木纤维十篇
时间：2023-04-08 16:18:27
木纤维篇1
服务社会，勇于创新
随着市民消费水平的不断提高，红木家具逐渐受到消费者的喜爱，然而红木市场存在着不少问题，一些无良商家利用消费者经验不足掺假使假，木材名称极不规范，甚至有些经销商也分不清。
红木产品的材质主要由木质素、半纤维素、纤维素等成分组成，我们纺织品中常见的麻纤维也是由纤维素、半纤维素、木质素组成，只不过是红木中木质素的含量占绝大部分而纺织品中麻纤维纤维素含量占绝大部分。从化学成分上看，木材与麻纤维的成分接近。
山东省纤检局的夏兆鹏博士说：“山东省纤维检验局引进了一位从事麻纤维精细化研究的博士，该博士专攻于纤维素化学领域，因此从化学组成上来讲我们对红木并不陌生。”
不过红木作为比较娇贵的高档家具，要进行检测还需要恒温恒湿的环境。
巧了，山东纤检局拥有数百平米的恒温恒湿室，这些恒温室为红木检验提供了可靠的检测环境。这样一来，省下了不少仪器和实验室的建设资金。
为了建设红木中心，山东纤检局与中国林业科学研究院木工所的张立非研究员建立了良好的合作关系，由她担任技术负责人，指导初期实验室建设并培训人员。
可实验室刚一建立，便遇到一个不大不小的难题：社会公众对红木产品的材质检测并不十分了解，如何才能提高社会对实验室的认可度呢？
“为此，我们在重大的活动日，如3・15、科技周等活动上为消费者免费进行红木知识的普及和产品质量的鉴别以扩大影响力。另外我们采取多种措施来宣传扩大省红木中心的影响，其中包括在商场设立样品接样点、与消费者协会合作开展红木知识大讲堂、为企业成立的红木产品诚信联盟进行技术把关等。” 夏兆鹏博士回忆。
2010年12月，山东省纤维检验局与《济南时报》联合在济南欧亚达家居商场举办了大型红木家具检测活动。活动首日，几十位市民就带着家中各自的“宝贝”来到了现场，抽屉、摆件、座椅五花八门，经过初步鉴定，在参加检测的家具中，20%的家具明显穿插了其他材料，50%以上的木材名称不规范。
此后，山东省红木产品检验中心就开始定期举办标准执行与宣贯活动，为企业、消费者宣传、讲解红木相关标准，为红木标识的规范起到了很好的指导作用。在“山东省红木国家标准宣贯会议暨齐鲁红木鉴定专家高峰论坛”中，该中心邀请权威的红木鉴定专家，同与会代表进行现场交流互动，对代表们提出的疑问一一作了详细科学的解答，解开了不少企业负责人的谜团，为检企之间、企企之间搭建沟通桥梁。
每年的“3・15国际消费者权益日”到来之际，检验中心定期举办红木家具公益鉴宝活动，吸引众多市民携带各类藏品前来咨询与鉴定。今年更是举办了红木大讲堂，分别从宏观和微观上描述了红木家具，讲解怎样选购红木家具，分析红木市场乱象，提醒消费者在选购红木家具时应注意的事项。从而有效地引导消费者安全消费，增强消费者维权意识。
一位参加过活动的市民说，这里举办的活动不仅让他了解到红木的基础知识，对红木检测有了更直观的认识，还提高了自己的消费观念和维权意识，以后能多举办此类活动就更好了。
学科交叉，成绩斐然
提高对红木的认识不仅要从消费者着手，实际上，企业经营者往往也对红木知识一知半解。为此，检验中心举办了一系列“送技术、送信息、送检测”进企业商场活动。企业方面深入红木生产企业，从源头上抓起，指导企业原材料把控及生产工艺，更加全面地为红木产业提供技术服务。商场方面开展质量巡检活动，商户的在售产品逐一进行检查，检查内容包括红木家具产品保证文件、材质宏观检验等。及时发现质量隐患，关注红木商品质量，营造放心的消费环境，更加全面的为红木产业提供技术服务。
打铁还需自身硬，要更好地为红木产业提供技术服务，就要不断增强自身技术实力。科研无疑是提升技术实力最好的方法。
“实际上红木中心能走到今天，最主要的是我们抓住了科技创新这个主线，所以才取得了行业内人士的认可。”夏兆鹏说。
据了解，很多创新都是从学科交叉产生的灵感。截止目前，山东省红木产品检验中心共申请相关领域的专利5项，其中发明专利4项（2项已经授权），实用新型专利1项（已授权）。而这些专利技术已有多项得到了应用。
夏兆鹏博士举例说，木材的检验与纤维检验有所不同，在检验前要先对样本进行软化，而过去这一技术耗时较长，因此，检验中心研发成功了“新型硬、重木材软化试剂及其软化方法”。
据了解，这一方法比传统软化方法用时减少近50%以上，该木材软化技术已在多家技术机构成功应用，累计制作切片7000多个（片），为保护我国木材进出口贸易利益、产品质量监督、珍贵树种保护、打击犯罪、高校科研工作以及维护生产和消费者权益提供了坚实的技术支持，产生了良好的社会效益。
研发成功木材软化仪器评价方法及抗切强度测试仪，实现了软化效果评价的仪器化，为开发新型木材软化方法和试剂奠定了基础，结束了用经验判断硬、重木材软化效果的历史。
经过多年的基础性研究和验证，检验中心博士科研团队开发的“微量快速珍贵木材鉴别方法”也已经接近尾声，这个方法克服了传统检测方法时间长、对样品破坏严重、检测不准确等缺点，仅仅需要100毫克的样品，便可以在30分钟时间内精确地区分相近树种。
“这一方法我们已经申请了两项国家发明专利，目前正在接受国内同行的盲样检测以测试该方法的稳定性。” 夏兆鹏博士自豪地说。
木纤维篇2
关键词：木质素；碳纤维；制备；性能特征
1959年，日本人近藤昭男[1]首先发明了用聚丙烯腈（PAN）纤维制造碳纤维，其后经过几十年的不断发展，又相继出现了以沥青、粘胶纤维为基体的碳纤维产品。如今，碳纤维已发展成为独立完整的新型工业体系，被喻为是当今世界上材料综合性能的顶峰。碳纤维主要是由碳元素组成的一种特种纤维，分子结构界于石墨与金刚石之间，含碳体积分数随种类不同而有所差异，一般在0.9以上。碳纤维的显著优点是密度小、纤度好和抗拉强度高，同时具有一般碳材料的特性，如耐高温、耐摩擦、耐腐蚀、耐老化、导电、导热、膨胀系数小等[2]。由于碳纤维这些优异的综合性能，使其成为航空航天、国防军事工业不可缺少的工程材料，同时在体育用品、汽车制造、医疗器械和土木建筑等民用领域也有着广泛应用。然而，随着石油资源的日趋枯竭，开发一种可再生、易降解的新型生物材质碳纤维已成为一种必然的趋势。
在地球上，除苔藓和菌类之外，一切的植物都含有木质素。木质素的结构复杂，不能用简单的言语表达，只能说是一类具有芳香族特性，并以苯丙烷单体为骨架，非结晶性的，具有三维网状结构的无定型高聚物[3]。由于木质素的分子链中具有大量苯环结构，含碳量高达50%以上，因此被认为是碳素材料的合适原料。早在20世纪70年代初，日本化药株式会社首先以木质素为原料进行了碳纤维的工业化生产，但因其成本和性能都无法与当时的腈纶基碳纤维相竞争，故从1973年起已全面停产[4]。不过，受石油危机的影响以及科技的进步，最近几年木质素基碳纤维的研制工作又开始兴起，无论是制备方法还是产品性能均有所突破，为此研究木质素基碳纤维不仅可以拓宽碳纤维原料的来源，而且可以减少石油产品对地球生态带来的负面影响，具有优良的社会和经济效益。
1 木质素基碳纤维的制备
1.1 木质素的分离和提取及其纺丝
目前，分离木质素的方法大体有两种[5]：一种是将植物中木质素以外的成分溶解去除，木质素作为不溶性成分被过滤分离出来；另一类是正好相反，木质素作为可溶性成分，将植物中的纤维素等其他成分溶解进而分离木质素。不同的分离提取方法，最终木质素的分子量和结构也不完全一样，这将影响到纺丝后的木质素纤维和最终碳纤维的性能。
最初提取木质素是将木材片用亚硫酸盐和氢氧化钠在130℃～140℃下进行蒸煮、分解[4]。其中木质素与亚硫酸盐作用以木质素磺酸盐溶出，将含有木质素的蒸解液酸化使得木质素沉淀，经离心分离及过滤而回收，干燥后得到木质素粉末。目前，除极少数情况外，木质素基本不回收，蒸解液直接作为原料参与木质素纤维的熔融纺丝。不过，用这种方法最后得到的碳纤维强度不高，其原因在于提取木质素时引入了较多的钠、钙等无机物杂质，后处理中又无法去除，使得碳纤维的结构存在缺陷。
为了提高最终产品——碳纤维的品质，减少结构缺陷，近年来研发出多种木质素分离提取的新技术，其中主要有：高压蒸汽法（蒸汽爆破法）、有机溶剂制浆法、化学改性法、聚合物共混法等。
1.1.1 高压蒸汽法（蒸汽爆破法）
周藤健一等人[6]用高压水蒸气代替亚硫酸盐溶剂处理木材，然后使用有机溶剂或碱溶液提取其中木质素，再经减压加氢裂化，最后在氮气氛中熔融纺丝，从而制得木质素纤维（木质素基碳纤维前驱体）。由于在制造原丝过程中克服了引入较多杂质的缺点，因此最终碳纤维的抗张强度由原来的1.25 kgf/mm2提高到30 kgf/mm2～80kgf/mm2。在此基础上，Sudo等[7]利用蒸汽爆破法制备了白桦木质素，并采用氢化处理对木质素进行热熔化改性制得可用于传统熔融纺丝法的优质原液。
1.1.2 有机溶剂制浆法
目前使用的木质素提取法多使用无机碱溶液进行制浆，但是也有使用有机溶剂进行制浆的。有机溶剂制浆法是用醋酸、苯酚、甲醇、乙醇等有机溶剂来进行蒸煮、分解，目前研究还停留在实验室阶段。Uraki等人[8]采用醋酸进行制浆，得到有机溶剂型纺丝原液。不过在纺丝过程中，发现纺丝液的总体机械性能相对较低，这可能是由于木质素的分散性和制浆过程中木质素部分羟基被乙酰化所引起的。此外，Kubo等[9]同样采用醋酸作为制浆溶剂得到的软木木质素作为原材料，在去除高分子馏分和不稳定物质后，在350℃～370℃的温度下直接纺丝，纺得原丝后不经过预氧化直接炭化制得碳纤维。虽然碳纤维性能有所下降，但仍能达到“通用级”水平，且由于没有预氧化处理而降低了碳纤维的生产成本。
1.1.3 化学改性法
加热不熔的木质素经化学改性可变成可熔融纺丝的木质素，其中最关键的步骤就是加氢和重质化。加氢可消除木质素中存在的遇热不稳定官能团或键，转换成分子可旋转的立体结构；重质化通过减压热处理去除可挥发的低分子量物质，使残留的木质素相对分子量提高，增加可纺性。另外，苯酚分解也是木质素的化学改性方法之一。马晓军等人[10]研究发现，在苯酚液化木材体系中，木质素最容易液化，其次是半纤维素，而纤维素最难被液化。而Sudo等[11]采用苯酚对木质素进行改性，再用相同的纺丝、热处理和炭化方式制得碳纤维。通过与氢化处理碳纤维相对比发现，在其他性能相当的情况下，酚化碳纤维的产量由原来的15.7%～17.4%提高到43.7%，表明苯酚改性法要优于加氢处理法。
1.1.4 聚合物共混法
聚合物共混法主要是在含木质素的纺丝液中加入其他聚合物，然后进行混合纺丝的方法。木质素与聚合物的混合物，其可纺性以及制成碳纤维的力学性能受到聚合物种类和混合比例的影响。Kadla等人[12]研究了在木质素溶液中按比例加入聚乙烯进行混合纺丝，结果发现混合纺丝液的可纺性有所提高，但当聚乙烯含量超过5%时，木质素与聚乙烯混合物的稳定性变差。另外，将所得前驱体进行热处理和炭化，制得的碳纤维产量可提高至45%。同时，不是所有的聚合物都能与木质素相混合，以阔叶树木质素为例，聚丙烯（PP）与木质素不相容，得到负的混合效果；而聚对苯二甲酸乙二酯（PET）与木质素相容，可制得高力学性能碳纤维。
1.2 木质素纤维的预氧化及炭化
早期研究认为，木质素纤维和纤维素一样，在分子结构中结合有氧原子，炭化前不必进行特殊处理，加热至1000℃时，纤维基本上由碳原子组成，碳化时间为0.5h～8h就可得到实用产品。但是近年来一系列研究发现，炭化前需要在200℃条件下对木质素纤维进行预氧化，然后在高于1000℃温度下进行炭化。如Uraki等[13]采用热塑性的软木醋酯木质素为原料，先在220℃下预氧化，得到热稳定原丝；然后将原丝置于1000℃的氮气蒸汽中炭化成碳纤维。
2 木质素基碳纤维的性能特征
2.1 木质素基碳纤维的结构
不同木质素基碳纤维的制备方法会得到不同结构形态的碳纤维，而结构对于碳纤维的各项性能有着巨大的影响。一般用来检测碳纤维结构的手段是扫描电子显微镜（SEM）和X射线衍射法（XRD）。Uraki等人[8]通过SEM观察所制木质素基碳纤维微观形态发现，纤维表面不存在微孔结构，但是截面没有如沥青基碳纤维那样的放射状条纹，而是呈现平行状结构，表明在纤维轴向上还不具有六角形网状结构的结晶碳。而这一性能特征也被周藤健一等人[6]用X射线衍射法所证实，他们通过研究发现，随着炭化温度的上升，两种碳纤维的碳芳香环平面重叠微晶厚度增加，晶格面间距减小，但是仅在沥青基碳纤维上发现碳结晶成长，而木质素基碳纤维上结晶成长困难。
2.2 力学性能
影响碳纤维力学性能的主要因素是碳结晶成长的程度和是否沿纤维轴取向。高弹性模量碳纤维是由沿纤维轴取向的单个较大碳结晶构成，高强度碳纤维的结晶没有高弹性模量碳纤维那样的成长程度，但却是沿纤维轴取向的。由于木质素基碳纤维碳结晶成长困难，取向度低，所以导致其力学性能不佳。木质素基碳纤维的拉伸强度比三大基质碳纤维的拉伸强度要小得多，一般为350 MPa ～550MPa[14]，实验室制得最大强度也只有890MPa[7]，仅为东丽T-300型碳纤维强力的四分之一。影响木质素基碳纤维力学性能的原因有很多，主要是原丝生产过程中杂质的引入以及炭化过程中纤维内部微孔的产生，这些结构上的缺陷直接导致纤维强度的降低。
2.3 纤维直径
碳纤维的直径与力学性能有密切的联系，一般纤维直径越小，力学性能越佳。这是因为通过纺丝生成的原丝，其体积会在预氧化和炭化过程中收缩，如果原丝的直径过大，在预氧化过程中容易出现表面氧化而内部未被完全氧化的现象，经过炭化工艺会出现皮芯结构，从而影响最终产品的力学性能。在木质素基碳纤维研制的初期，纤维直径一般控制在25μm～55μm左右[12]，而随着科技的进步，更细直径的木质素基碳纤维被越来越多地研制出来，实验室中利用静电纺丝法甚至研制出了400nm～1μm的超细直径木质素基碳纤维[15]。
3 结语
木质素基碳纤维的生产成本仅为腈纶基碳纤维的几分之一，加上石油资源的日趋匮乏，其开发及应用前景无疑是非常广阔的。不过，受材料自身性能的制约，要成为名副其实的高性价比材料还要进行更多的研究。首先，要优化木质素的提取工艺，减少前驱体中杂质的引入；其次，在预氧化及炭化过程中，也要加强对温度的控制，提高纤维内部分子的取向度，限制氢、氧等元素组成气体的产生和排放，减少纤维的结构缺陷；最后，可以进一步研发木质素与其他高聚物复合而成的木质素基复合碳纤维，同时增强碳纤维表面活化处理工艺的研究，提高木质素基碳纤维的附加值。相信不久的将来，木质素基碳纤维作为一种新型、廉价的高性能材料会被广泛地应用到人类生活的各个方面。
参考文献：
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木纤维篇3
关键词：木质纤维；预处理；进展
作为世界经济支柱的石油资源预计在数十年左右将会枯竭，因此，石油替代品的开发研究迫在眉睫。目前有很多国家在研究以木质生物资源为原料用生物转化法制备燃料乙醇，以替代或部分替代储量有限的石油。
木质生物资源的主要成分是纤维素、半纤维素和木素。其中，纤维素、 半纤维素是可发酵糖的来源，含量占66%～75%（纤维质原料的绝干重量）[1]。由己糖通过酿酒酵母发酵生成乙醇是很成熟的工艺，当采用纤维素酶水解木质生物资源制造乙醇时，纤维素酶必须接触吸附到纤维素底物上才能使反应进行，因此，纤维素对纤维素酶的可及性是决定水解速度的关键因素。木素的存在阻碍了纤维素对酶的可及性，且纤维素的结晶结构以及木质生物资源的表面状态、木质生物资源的多组分结构、木素对纤维素的保护作用以及纤维素被半纤维素覆盖等结构与化学成分的因素致使木质生物资源难以水解。木质生物资源随着种类的不同，结构与化学成分存在差异，对酶的可及性也有所差异。总的来讲，未经预处理的天然状态的木质生物资源的酶解率小于20%，而经预处理后的水解率可达理论值的90%以上。预处理方法的选择主要从提高效率、降低成本、缩短处理时间和简化工序等方面考虑。理想的预处理应能满足下列要求：产生活性较高的纤维，其中戊糖较少降解;反应产物对发酵无明显抑制作用；设备尺寸不宜过大，成本较低;固体残余物较少，容易纯化；分离出的木素和半纤维素纯度较高，可以制备相应的其他化学品，实现生物质的全利用。
目前，木质纤维原料预处理的方法主要有物理法，化学法，物理化学法，生物法等。
1 物理方法
常用的物理方法有剪切和研磨，高温液态法，高温分解，微波处理，蒸汽爆破和高能辐射等。
1.1 剪切和研磨
Stuart等[2，3]发明了一种特殊的纤维素浆的高速剪切装置，可有效破坏纤维素与木质素和半纤维素的物理、化学结合，并显著降低纤维素大分子的结晶度，提高比表面积。研磨的方法有球磨、锤磨等，比较有效的是球磨。1946年有人用球磨制得了完全无定形结构的纤维素，但这种结构很不稳定，很快又重新形成晶态结构，这也是机械物理方法常有的弊端。球磨可使纤维素的结构松散和使微纤中和微纤间晶区间存在的氢键断裂[5，6]。使用三轮球磨处理木质纤维素，对糖化反应极为有效。但存在的问题是，机械处理方法的能耗很高，这无疑增加了生产成本。
1.2 高温液态法
液态热水法是指将物料置于高压状态的热水中，温度为200～230℃，处理物料2～15min使物料的40%～60%溶解，可除去4%～22%的纤维素，35%～60%的木素以及所有的半纤维素[3]。用酸水解生成的糖液，可使以单糖形式存在的半纤维素的回收率高于90%，并且，可使活性纤维转化率高达90%，但只能在较低固体含量（20%）下对物料进行处理，因此能耗较大，生产效率较低[7]。
1.3 高温分解
当原料在300℃以上的高温条件下处理时，纤维素快速分解成为气体和残留固体[8]。如果温度降低，分解速度就会减慢，而且还会产生挥发性的副产物。高温分解后的木质纤维经0.5mol/L H2SO4、97℃、2.5h水解可使80%～85%的纤维素生成糖，其中葡萄糖占50%以上[1]。在热解过程中加入氧会加快分解过程，当用氯化锌或碳酸钠作催化剂时，可以在较低温下实现对纯纤维素的分解。
1.4 微波处理
微波是频率在300MHz到300GHz的电磁波（波长1m～1mm）。微波处理能使纤维素的分子间氢键发生变化，处理后的粉末纤维素类物质没有胀润性，能提高纤维素的可及性和反应活性，可以提高基质浓度，得到较高浓度的糖化液，处理时间短，操作简单，但由于处理费用较高而难以得到工业化应用。
1.5 高能辐射
利用高能射线如电子射线、γ射线来对纤维素原料进行预处理，以获得所期望的纤维素聚合度和增加纤维素的活性，以减少溶解用或反应用化学药品造成的废水、环境等污染。文献[7]指出，电离辐射的作用，一方面是使纤维素聚合度下降，分子量的分布特性改变，使其分子量分布比普通纤维素更集中；另一方面是使纤维素的结构松散，并影响到纤维素的晶体结构，从而使纤维素的活性增加，可及度提高。但是辐射处理的成本较高，目前还很难用于大规模的生产。
2 化学预处理法
常用的化学法有臭氧法、酸水解法、碱法、氧化脱木素法、有机溶剂法等。
2.1 臭氧分解法
臭氧可以用来降解麦草、甘蔗渣、干草、花生、松木、棉杆和杨木锯末等许多木质纤维原料的木素和半纤维素。该法中木素受到很大程度的降解，而半纤维素只受到轻微攻击，纤维素几乎不受影响。臭氧预处理的杨木锯末酶法水解得率为0～57%，木素含量从29%降低为8%。臭氧分解有下列优点：（1）高效脱除木素；（2）不产生有毒的阻碍生物过程的化合物；（3）反应在室温、常压下进行。缺点是预处理需要大量的臭氧，生产成本昂贵[8]。
2.2 酸水解
主要有浓酸水解和稀酸水解两种。稀酸处理的优点在于半纤维素水解得到的糖量大，催化剂成本低，易于中和。但半纤维素水解产物五碳糖易在催化下进一步降解（糠醛）。稀酸水解过程为多相水解反应，硫酸浓度一般0.5%～2%，温度为180～240℃，时间为几分钟到几小时。Brink[9]为天然纤维素转化为葡萄糖提出了一个两步法过程。第一步，把半纤维素解聚为木糖和其他糖类。第二步，把纤维素解聚为葡萄糖。由于酸的浓度低，可以不必进行酸的回收。但葡萄糖的最大产率仅占纤维素的55%，并且有较多的解聚产物会阻止酵母发酵生成乙醇[10]。法国在1856年即开始进行了浓硫酸水解法进行乙醇生产。浓酸水解过程为单相水解反应，纤维素在浓酸作用下首先溶解，然后在溶液中进行水解反应。浓酸能够迅速溶解纤维素，但并不是发生了水解反应。浓酸处理后成为纤维素糊精，变得易于水解，（纤维素经浓酸溶液生成单糖，由于水分不足，浓酸吸收水分，单糖又生成为多糖，但这时的多糖不同于纤维素，它比纤维素易于水解）但水解在浓酸中进行得很慢，一般是在浓酸处理之后再与酸分离，使用稀酸进行水解。传统的酸水解流程包括固定水解法、分段水解法和渗滤水解法。一般采用连续渗滤反应器，固体物料充填其中，酸液连续流过。这样水解所产的糖可连续流出，减少了在床内停留时间，相应也减少了糖的进一步反应。也有人提出了两步法稀酸水解。首先原材料用0.5～2.5 mol/L的稀硫酸处理，约有50%的半纤维素转化为可溶性的低聚糖或单糖， 然后在62.5%～87.5%的液体乙醇中，用2mol/LH2SO4处理，脱除木素。通过以上两步，总纤维素得率>60%[11]。近年来，人们还研究了助催化剂的作用。即用某些无机盐（如ZnCl2，FeCl3等）来进一步促进酸的催化作用[11]。加电解液NaCl溶液可观察到非均相稀酸水解速率的提高，酸解速率与添加的电解液的浓度成线性关系。还有人尝试在渗滤反应器酸解过程中添加非水溶剂。如在稀硫酸中使用丙酮，葡萄糖产率为83.4%，不用丙酮，产量为65%。这表明，在适合的糖化条件下，可用丙酮、酸、水混合体系[12]。酸解法已有近一百年的历史，发展至今，仍存在许多问题，如酸回收问题、设备腐蚀、工程造价等。另外，酸水解产生大量的副产物如甲酸、乙酸、糠醛、5-HMF（5-羧甲基糠醛）和苯系化合物，对后续发酵有相当的抑制作用。使得乙醇的产量和产率都不是太理想，因此酸法水解正逐渐被生物法所取代。
2.3 碱水解
某些碱可以用来预处理木质纤维原料，处理效果主要取决于原料中的木素含量。碱水解的机理是基于连接木聚糖半纤维素和其他组分内部分子之间（比如木素和其他半纤维素之间）酯键的皂化作用。连接键的脱除增加了木质纤维原料的多孔性。稀 NaOH 处理引起木质纤维原料润胀，结果导致内部表面积增加，聚合度降低， 结晶度下降，木素和碳水化合物之间化学键断裂， 木素结构受到破坏。 随着木素含量从24%～55%降低到20%， NaOH处理的阔叶木消化性从14%增加到55%。 但是稀NaOH预处理对于木素含量超过26%的针叶木没有效果。 对于木素含量低（10%～18%）的草类原料，稀 NaOH预处理是有效的[13]。
2.4 氧化脱木素
在过氧化氢存在的情况下木素可被过氧化物酶催化降解。采用过氧化氢预处理甘蔗渣可以增强其对酶水解的敏感度。在2%过氧化氢、 30℃条件下预处理8h，后续糖化作用中（45℃条件下经过纤维素酶水解 24h）大约 50%的木素和大部分半纤维素溶解，纤维素转化成葡萄糖的转化率为95%。Bjerre等[14]研究发现（20g/L麦草，170℃，5～10min）经氧化和碱预处理后水解，麦草纤维素转化成葡萄糖的转化率可达85%。
2.5 有机溶剂法
在有机溶剂法中，有机溶剂或水性有机溶剂和无机酸催化剂混合物可用来断裂木素和半纤维素内在的化学键。使用的有机溶剂包括甲醇、乙醇、丙酮、 乙烯基乙二醇、三甘醇及四氢化糠基乙醇。有机酸比如草酸、乙酰水杨酸和水杨酸可作为有机溶剂法的催化剂。在高温条件下无需添加催化剂即可获得满意的脱木素度。使用的溶剂经过排放、蒸发、浓缩和回收处理，既可降低成本又避免了阻碍微生物生长、酶法水解和发酵的化合物生成。
3 物理化学法
常用的物理化学法有蒸汽爆裂法、氨纤维爆裂、CO2爆破法、蒸汽爆裂与乙醇抽提结合法、氨冷冻爆破法等。
3.1 蒸汽爆裂法
这一方法主要指蒸汽爆破技术。蒸汽爆破是将木质纤维原料先用高温水蒸气处理适当时间，然后连同水蒸气一起从反应釜中急速放出而爆破，由于木质素、半纤维素结合层被破坏，并造成纤维素晶体和纤维束的爆裂，使得纤维素易于被降解利用。但蒸汽爆破处理后可能会提高纤维素的结晶指数[15]。最初的蒸汽爆破由Mason于1927年提出并取得专利[16]。此后各国的研究者进一步结合化学处理，使蒸汽爆破技术更加完善。蒸汽爆破与酸结合，分两步预处理。
软木质纤维，糖的回收率可大大提高，并可降低后续酶解过程的酶的用量[17]。蒸汽爆破杨木时加入NaOH，随碱浓度的增加，木质素脱除率可提高到90%[18]。蒸汽爆破的处理效果不仅与使用的化学试剂有关，而且与纤维材料的粒度大小有关。采用较大的粒度（8～12mm）不仅可节约能耗，而且可采用较剧烈的操作条件，具有较高的纤维素保留度，较少的半纤维素水解糖类损失，提高纤维素酶的酶解率[19]。
3.2 氨纤维爆裂
氨纤维爆破法比较相似于蒸汽爆破法，氨纤维爆破是指将物料置于高温高压状态的液态氨中，保持一段时间，然后将压力骤然释放，使物料爆破。
氨纤维爆破法适合于木素含量低的草本科植物、 阔材和农作物的剩余物的预处理，氨纤维爆破法可有效提高各种木素含量低的草本科植物、阔叶材和农作物剩余物的糖化率[20]。Yoon等以氨的水溶液在连续式反应器中对木质纤维原料进行预处理，把5%～15%的氨的水溶液注入有木质纤维原料的柱式反应器，使木质纤维原料被氨浸泡，反应温度为160℃～180℃，氨的水溶液的流速为1ml/cm2min，反应时间为14min。结果显示，脱除木素效果好，并且木素脱除的程度可以控制。木素是影响酶解的主要因素之一，因此，脱除木素可以降低酶的量。氨纤维爆破法对半纤维素的去除程度不高，避免了半纤维素损失； 破坏纤维素的结晶结构提高纤维素的酶解可及性；同时处理过程中产生的抑制性降解产物少。由于氨的成本高，为了降低成本，避免对环境造成污染，在预处理结束后，需对氨进行回收再用。对氨的回收是在温度高达200℃的高温下进行的，用氨的过热蒸汽来蒸发和剥离残留在处理过的木质纤维原料上的氨，然后，通过调节压力，将气态氨从反应器里排出，再回用。氨回收的设备成本及能耗高，并且氨本身的成本高，使得氨纤维爆破法的成本高，无法推广。
3.3 CO2爆破法
与蒸汽和氨爆破法一样，CO2爆破法也是对木质纤维原料预处理的方法。所不同的是该方法处理过程中CO2必须形成碳酸以增加水解率。Walsum[21]等使用CO2爆破法对玉米秸秆进行预处理，结果表明：CO2爆破法处理后的玉米秸秆比水蒸汽爆破后的玉米秸秆水解后木糖和呋喃糖得率明显提高，处理的效果与CO2的压力有关，同时也证实了碳酸可以作为后续水解的催化剂。比较甘蔗渣和废纸的蒸汽爆破、氨爆破和CO2爆破预处理，发现CO2爆破法比氨爆破法更加有效，而且不产生抑制后续水解的副产物。
3.4 蒸汽爆裂与乙醇抽提结合法
蒸汽爆裂与乙醇抽提结合法是用高压饱和蒸汽处理生物质原料，然后突然减压，使原料爆裂降解，然后通过原料洗涤再进行乙醇抽提。Hongzhang， Chen[22]等用该方法对小麦秸秆进行了预处理，工艺为：先用压力为1.5MPa， 湿度34.01%，处理时间4.5min（无酸无碱），突然减压爆裂降解。接着对原料进行洗涤，再用乙醇进行抽提，工艺为：乙醇40%，纤维/抽提液1:50（w/v）， 温度180℃ ，抽提时间20min， 0.1% NaOH。结果表明：通过该法处理后的原料中半纤维素、木质素含量明显降低。
3.5 氨冷冻爆破法
氨冷冻爆破[23]是利用液态氨相对较低的压力（1.5MPa左右）和温度（50～80℃）下将原料处理一定时间，然后通过突然释放压力爆破原料。在此过程中由于液态氨的迅速汽化而产生的骤冷作用不但有助于纤维素表面积增加，同时还可以避免高温条件下糖的变性以及有毒物质的产生。氨冷冻爆破中采用的液态氨可以通过回收循环利用，整个过程能耗较低，被认为是一种较有发展前途的预处理技术。
4 生物预处理
在生物预处理法中，褐腐菌、白腐菌和软腐菌等微生物被用来降解木素和半纤维素。褐腐菌主要攻击纤维素，白腐菌和软腐菌攻击纤维素和木素。生物预处理法中最有效的白腐菌是担子菌类。Azzam A M[24]研究了19种白腐菌预处理麦草效果，发现在5星期内35%的麦草被糙皮侧耳菌（Pleurotus ostreatus）转化成还原糖。为了降低纤维素的损失，可采用较少纤维素酶变种的侧孢霉属白腐菌 Pulverulentum 来降解木片中的木素。据报道[25]两种白腐菌对百慕大草有降解作用，用白腐菌 Ceriporiopsis subvermispora 和 Cyathus stercoreus 预处理6周，生物降解率分别提高到29%～32%和 63%～77%。
白腐菌黄孢原毛平革菌（ P.chrysosporium ）在二次代谢过程中产生木素降解酶、木素氧化酶和依赖锰过氧化物酶。其它酶，包括多酚氧化酶、漆酶、H2O2产生酶和醌还原酶也能降解木素[26]。生物预处理的优点是能耗低，所需环境条件温和。但是生物预处理后水解率很低。
5 结 语
木质纤维生产燃料酒精已成为一个热门研究课题，预处理技术作为木质纤维转化为能源的关键步骤，也成为科研工作者关注的焦点。传统的化学处理、机械处理技术等耗能较多，且不同程度地存在环境污染；蒸汽爆破具有处理时间短、减少化学药品用量、无污染、能耗低等优点，是很有发展前途的预处理新技术；生物处理技术从成本和设备角度考虑，占有独特的优势，但处理效率较低，利用基因工程和传统的生物技术对菌种和酶进行改造，提高酶活力，降低酶成本，也有望应用于大规模工业生产；利用多种预处理方法相结合，开发更加高效、无污染且成本低的预处理手段，将是今后木质纤维原料预处理的发展趋势。木质纤维原料预处理问题的解决，将为今后以木质纤维为原料的燃料酒精工业化生产打下坚实的基础。
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木纤维篇4
1材料与方法
1.1实验材料原料：均采自湖南常德汉寿县杨木速生基地，9年生的美洲黑杨Populusdeltoides，胸径11.2m以上。树高21m以上，2012年6月采样分析，2013年12月分析检测。蒸汽爆破预处理和菌处理后的杨木由中南林业科技大学生物乙醇研究中心提供。药品：氢氧化钠（分析纯AR），硝酸（AR），95%乙醇（AR），溴酸钾（AR），溴化钾（AR）为国药集团化学试剂有限公司；氯化钠（AR），苯（AR），硫酸（AR），氯化钡（CP），盐酸（AR）株洲市星空化玻有限责任公司；硫代硫酸钠（AR），碘化钾（AR），淀粉（AR），酚酞（AR），甲基橙（AR）天津大茂化学试剂厂。主要仪器：索氏抽提器，糠醛蒸馏装置、量筒、烧杯、抽滤瓶、碱式滴定管、砂芯漏斗、容量瓶、具塞锥形瓶（250/500/1000mL）、烘箱、干燥器，电炉，PB403-N电子天平，郑州长城科工贸有限公司；SHZ-D（III）循环水式真空泵，巩义市子华仪器有限责任公司，高温炉。
1.2实验方法实验各项目分析方法均采用木材化学成分分析国家标准进行[6]。其中纤维素采用硝酸乙醇法测定；半纤维素采用二溴化法测定；木质素采用Klason法测定[7]；氢氧化钠抽出物含量测定所用的NaOH浓度为0.998%；苯醇抽提物含量测定所用苯∶乙醇为2∶1；蛋白质测定方法采用凯氏定氮法测定。
2结果与分析
2.1抽提物木材中的抽出物主要为木材中少量的低分子成分，大部分储存于细胞间隙与细胞腔中，木材中所含抽提物的含量与种类因生长立地条件不同而有所差异。一般而言，冷水抽提物包含单宁、色素、生物碱(主要为它的盐类)，可溶性矿物成分及某些单糖；热水抽提物除含有上述成分外，还包含有淀粉和果胶质；1%NaOH抽提物除包含更多量的热水抽提物的各种成分外，还含有蛋白质、氨基酸、部分半纤维素、木质素的低聚物，以及少量油脂、蜡、树脂和香精油；苯、乙醇抽提物中，主要有树脂、蜡、脂肪、香精油、单宁、色素、部分碳水化合物和微量的木质素[7]。从表1可以看出原木试样的抽提物含量和一般阔叶木中所含结果没有多大区别。如表1所示，经过爆理后的试样抽出物含量均高于原木试样，这说明原木在高温和稀酸处理下组分发生了变化，特别是高分子化合物。如图1，从1%氢氧化钠抽提物的含量比原木提高了近20个百分点，热水抽提物是原木的一倍左右可以看出爆破预处理后半纤维素降解为一些小分子的有机物。而在菌处理的杨木中NaOH抽提物高达到59.7%，这说明细菌将木材中大分子有机物分解成低聚物，因此NaOH抽提物也可以作为判断木材是否腐朽的一个重要指标。从表1可以看出，对菌处理后的试样各抽出物含量均大于其他两项，这是因为菌处理使得大部分纤维素转化为乙醇和分解残留的小分子。菌处理后的木材的抽出物除原木中所含的少量成分外，有木材中的高分子降解后的低聚物，也有菌种在对木材作用后产生的代谢低分子产物以及部分培养菌种所必须的培养基溶液，使1%氢氧化钠抽提物的含量又提高了近20多个百分点。
2.2灰分灰分是树木生长不可缺少的营养成分，原木试样中的灰分为0.66%，属于阔叶材中灰分一般的树种，经爆理后，部分可溶性钾、钠盐灰分溶解在水中，剩下不溶的钙、镁盐类，所以这时的灰分有所降低。菌处理属于生物反应工程，灰分的存在对其会有一定的影响，控制一个适宜的环境对于反应过程至关重要。所以菌处理后的灰分又所增加，这是菌种在进行反应过程中产生了代谢产物以及加入了适宜菌种生存的培养基溶液造成的。
2.3半纤维素与纤维素木材细胞壁主要是由纤维素、半纤维素、木质素组成。纤维素和半纤维素是可供生物乙醇发酵的主要成分。蒸汽爆破预处理利用木材细胞壁组分在165℃会发生热解的原理，从而在高温高压酸性环境下加速这种热解反应，将部分纤维素和大部分半纤维素水解为五碳糖和六碳糖。如图2对比蒸汽爆破前后的半纤维素含量和热水抽提物含量，我们可以看出木材在酸性水蒸气的条件下，经过高温高压（3MPa、200ºC以上）处理使得原细胞壁被破坏，半纤维素基本被热水解，这就使得1%NaOH溶液和苯醇抽提物含量均比原木抽提物显著提高。蒸汽爆破将大量半纤维素水解为较小单元对后期菌处理有所贡献，在较大改变木材原结构的同时对纤维素的水解贡献大，适宜作为生物乙醇生产的预处理步骤。而经过菌处理后，木材的纤维素基本被酶水解，故抽提物含量也大大增加。纤维素的含量在经过蒸汽爆理后略有提高，这是由于蒸汽爆破将大部分半纤维水解并流失到溶液中，使得原料的质量减少而导致纤维素有所提高；而经菌处理后的试样纤维素含量显著降低而半纤维素基本没有减少，说明混合纤维素酶主要酶解的是纤维素。同时，由于随着纤维素酶解含量的降低使得基数变小，导致了酸不溶木素含量的增加。
木纤维篇5
二、实习时间及地点：2011年6月24号浙江江山丽人木业有限公司
江山丽人木业有限公司位于浙江衢州市，常期采购五金、机电、化工等。公司秉承"顾客至上，锐意进取"的经营理念，坚持"客户第一"的原则为广大客户提供优质的服务。主要生产中、高密度纤维板材和刨花板。
三、实习内容1、纤维板定义：纤维板是以植物纤维为主要原料，经过热磨、施胶、铺装、热压成型等工序制成。
2、纤维板分类：纤维板有密度大小之分，密度在450千克/立方米以下的为叫低密度板纤维板，密度在450-880千克/立方米之间的为叫中密度纤维板（简称mdf），密度在880千克/立方米以上的为叫硬质纤维板（简称hdf）。
3、主要利用途径：密度板主要用于成品家具的制作，同时也用于强化木地板、门板、隔墙等。硬质纤维板主要用于顶棚、隔墙的面板，板面经钻孔形成各种图案，表面喷涂各种涂料，装饰效果更佳。硬质纤维板吸声、防水性能良好，坚固耐用，施工方便。4、纤维板生产工艺
原木-剥皮-削片-筛选-预蒸煮-旋风分离-干燥-施胶-热磨-蒸煮-筛分-铺装-预压-连续平压磨-养生-砂光-裁切-分等-包装-入库
蒸煮程序中立式蒸煮缸是生产线的重要设备，在该设备中，木片在压力为6-8bar、温度为150-160℃的饱和蒸汽下蒸煮软化。木片在蒸煮缸中的停留时间为1-3分钟。立式蒸煮缸属压力容器，可保证去除原木材中可能存在的有害物质。
热磨是非常关键的生产流程，在此设备中，经过蒸煮的木片在高速旋转的磨片中分离成纤维。热磨机磨室压力8-9bar，温度140-150℃，总装机7000kw，转速1500rpm。热磨系统是高温高压系统，对木片和纤维同样起到熏蒸作用。
连续热压机是生产线最关键的设备，此设备通过温度、压力和生产速度的精密配合，迅速使板坯中胶黏剂固化，将板坯压制成型。
将成型的素板按张次堆放在专门的区域，让它自行调理，物理应力充分释放。这个过程大概是两天，称为养生。养生后的板材性质会更加稳定，不容易变形。
5、加工应注意的问题：
（1）原料要求：一般选用密度低而强度高的树种。
（2）蒸煮过程要充分适当。
木纤维篇6
1.桥梁中的应用分析
美国在近年来一直着手于通过纤维增强塑料筋进行桥梁的建造，经过科学严谨的设计和构造，最后构建出了一座仅由两块均重6.3t的复合材料桥面板构成的全复合材料桥，它的质量只是相同规格水泥桥面的1/10。这座全复合材料桥的建造为复合材料以及纤维增强塑料筋在土木工程中的施工利用打下了坚实的基础，同时也促进了纤维增强塑料筋在土木工程中的应用与发展。此外，加拿大和日本等国也相继在桥梁工程中应用纤维增强塑料筋，并也获得了成功，这些成功的实例充分证明了纤维增强塑料筋在土木工程中利用的可行性，并且在具体的桥梁工程施工中，加强施工管理，落实现场监督和指导，就能在很大程度上实现桥梁工程中应用纤维增强塑料筋的目标。
2.海洋工程中的应用分析
海水具有较高的盐分，这就使得海洋工程建筑会受其腐蚀，进而影响工程建筑的使用寿命，针对这一问题，海洋工程建筑在建设中通常都采取15cm的钢筋混凝土的方式进行防腐，但是这也只能保证建筑工程20年的使用寿命，违背了最初海洋工程发展初衷和要求。而纤维增强塑料筋所具有的较强耐腐蚀性能，受到了海洋工程建筑的推广，有效解决了阻碍海洋工程建设发展很久的一大难题，对海洋事业发展做出了巨大贡献。而且在海风中盐分含量也相对较高，这势必会腐蚀破坏海洋周边的陆地建筑，使其产生早期劣化现象，缩短建筑的使用寿命。所以在沿海建筑中也需要大规模应用纤维增强塑料筋，以此增强建筑抵御海风中盐粒子的能力。当前很多国家已经在海洋工程建筑中应用纤维增强塑料筋，不仅实现了资源的节约，同时也让建筑成本得到了有效的降低。
3.岩土工程中的应用分析
岩土工程离不开土壤，但是土壤中蕴含的各类物质却会腐蚀岩土工程的锚杆，当前，主要采用高抗拉强度的钢筋作为岩土工程的锚杆，如果锚杆被腐蚀，那么就不能发挥其钢锚杆锚固工程的作用，甚至会还会致使安全事故的产生。在二十世纪九十年代的时候，国外一些国家就已经开始尝试利用纤维增强塑料筋来代替钢筋锚杆，这样即使遇到恶劣地质的时候，可以发挥纤维增强塑料筋的众多优势，而不需要采取其他防护措施，而且其运输方便，为一些位于复杂地形区域的岩土工程建筑带来了更多便利。
4.特殊工程中的应用分析
在土木工程中还涉及很多的特殊工程，例如高寒环境的工程或者是非导电结构工程、非磁性结构工程等。如果将钢筋等材料应用于非导电结构工程或者是非磁性结构工程中，那么必须要通过相对应的纷繁复杂的工序来进行钢筋的绝缘防护，如果绝缘防护过程中出现问题，不仅不能满足该结构工程的建设要求，还有可能引发一些不良后果。但是纤维增强塑料筋以其较好的非磁性和电绝缘性，使其成为该类结构工程的首选，特别是在军事工程中，更是得到了广泛应用，因其防治雷达和电磁干扰的性能，为军事信息的安全可靠提供了很大保障。在高寒环境中，工程建筑的要求会比一般工程建筑的要高很多，尤其是在高寒环境中不容易进行维护和保养工作，其成本也要较高，因此对建筑材料提出了极高的要求，而纤维增强塑料筋的应用，不仅能够降低建筑的维护项目和成本，还能够缩短工程工期，确保了高寒工程的耐用性。
二、结语
木纤维篇7
关键字：纤维增强塑料筋；土木工程；新型材料；工程应用
中图分类号：TU198文献标识码： A
引言：
目前土木工程中普遍存在着一个问题，即是传统的钢筋混泥土结构中，由于钢筋锈蚀而引起结构破坏。这一现象并不少见，根据统计由于钢筋锈蚀而引起的钢筋混泥土结构破坏，在钢筋混泥土结构破坏的原因中占到百分之五十五的高比例。每年用于修复这一损坏，需要耗费大量的人力和物力，且容易产生安全隐患。因此，纤维增强塑料这一新型复合材料的出现引发了业内人士的广泛关注。
一、纤维增强塑料的简介
纤维增强塑料又简称为EPR，由聚乙烯树脂或者其他具有类似作用的树脂作为基地材料，将多股连续的纤维胶合起来，再经由特殊的模具进过一系列操作使之成型。这种新型复合材料在土木工程中代替钢筋而使用，与钢筋相比其最大的优势就是不会锈蚀。除了良好的抗腐蚀性之外，纤维增强塑料还具有强度高、模量高、耐久性高、密度低以及良好的抗疲劳性等特点。
目前在土木工程中主要使用的是碳素纤维增强塑料、玻璃纤维增强塑料及芳纶纤维增强塑料。但是纤维增强塑料最早并不是应用于土木工程行业中的，直到八十年代的时候纤维增强塑料才从航天领域发展到土木工程领域，并得到广泛的应用。纤维增强塑料筋只是纤维增强塑料棒材中的一项，其他的还有片材、棒材、型材等。
二、纤维增强塑料的优势
1、减轻结构自重
纤维增强塑料筋由于其制作材料和制作工艺的原因，密度很小，仅为钢筋的七分之一至五分之一左右。且纤维增强塑料筋的强度也高于钢筋，约为钢筋的十至十五倍。因此在强度与刚度要求同样的情况下，使用纤维增强塑料筋的结构比之钢筋结构质量要轻的多。因此，使用纤维增强塑料筋的土木工程项目施工时不仅可以大幅度的减轻结构自身的重量，还可以减轻施工的荷载，节约施工成本。这一优势在使用纤维增强塑料筋建造悬索桥以及大跨度的斜拉桥时十分突出，不仅可以加强桥的稳固性，对于地震灾害给桥梁带来的影响也可以减轻。
2、耐腐性好
传统的钢筋混泥土结构建筑有一个致命的缺点，那就是钢筋的锈蚀给建筑所带来的安全隐患。检查与修补有钢筋被锈蚀的建筑需要耗费大量的人力与物力，还会给人民的生命财产安全带来隐患。而纤维增强塑料筋的耐腐蚀性能比之钢筋要好很多，其对于大气、水、一般浓度的酸、碱、盐及油类和溶剂都有着很好的抵抗力。正是由于纤维增强塑料筋的这一特性，在土木工程中纤维增强塑料正在逐步取代这钢材、木材等不耐腐蚀的材料。这样不仅可以增强结构的稳定性，还能延长建筑的使用寿命，减少对于建筑的检测和维修费用。
3、可设计性强
纤维增强塑料根据原材料的不同，其物理特性也有着一定的差异。因此在土木工程使用纤维增强塑料时，可以根据工程的实际需要来设计纤维增强塑料。采用不同的原材料可以满足实际土木工程施工中不同需求所要求的特性，可以通过改变材料的配比来突出纤维增强塑料的强度、耐腐性、耐高温性等。这种灵活的特性可以满足土木工程对于材料的不同需求，方便又快捷。
三、纤维增强塑料的应用
1、应用与海洋结构
由于海洋中的环境比较复杂，不仅有海水以及海水中所含电解质对于材料的腐蚀，还有海水的压力对于材料的考验。传统的钢筋材料往往在海洋结构中损耗较大，稳定性也较差。而纤维增强材料的耐腐蚀性以及高强度很好的弥补了钢筋的这一不足，因此在海洋结构以及对与电磁波有着特殊要求的结构中纤维增强筋有着优秀的表现。
2、应用与桥梁建造
纤维增强塑料筋具有很强的灵活性，可以根据土木工程的不同需求改变材料的配比来突出其中一项特性。因此，可以通过对纤维增强塑料筋施加预应力的方式来提高纤维增强塑料筋的强度。这种拥有高强度的纤维增强塑料筋可以应用与桥梁的建造中，制成桥梁的拉索或者是悬索。这样不但能够增强桥梁的跨越能力，还能提高桥梁的稳定性。
3、其他应用
纤维增强塑料的可塑性很强，除了可以制成纤维塑料筋之外，还可以制成纤维增强塑料布、板以及网格等。虽然形式不同，但是应用原理都是纤维增强塑料的耐腐蚀性、高强度以及密度小等优势。其中以纤维增强塑料筋混泥土应用的最为广泛。在土木工程中运用纤维增强塑料不仅可以增强工程的稳定性，还能节约建造所需的人力物力等。所以纤维增强塑料的应用随着其技术的成熟将越来越广泛。
总结：纤维增强塑料因其各种优势，现已成为土木工程中新兴的结构材料，其优良的性能使的纤维增强塑料的应用前景十分广阔。但是由于纤维增强塑料是一种新兴的材料，在实际运用中缺乏足够的实践经验。土木工程相关工作者还需要进一步探索这种材料，并将理论和实践相结合。尽量降低材料的造价，使其能够得到更广泛的应用。
参考文献：
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木纤维篇8
关键词：生物炼制；乳酸；木质纤维原料
中图分类号：O632.1
文献标识码：A
文章编号：1674-9944(2011)01-0169-05
1 引言
化石原料提供了当今社会需要的大部分交通燃料以及大量化学品。科学技术的进步提高了化石原料精炼及利用效率，因此也加快了化石原料的消耗速度并带来了日益严重的环境问题，这迫使寻求替代能源和化学品炼制方式成为社会可持续发展的必然要求。
地球上具有广泛易得的生物质资源，农业、林业以及人为控制的和非人为控制的微生物系统都能生产可再生碳基原材料，同时可再生碳基原料的使用能降低CO2净排放值，具有环境友好特性。因此以生物质为原料的生物炼制是维持社会和实现化学产业可持续发展的必然要求［1］。生物炼制一般过程是首先将原料的高分子物质采用酶水解转化为可发酵性糖基平台物质，然后通过生物催化过程将其转化为燃料或系列化学品。生物炼制采用蔗糖、淀粉或者纤维素为原料，其炼制方式也是基于不同原料的天然属性发展而来。众多的生物质资源中，木质纤维原料属于非粮食原料，因此基于木质纤维原料的生物炼制方式是目前的研究热点。
乳酸（LA）是一种重要及多用途的化学品，用于食品、医药以及高聚物等多个产业。乳酸通过聚合可以合成聚乳酸（PLA），这种高分子材料具有良好的生物可降解性，因此乳酸更加受到研究者的关注。目前乳酸生产有化学合成和微生物发酵法，世界近90%的乳酸时通过细菌发酵合成［2］。生物基乳酸炼制是采用生物质作为原材料，通过微生物发酵过程最终生成具有光学纯度的乳酸的过程。
2 生物炼制原料
第1代生物炼制采用蔗糖基原料，第2代生物炼制采用淀粉基原料，第3代生物炼制采用纤维素基原料。对比3代炼制方式的可发酵碳成本，目前第1代最具竞争力，第3代生物炼制成本最高。研究指出据估计每年仅有1.7%的蔗糖用于非粮食生产。淀粉类原料可以相对容易转化为可发酵糖，是目前最理想的乳酸发酵原料。我国的生物炼制产业近期最有可能采用甜高粱和木薯作为原料［3］。在粮食短缺的当今世界不提倡使用蔗糖和食用淀粉作为炼制原料，与此同时即使使用淀粉及蔗糖用于生物炼制，它们的供应仍然不能满足未来生物炼制厂对原料的需求。因此长远考虑，开发纤维素基原料的生物质是具有重要意义的。
木质纤维原料优势明显：一方面原料低廉易得；另一方面其生物炼制体系适合产品谱系的生产，木质纤维原料的生物炼制体系最有潜力实现工业化，其过程见图1。
发展和优化木质纤维原料生物炼制过程是近年来研究热点。小麦秸秆水解对欧洲经济是重要的，美国采用玉米秸秆进行生产。我国是农作物秸秆的生产大国，因此我国发展生物炼制具有原料优势［3］。木质纤维原料利用存在以下难点：纤维素生物质具有比淀粉更复杂结构，半纤维素和木质素对纤维素的包裹作用以及纤维素本身具有的两相结构大大降低了纤维素的可及度，因此难于利用；酶高需求量并且高成本使木质纤维至今仍然无法被大规模商业化利用；木质纤维原料含有可观的五碳糖，只有充分利用这些五碳糖才能实现高效的原料利用率。因为持续的技术提高能降低纤维素基生物炼制成本，潜在的未来生物炼制的原料仍将是木质纤维素原料。
3 木质纤维基乳酸制备
3.1 木质纤维原料预处理
目前木质纤维原料多种预处理方法已有不同程度上的研究和应用，常用的方法有稀酸处理、生物处理法、有机溶剂法、碱处理法以及蒸汽爆破法［4］：稀酸处理能有效提高纤维素水解效率；同时能高效回收五碳糖；有机溶剂法几乎可以完全去除半纤维素及木质素，但其对设备及有机溶剂回收要求高；生物处理简单易行并且具有环境友好性，但处理周期长：NaOH处理法有较强的脱木质素和降低结晶度能力,但同时能分解半纤维素使生物质损失，并且这种处理方法需要的后期中和处理增加这种预处理的成本；蒸汽爆破具有处理时间短，不用或少用药品，节能环保，无回收工艺等优点，是一种较为理想的预处理技术。
应用蒸汽爆理木质纤维原料有可能降低生物炼制成本，蒸汽爆破预处理通过有效地破坏木质纤维素结构及木质素、半纤维素的结合层,增加酶促反应的有效比表面积。低强度的蒸汽爆破对原料处理不够，而高强度的蒸汽爆破一方面耗能多，另一方面会损失物料，因此优化蒸汽爆破条件有重要意义［5］。结合多种预处理方法能提高蒸汽爆理效果。原料蒸汽爆破前后采用一定化学处理或水处理能提高蒸汽爆破效率［6］,同时减少对后期利用有抑制作用的物质［7］。
除了传统预处理，近来研究也关注一些新型的预处理方式，比如超(亚)临界预处理和离子液体预处理。葡萄糖在超临界水中分解反应速度都很大［8］，葡萄糖的降解降低了生物质可利用率。赵岩等［9］的研究表明超临界和亚临界组合优于两者单独使用，但是这种组合技术对天然木质纤维原料的适用程度还有待进一步研究。尽管超( 亚) 临界预处理优点明显，但其复杂的过程及过程产生大量酶和微生物的抑制产物使得其在生物炼制中大规模应用还需要更多的研究。近期研究开发新型的纤维素溶解溶剂离子溶剂，具有不易挥发并具有很好的化学及热稳定性,同时溶解纤维素效果理想。尽管离子液体处理能大大提高酶解效率［10］，但是成本使其不宜在工业大规模生产中应用［11］。
3.2 酶水解
目前酶成本是纤维素降解过程的最重要成本之一,如何降低酶成本也是研究热点［12］。酶成本的降低可以通过两方面实现，一方面是降低单位酶的生产成本，另一方面是提高单位酶酶活力以降低酶用量。使用突变及筛选改进生产菌株，利用纤维素作为碳源及其高产率菌株生产能降低成本。商业化酶是无细胞、稳定的浓缩物，提取和复配成本占了生产成本的大部分，因此在满足应用需求时减少发酵后处理可以降低发酵成本。基于这点，有研究考察了产酶微生物共发酵或者直接使用粗酶液进行炼制过程［12,13］。酶性能的改善主要研究焦点集中于增加纤维素酶的热稳定性［2］。有研究表明一些表面活性剂的使用能减少酶用量［12,14］，在不增加太多后期处理成本的情况下，这些做法是可取的。一些产酶混合菌群或者纤维素酶的互配也能提高效率［12,15］。同时针对将要使用的特定底物及预处理方法，对酶系统进行优化也是必要的。此外其它一些措施也能降低酶成本，比如嗜热微生物的使用能减少酶的消耗［16-18］，回收利用纤维素酶，有研究表明从汽爆预处理的水解硬木残渣和水解液中回收纤维素酶是可行的,大约可以节省成本130%~427%［19］。
3.3 乳酸发酵微生物
目前，商业化的乳酸生产菌株有乳酸杆菌、杆菌及根霉菌属。传统乳酸菌在乳酸工业生产中占主导地位［1］，研究也在开发酵母和谷氨酸棒状杆菌用于乳酸生产。乳酸菌需要复杂的营养条件，从而需要相对高的发酵成本，同时也影响纯化乳酸经济性，研究关注降低这方面的成本，廉价的天然含氮物质替代酵母浸出物能降低乳酸生产成本［20~22］。多种乳酸菌的共发酵同样可以降低对培养基的要求，不需要有机氮的双岐杆菌种可在培养基内分泌大量多种氨基酸以满足其他乳酸菌需要。大肠杆菌能在简单的矿物培养基中生长，能利用己糖和戊糖，副产物多而产量低。谷氨酸棒状杆菌广泛用于工业生产氨基酸，谷氨酸棒状杆菌在无氧环境下能利用葡萄糖在无机盐培养基中产有机酸，据此开发谷氨酸棒状杆菌生产LA系统，这种系统产生高光学纯度的L-及D-LA同时明显也产生其它有机酸。根霉菌属中米根霉耐低pH，营养要求低，菌体大容易分离，发酵产生唯一的具有高光学纯度乳酸，但是产率低［23］。酵母比细菌更能耐受低的pH，Min-Tian Gao［24］等利用代谢工程得到的酿酒酵母 OC-2T T1-185R，在pH低于3.5时仍能高效产乳酸。基因改造酵母能实现高光学纯度LA的生产，但是他们不是产率较低就是需要较长的发酵时间。
目前基于木质纤维原料利用微生物改造研究集中在直接利用纤维二糖的菌株、高忍耐发酵抑制剂的菌株、嗜热耐酸菌株及五碳糖利用菌株的开发。乳酸菌不能直接对纤维素或多于4个葡萄糖单体的纤维低聚糖进行LA发酵［25］，但是开发能直接利用纤维二糖的菌株具有重要意义，因为纤维二糖是纤维水解后一个主要低聚糖化合物，同时也是降解晶状纤维素的主要酶CBHs的强力抑制剂［26］。Mukund［2］使用突变体UC-3利用高浓度纤维二糖生产乳酸，产率达到0.9g乳酸/纤维二糖。研究表明改造酵母也实现了对纤维二糖的利用［1］。蒸汽爆破过程会产生对后续水解及发酵的抑制物质,去除这种不利物质会增加操作步骤并且损失部分可发酵糖［27］，所以如果能提高菌种对发酵抑制剂的忍耐力就能降低处理过程的强度［28,29］。提高菌种对发酵抑制剂的忍耐力除了突变、筛选及基因手段，还有一种更为简单的方式，有研究表明采用纤维水解液进行培育的微生物能一定程度上适应水解液中抑制剂，使用这种自适应微生物发酵能提高产品产量［30］。研究表明嗜热菌的利用能提高酶利用效率，从而降低酶用量［16］。乳酸生产原料中，纤维素的水解伴随着半纤维素水解而产生一定量的五碳糖。充分利用这些五碳糖显然能提高生物质利用率。通过基因工程改造谷氨酸棒状杆菌［31,32］已经实现了对木糖、树胶醛糖及纤维二糖的发酵。但是基于酵母利用木糖和树胶醛糖改造还仅见于乙醇生产中［33,34］。Ronald等［35］研究表明米根霉真菌也能够转化木质水解液中大量存在的戊糖如木糖。这些研究使得发酵半纤维素水解产物生产乳酸成为可能。
3.4 乳酸发酵
乳酸发酵可以采用分步糖化发酵（SHF）、同步糖化发酵（SSF）、同步糖化共发酵（SSCF）以及综合生物过程（CBP）［3］。同步糖化发酵是在同一反应器中同时进行水解和发酵，是目前常用的发酵过程。相比分步发酵，同步发酵能减少酶水解产物对酶的抑制作用，同时过程反应容器的减少也降低设备投资。但是不使用嗜热发酵微生物的SSF的发酵温度一般不高于45℃，牺牲酶水解的效率以保证发酵微生物的活力［18］。其次同步发酵结束后很难对菌体及酶进行回用，这使得同步发酵过程宜降低菌体浓度同时使用高固体负载进行发酵。分步过程需要较多的设备投资和长的过程时间，这使得尽管分步过程能得到较高的原料纤维转化率，但是其生产力比同步发酵低。
固体化细胞能保护细胞不受外界不利条件的影响，实现连续生产。固定化细胞具有良好的稳定性及可重复利用性。沈雪亮等［36］将富含纤维二糖酶的黑曲霉孢子和德氏乳酸杆菌细胞共固定在海藻酸钙凝胶珠中,耦联共固定化细胞体系与纤维素原料的酶水解体系，利用这种组建成新型串联式生物反应器发酵乳酸，反复分批协同反应试验表明共固定化细胞具有持续、稳定、高效的乳酸生产能力,可以重复利用。
底物抑制和产物抑制是生物反应中限制生产强度和产物浓度的两个主要因素，SSF能有效降低底物抑制，生物炼制与生物分离的组合系统则能降低产物抑制。Seyed等［37］比较了离子交换原位分离培养基中乳酸的发酵方式和平常普通的发酵方式，结果表明使用离子交换树脂用于分离乳酸和自动pH控制器进行在线控制pH，在优化工艺条件下原位发酵的生产力是普通发酵体系的5倍。发酵与萃取耦合的原位分离技术能简化原有发酵工艺，并且消除产物抑制从而提高了发酵转化率，Min-Tian Gao［38］等的研究表明这种萃取发酵的可行性。
4 乳酸的精制
生物炼制得到的乳酸产品需要精制才能应用于聚乳酸生产。近年来研究者尝试各种精制方法，如分子蒸馏法、酯化水解法、电渗析法和膜分离法。分子蒸馏是一种真空蒸馏技术，高真空度（系统绝压约0.1Pa）条件下进行的非平衡连续蒸馏过程［39］。由于分子蒸馏的操作温度远低于常压沸点并且物料被加热的时间短，过程中物质本身基本不受到破坏，因此这种技术适合于分离低挥发度、高沸点、热敏性和具有生物活性的物料。分子蒸馏是一种很好的乳酸精制技术，工艺简单、步骤少，但设备投资大，适合乳酸的深加工。酯化法是获得高纯度乳酸的有效方法之一，酯化反应化学平衡的限制酯化法产率，近年来，高效催化剂和工艺的开发以及和膜技术发展推动了酯化法新的发展［40~42］。膜分离技术作为新型化工分离技术之一，具有低成本快速,易于放大,可连续操作等优点。近年来材料的发展促进膜技术在各领域的广泛应用。膜分离技术中的超滤和微滤能用于乳酸发酵液前期澄清处理，纳滤、反渗透及和电渗析结合的膜分离能用于精制［43］，利用耦合纳滤膜和反应器也可以实现乳酸半连续生产。纳滤和反渗透过程精制得到的乳酸能满足食品乳酸生产要求。膜分离技术的应用仍然要考虑吸附和浓差极化的问题。
普通电渗析法是利用选择性的离子交换膜在电场作用下使离子发展定向运动，从而达到离子的浓缩。利用普通电渗析可获得较纯净的乳酸盐溶液。双极膜电渗析是新型的技术，不同于普通电渗析，双极膜层使水发生解离从而可以分解乳酸盐制备乳酸和碱，因此在从乳酸盐制备乳酸时具有独特的优势［39,43］。电渗析过程制备乳酸具有简单、物耗降低、三废排放少，同时乳酸产品质量高明显优势，但是其不能单独用于乳酸精制，先利用其它预处理技术（微滤，其它膜分离技术等）获得较为纯净的乳酸盐溶液，之后利用双极膜电渗析过程进行精制。
5 结语
目前每年聚乳酸的生产能力450万kg， 而塑料总产量2 000亿kg。究其原因是聚乳酸生产成本较高，不能和化石原料生产的塑料竞争。聚乳酸生产成本包含单体乳酸生产成本。因此需要降低乳酸生产成本。木质纤维基乳酸的生物炼制是一种有前途的乳酸生产方式，其原料来源广泛而低廉，同时相对化学合成更具有环境友好性，被认为最符合采用非粮食生产乳酸理念的炼制方式。当前的技术实现其工业化还有很大差距，因此研究致力于降低炼制成本。生物炼制乳酸面临前所未有的机遇和挑战，整合生物炼制各过程、全面利用生物质材料以及经济炼制是应对挑战的方法。
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Progress of Study on Biorefinery and Preparation Process of Lactic Acid from
Lignocellulosic Biomass
Tang Yong，Su Zhangqin，Zhao Danqin,Jiang Jianxin
（Department of Chemical Engineering,Beijing Forestry University,Beijing 100083,China）
Abstract: The replacement of fossil refining with biorefinery is vital for sustaining the growth of the chemical industry and society.In this paper,it summarzes the advantage and bottlenecks of biorefinery using lignocellulosic biomass as raw material.Besides,it describes the preparation process of lactic acid from lignocellulosic biomass,including the pretreatment of lignocellulosic biomass,enzymatic hydrolysis,breeding of fermentaion stain and fermentation process.Especially it overreviews the research progress both at home and abroad of how to improve yield and reduce the cost in the refining process and the purification technology oflactic acid,so as to provide some references to realize the industrialization of biorefinery production.
木纤维篇9
关键词：织物组织 ；生产工艺计算 ；织物性能；织物开发
中图分类号：TS104.5 文献标志码：B
The Design and Development of Cotton/Modal/Bamboo Viscose Fiber Blended Fabric Collection
Abstract： By using Cotton/Modal/Bamboo Viscose fiber blended yarn， fabrics in 9 different weaves were designed， as the wearing property varies greatly depending on fabric weave. The looming parameters and production process were calculated， and the fabrics in nine different weaves were woven on sample loom. Then the key production and technical points were analyzed and the scheme for optimizing fabric properties was summed up， offering reference to textile enterprises for developing such fabrics.
Key words： fabric weave； calculation of production process； fabric property； fabric development
随着人们生活水平的不断提高，其对衣着的要求已经不再局限于手感、保暖和式样，追求个性化、舒适化的需求越来越多。为了迎合这种需求，仅仅从原料和纱线上创造舒适性、个性化，会造成产品的单调。为了在保证性能的同时，又确保风格多样，需要从产品的组织结构进行分析，不同组织结构织物的风格和性能有很大差异。木代尔、竹浆纤维都是新型纺织纤维，棉与木代尔、竹浆纤维混纺纱兼有两种纤维的优良性能，采用这种纱开发不同风格的织物，提高了产品的品味与档次，具有巨大商机，发展前景比较广阔。
1 织物主要结构参数设计
1.1 原料
选用山东鲁泰棉/木代尔/竹浆纤维混纺股线40S×2，混纺比例是40/30/30，分别设计 9 种不同组织结构的织物，并进行织造参数规格设计，织成实物，为企业大批量进行不同组织、不同风格织物的设计和生产提供依据。
1.2 织物紧度
本次设计的主要意图是选用不同的织物组织进行试织，通过组织的变化来研究织物的服用性能。对于不同组织织物的上机织造，首先要确定相同的经、纬密度，然后测试对比上机参数及织物性能之间的差异。因此，进行了一系列不同组织结构织物紧度的选择，设计的织物紧度值如下： 经向紧度Ej = 50%，纬向紧度Ew = 42%；总紧度E = 71%。
1.3 织物密度
在混纺织物设计中，到目前为止确定织物密度的方法一般采用的是经验法，即根据织物用途，参考对比现有的类似织物（系指织物组织、经纬纤度等相接近，且性质相仿的织物）的密度加以调整，初步拟定织物的密度，然后经过试织观察织物的性能及特征是否达到要求。本次织物密度的选择是根据其用途考虑的，要研究织物的服用性能，则所设计的织物密度就要满足一定的范围要求，根据式（1）：
1.4 织物组织及参数
本次织物设计主要是研究不同织物组织结构对纺织品服用性能的影响。对于不同组织结构的织物，在相同原料、相同紧度设计前提下，改变织物组织，共设计 9种组织，分别为平纹组织、2/2右斜纹组织、纬山形斜纹组织、绉组织、鸟眼组织、麦粒组织、蜂巢组织、透孔组织和3/1左斜纹组织。
地组织每筘穿入数： 均为 2 入。
边组织每筘穿入数：不同组织织物，3 入。
边纱根数：不同组织织物，12根。
穿综方式：均为顺穿法。
上机图：不同组织织物的上机图如图 1 所示。
2 织物上机规格设计及计算
2.1 不同组织织物小样织机的缩率计算
（1）织造长缩率（aj）：通过对不同组织织物下机后进行机上长度和机下长度的测量，根据式（2）可计算出织物织造长缩率。
（2）织造幅缩率（aw）：通过对不同组织织物下机后进行机上宽度和机下宽度的测量，根据式（3）可计算出织物织造幅缩率。
2.2 不同组织织物的生产工艺计算
2.2.1 匹长
匹长的计算公式如下。
（1） 坯布匹长
因为本次设计的织物不需后整理的染整加工，所以坯布匹长 = 成品匹长= 60 cm。
（2） 整经匹长
每米全幅成品重（g）= 每米成品经线重量+每米成品纬线重量 式（14）
不同组织织物规格参数见表 1。
3 生产技术要点
3.1 浆纱
木代尔、竹浆纤维与棉纤维的混纺纱单纱强力与精梳纯棉纱相近，但毛羽高出数倍，而且摩擦易产生静电，造成经纱粘连、开口不清，织造时停经片处易积聚飞花、经纱相互缠绕，致使经纱断头增多。所以，浆纱过程中采用“高浓低粘”浆料，使浆液具有足够的含固量和较好的流动性。
浆料配方要做到“以贴伏毛羽为主， 渗透、被覆并重”的原则，所以选用以PVA为主，变性淀粉和丙烯酸类浆料为辅， 并配有适当的后上蜡保证纱线表面光滑。选用PVA-1799 54 kg、变性淀粉19 kg、XZW-1丙烯酸78 kg，浆纱膏4 kg 、PVA-205MB 9 kg。由于木代尔、竹浆纤维与棉混纺纱较纯棉纱吸浆性能好，所以将浆液的含固量设计为10.7%，通过少量使用PVA-205MB来减轻浆纱分绞时对浆膜的破坏程度，降低毛羽的再生。
3.2 织造
在ZA203喷气织机上生产木代尔、竹浆纤维与棉混纺纱织物， 织机速度为550 m/min，确定合适的经位置线，采用“早开口、低后梁、大开口量”工艺， 使布面丰满细腻，色泽光亮，同时减小了打纬阻力，使织物形成区缩短，经纬纱的抱和摩擦减弱，减少了断纬疵点的产生。
（1）后梁及停经架：后梁高低位置决定着打纬时上下层经纱之间的张力比例。为使其更好体现布面效应，采用低后梁织造， 即后梁高度60 mm，前后 8 刻度；将停经架位置定为高 3格/前后 5 格。缓解了上下层经纱对纬纱的切向作用力，减少破洞产生。
（2）开口量：开口清晰程度是决定织机效率的重要因素，而开口清晰度是由开口量决定。由于该品种经密大， 织造时毛羽粘连严重，为进一步开清梭口，使纬纱顺利通过织口，可增大开口量。
4 结语
通过对棉、木代尔、竹浆纤维混纺织物不同组织结构参数的设计，并进行试织，分析生产技术要点，总结出织物性能优选方案，为纺织企业进行此类织物的开发提供了参考依据。
参考文献
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木纤维篇10
Abstract: In the civil engineering, the steel fiber concrete plays an important role with its excellent mechanical properties. In the case of the steel fiber concrete technology in china gets promotion, it is necessary for us to carry out some research and summarize. This paper mainly describes the superior performance of steel fiber reinforced concrete, and the important role of steel fiber concrete technology in civil engineering.
关键词：土木工程 钢纤维混凝土 应用 优越性
中图分类号： TU528 文献标识码：A文章编号：
Key words: Civil Engineering ，Steel fiber reinforced concrete ，
Application，Superiority
引言
钢纤维混凝土，即在普通混凝土中添加适量钢纤维，然后加以搅拌混合形成的一种新型的多相复合材料。这种混凝土与普通混凝土相比，具有非常优越的性能，同时加工简单，性价比相对较高，在土木工程中得到广泛推广。
一、钢纤维混凝土的优越性能
1. 钢纤维混凝土比普通混凝土的抗剪强度高50%。科学工作者采用了很多实验，通过对钢纤维混凝土抗剪强度的试验测试表明：钢纤维混凝土的抗剪强度是随钢纤维体积的增大而增大，随水灰比的增大而减小的。
2.钢纤维混凝土抗压性能优于普通混凝土。科学试验表明，混凝土的抗压强度是好是坏，主要取决于混合料的搅拌情况和钢纤维的含量参数，只有参数合理，搅拌成型才能提升混凝土的抗压性能。所以，并不是在所有情况下钢纤维都有利于混凝土抗压能力的提高，含量过高或过低都会影响抗压性能。
3. 钢纤维混凝土比普通混凝土高2倍以上的耐冲击性，而其影响弯曲韧性的性能高出几倍。混凝土的抗冲击性能是混凝土材料在外部势力的打击和碰撞下，可抵抗破坏性的程度。
4．与普通混凝土相比，钢纤维混凝土弯曲性能有着40％以上的增幅。这个特性，直接影响着钢纤维混凝土在机场跑道、桥梁、高层建筑的应用。这是因为，钢纤维混凝土的韧性比普通混凝土强的多，可以大大提高工程应对地震等灾害的能力。
当然，钢纤维混凝土的优越性能不止这些。但我们已经看到，钢纤维混凝土相对于普通混凝土的巨大优越作用。同时，钢纤维混凝土施工简单，材料性价比相对较高，在土木工程中得到广泛使用。
二、钢纤维混凝土在土木工程中的运用
1.钢纤维混凝土在高层建筑中的运用。高层建筑怎样应对地震灾害，一直是学术界关注的重点。而钢纤维混凝土的引入，带来了一些进步。在高层建筑的局部重点位置以钢纤维混凝土代替普通混凝土施工，可以使高层建筑物的整体抗震性能得到明显提高。主要体现在四个方面：（1）在高层建筑梁柱节点中的应用。钢纤维混凝土梁柱节点不论是在耗能能力、强度和刚度以及梁钢筋的粘结锚固等诸多方面都有很强的优势，在混凝土框架上，钢纤维混凝土的梁柱节点框架比普通混凝土框架在延展性上提高57％，荷载承载力提高15％。这样，既可以有效提高节点的抗震性能，又缓解了以往节点钢筋密度过大、施工困难的难题。我国研究者研究出的扁梁结构十分适用于高层建筑建设，对钢纤维混凝土的抗震性能研究方面取得了很大的突破。（2）在联肢墙洞口的连梁中的应用。研究表明: 如果联肢墙上具备强度和刚度性能良好、变形能力强的连梁，可以极大的减轻地震对建筑主体结构的破坏，达到抗震设防的目标。然而事实上，连梁跨高比一般都比较小，延性较弱，很容易发生剪切破坏，起不到抗震目的，因此如何提高高层建筑联肢墙连梁的延性也成为建筑学界关注的问题。实验发现：短梁混凝土中加入1％左右的钢纤维，能够极大的改善混凝土的粘结条件和延性，提升短梁的抗剪能力，使原本极易发生剪切脆性破坏的短梁，在遭遇外力时改变为发生弯曲破坏，从而极大的提高了短梁抗震能力。（3）对改善高强混凝土柱延性的应用。为了减少混凝土柱的截面和短柱，在目前的高层建筑中，其结构底部混凝土柱通常采用的是高强混凝土。但是，高强混凝土的脆性很大，延性比较差，防震能力尤其不佳。研究表明，在高强混凝土中加入适量钢纤维，能够极大提高高强混凝土柱的延性和抗震力。（4）在高层建筑桩基承台上的应用。高层建筑的桩基承台受力十分复杂，需要经受弯拉、冲切和剪切等多重作用，并且随着建筑层数的增加，单桩的承载力需要达到几百吨，桩基承台的厚度也不得不达到数米。因此，可以充分利用钢纤维混凝土的优势，有效的降低桩基承台的厚度。而且，钢纤维混凝土对于筏型基础冲切强度也有明显改善作用。
2.钢纤维混凝土在桥梁施工中的应用。其应用主要体现在一下方面：（1）桥面铺装方面：在相同荷载条件下，铺装厚度明显减小，这样就降低了桥面铺装的自重荷载和材料用量；加强桥面铺装与伸缩缝的连接强度，钢纤维混凝土路面因其优良的韧性、较强的耐冲击性保证其与伸缩缝连接钢筋牢固粘接，使伸缩缝发生的变形、位移或翘曲都较小，提高了伸缩缝的使用寿命；在桥梁工程中，桥面铺装层应具有足够的延伸度、疲劳强度、耐久性等功能要求，因目前交通量、车辆荷重及车速的日趋增大，普通桥面铺装已难以适应这种趋势和要求，而钢纤维混凝土优良的抗裂、抗冲击、耐磨性能，保证了其功能性要求，加强了桥梁整体结构的安全性、可靠性和经济性；钢纤维混凝土桥面铺装层铺装施工工艺简便易行，省去了原铺装层的钢筋网片及加工安装等施工环节，既节约施工成本又可以克服由于钢筋网片施工质量差而引起的桥梁早期破坏。（2）钢筋混凝土桩方面：钢纤维混凝土一般应用在桩顶和桩尖部位， 以增强桩顶的抗冲击韧性，桩尖的穿透力有较大提高，增加桩尖入土能力，锤击次数减少，大大提高打击速度，以提高打击效率。（3）桥梁墩台等结构方面：在发生桥梁墩台及桥面板裂缝或表层剥落问题时，使用钢纤维混凝土，提高结构的整体性和抗震性要求。
3.钢纤维混凝土在道路施工中的应用。钢纤维混凝土在道路施工方面也得到广泛使用，这主要得益于钢纤维混凝土路面抗冻抗热性能好、显著减少铺装的厚度、耐磨性能优越特点。例如：（1）钢纤维水泥砂浆或细石混凝土罩面修补；（2）新建复合式钢纤维混凝土路面：三层式复合路面是上下两层分别做成钢纤维混凝土层，中间为普通混凝土层，三层式复合路面在机械化铺设条件较高的地区使用较多；（3）碾压钢纤维混凝土路面：将钢纤维置于碾压混凝土中，从而使路面的强度和韧性增强，改善碾压混凝土的力学性能；（4）新建全截面钢纤维混凝土路面等等。
结束语
钢纤维混凝土在土木工程中有着广泛的运用，特别是在很多工程中发挥着不可替代的重要作用，对于提高工程质量、减少工程支出、延长工程使用寿命等方面有着巨大经济意义和现实意义。科学研究者们应该继续发掘钢纤维混凝土的作用，扩大其使用范围，推动钢纤维混凝土技术继续向前进步，让钢纤维混凝土发挥更大的作用。
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