上，将样品B0与C0的主峰进行比较，M（2θ=32.48°）/P（2θ=42.8°）分别为0.649和1.508，说明在掺入RWF的样品中更易生成MgCO3。另有研究表明[32-34]，鎂质胶凝材料中的MgCO3源于MgO与CO2的结合（碳化），如式（2）、式（3）所示，这间接证明掺入RWF的样品固碳水平更高，原因可能是RWF的加入重构了样品的孔隙分布。说明生物基填料的掺入促进了BMSC材料对空气中CO2的吸收，即碳封存能力得到提高。

MgO+CO_2+3H_2 O→MgCO_3?3H_2 O （2）

MgO+CO_2→MgCO_3 （3）

4 结论

通过掺入循环木纤维（RWF）和玄武岩纤维（BF），开发出一种新的碱式硫酸镁水泥（BMSC）复合材料。研究其浆体性能、力学性能、典型样品的相组成和微观特性，比较不同掺入配比下材料力学性能和微观结构表征的差异，得出如下结论：

1）BF的存在会降低BMSC浆体的流动性能，尤其在体积分数为0.3%～0.4 %和纤维长度为6～9 mm的区间范围内表现显著；随着BF长度的增加及BF体积分数的增长，BF在BMSC中的分散系数接近线性增长，纤维分散程度呈下降趋势。

2）当BF体积分数在0.1%～0.4 %范围内时，BF对BMSC表观密度的影响不大。相比之下，RWF的加入导致BMSC的表观密度降低，且当RWF与BF同时作为掺入物共同作用时，能够明显提升BMSC样品的力学性能，尤其是抗折强度，最大提升比例可达80%以上。

3）RWF在BMSC中拥有良好的界面粘结性能，当RWF与BF同时存在于BMSC材料中时，形成了镁水泥基质-循环木纤维-玄武岩纤维复合体系（M-R-B system），使得单一纤维增强体变成复合RWF-BF增强体。该复合增强体的强度显著优于仅有BF的单一增强体，这也使得BF的改性特征更为明确，对于通过对BF进行改性以提升复合材料的力学性能有积极作用。

4）为了对5·1·7相晶体的发展程度进行量化分析，建议了一种基于图像识别的方法，对于材料制备阶段控制BMSC产品的工程性能提供了可行的验证手段。借助此方法，在晶须密集和交织程度的分析中发现，加入RWF后，一定程度上增进了5·1·7相的发展。

5）合适的RWF和BF掺量不仅可以显著优化BMSC材料的基本力学性能，还促进了MgCO3生成，有望产生更大的碳封存能力。生物基-玄武岩纤维-BMSC的固碳性能还有待进一步研究。

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（編辑  王秀玲）