（木材科学与技术专业论文）轻质水泥刨花板的研究.pdf

摘要 轻质水泥刨花板是一种不合任何有害的化学物质，对环境和室内空气质量无污染的一 种环境友好型的建筑材料。发展轻质水泥刨花板，将为木材的综合利用注入新的活力，开 拓速生材的工业化利用新途径，促进林产工业的持续发展和新型建筑墙体材料的生产和改 革。本研究结合木材科学与技术学科以及相关学科的有关理论知识，运用x 射线衍射仪、 综合热分析仪、傅立叶红外光谱仪、锥形量热仪等现代仪器对轻质水泥刨花板进行了系统 研究。这些内容包括：木材与水泥混合物的水化特性、木材对水泥水化的作用机理、木材 一水泥的结合强度、轻质水泥刨花板的工艺与性能、轻质水泥刨花板的阻燃、声学= 干口热学 特性。 通过上述研究，揭示了多种木质材料与水泥混合物的水化温度及其变化历程，木质原 料对水泥水化作用的机理，木材与水泥的结合强度的变化特征，为改善木材与水泥之间的 相适性及其选择水泥刨花板生产的木质原料提供依据。通过试验研究，分析了不同工艺条 件下轻质水泥刨花板的物理力学 生能，确定了轻质水泥刨花板的合理生产工艺，获得了各 种工艺条件下的轻质水泥刨花板的阻燃、声学和热学特性。 通过试验研究表明，不同的木质材料对水泥的水化作用的影响程度不相同，主要表现 在对水泥早期的水化影响，但不影响c ；a 的水化，反而加速了a f t 的形成，只是延缓了c s h 的形成，通过对木质材料的预处理或添加化学助剂能改善木质材料与水泥之间的相适性。 木材与水泥的结合强度受胶合压力、养护时间、施胶量以= 虽胶合纹理的影响。灰木比、刨 花尺寸对轻质水泥刨花板的密度、m o r 、m o e 、i b 、t s 有极显著的影响。综合考虑各方面 的因素，轻质水泥刨花板的生产以刨花长度为6 c m 、刨花厚度为0 2 - 0 5 、灰木比为2 0 时较佳。 关键词：轻质水泥刨花板；水化特征；结合强度；生产工艺；物理力学性能 a b s t r a c t l o w - d e n s i t yc e m e n t 。b o n d e dp a r t i c l e b o a r di sa k i n do f n e w e n v i r o n m e n t a l l ys a f em a t e r i a l w i t h o u te n v i r o n m e n tp o l l u t i o na n da n yd e t r i m e n t a ls u b s t a n c e d e v e l o p m e n to fl o w - d e n s i t y c e m e n t b o n d e dp a r t i c l e b o a r dw i l lh e l pi m p r o v et h ee f f i c i e n c yo fw o o du t i l i z a t i o n ，o f f e ra m e t h o do f i n d u s t r yu t i l i z a t i o no f p l a n t a t i o nw o o d , p r o m o t es u s t a i n a b l ed e v e l o p m e n to f f o r e s t r y i n d u s t r y a l s of u r t h e rp r o d u c t i o na n dr e f o r mo fn e w c o n s t r u c t i o nm a t e r i a li nc h i n a t h ep a p e r h a ss y s t e m a t i c a l l yr e s e a r c h e dc o n t e n t so fl o w - d e n s i t yc e m e n t - b o n d e d p a r t i c l e b o a r dw i t hx - m y , d s c ，f t i r ，c o n ec a l o r i m e t e re t c m o d e mm e t h o do fa n a l y s i s ，c o m b i n i n gw o o ds c i e n c ea n d t e c h n o l o g ys p e c i a l i z e dk n o w l e d g ea n dc o r r e l a t i v ek n o w l e d g e t h ec o n t e n t si n c l u d e d ：t h e h y d r m i o nc h a r a c t e r i s t i c so fw o o d c e m e n t w a t e rm i x t u r e s ，e f f e c to fw o o dc e m e n th y d r a t i o n p r o c e s s ，t h et e c h n o l o g ya n dp r o p e r t i e sf o rl o w - d e n s i t yc e m e n t - b o n d e dp a r t i c l e b o a r d ，b o n d i n g s t r e n g t hb e t w e e nw o o da n dc e m e n tp a s t e ，f l a m er e t a r d a n c y , a c o u s t i cp e r f o r m a n c ea n dt h e r m a l p r o p e r t yo fl o w - d e n s i t yc e m e n t b o n d e dp a r t i c l e b o a r d t h r o u g ht h ea b o v er e s e a r c ht h ea u t h o rh a sr e v e a l e dt h eh y d r a t i o nt h e r m a lp r o p e r t i e so f w o o d c e m e n t w a t e rm i x t u r e s ，t h ee f f e c to fw o o do nc e m e n th y d r a t i o np r o c e s s ，a n dm e a n w h i l e b o n d i n gs t r e n g t hb e t w e e nw o o da n dc e m e n tp a s t e t h er e s u l tp r o v i d e dt h et h e o r e t i c a lb a s i so f m o d i f i e dt h eh y d r a t i o nc h a r a c t e r i s t i c so fw o o d c e m e n t w a t e rm i x t u r e s ，a n di ta l s op r o v i d e d f o u n d a t i o nf o rs e l e c t e dm a t e r i a lo fc e m e n t b o n d e d p a r t i c l e b o a r dp r o d u c i n g n l eb e a e r t e c h n o l o g yw a ss u g g e s t e dt h r o u g hp r o c e s se x p e r i m e n ta n da n a l y z e dt h ep h y s i c a l m e c h a n i c s p r o p e r t i e s o fl o wd e n s i t yc e m e n t - b o n d e dp a r t i c l e b o a r db o a r d sw i t hd i f f e r e n tp r o c e s s i n g c o n d i t i o n s a n dm e a n w h i l e ，f l a m er e t a r d a n c y , a c o u s t i cp e r f o r m a n c ea n dt h e r m a lp r o p e r t yo f l o w - d e n s i t yc e m e n t b o n d e dp a r t i c l e b o a r dw e r ep r o v i d e db yt e s t t h o u g he x p e r i m e n ta n dt e s t i n g ，t h er e s u l ts h o w e da sf o l l o w i n g ：i tw a sm o r eo rl e s s i n f l u e n c ed e g r e eo fw o o do np o r t l a n dc e m e n th y d r a t i o np r o c e s sw i t hd i f f e r e n tw o o dm a t e r i a l s e f f e c to f w o o do np o r t l a n dc e m e n th y d r a t i o np r o c e s sh a so r i g i n a t e di np r i m a r ys t a g eo f c e m e n t h y d r a t i o n t h ec o m p a t i b i l i t yo fw o o dw i t hp o r t l a n dc e m e n tw a si m p r o v e dw i t hl r e a t m e n t s i n c l u d e dc o l dw a t e re x t r a c t i o n ，h o tw a t e re x t r a c t i o n ，10 9 k g 。1 n a o he x t r a c t i o na n d o r c h e m i c a la d d i t i v e t h eb o n d i n gs t r e n g t hb e t w e e np o r t l a n dc e m e n tw i t hw o o dw a sa f f e c t e dw i t h c o l dp r e s s i n g ，c u r i n ga g ea n dr e s i nc o n t e n t n er e m a r k a b l ee f f e c tw e r ed e n s i t y , m o rm o e ， i b ，t so fl o wd e n s i t yc e m e n t - b o n d e dp a r t i c l e b o a r dc a u s e db yt h ec e m e n t w o o dr a t i oa n d p a r t i c l es i z e w i t l li n t e g r a t e dv a r i o u sk i n d so ff a c t o r s t h eo p t i m u mt e c h n o l o g yo f l o wd e n s i t y c e n i e n t - b o n d e dp a r t i c l e b o a r di s6 c mo fp a r t i c l el e n g t h 0 2 o 5 m mo f p a r t i c l et h i c k n e s sa n d c e m e n t w o o dr a t i oa t2 0 k e y w o r d s ：l o wd e n s i t yc e m e n t b o n d e dp a r t i c l e b o a r d ；h y d r a t i o nc h a r a c t e r i s t i c s ；b o n d i n g s t r e n g t h ；t e c h n o l o g y ；t 1 1 ep h y s i c a l - m e c h a n i c sp r o p e r t i e s 致谢 本文是在导师张齐生院士和马灵飞教授的悉心指导下完成的。从论文选题、内容确定、 实验、论文撰写，直到论文答辩的筹备，导师自始自终都给予了精心的指导和亲切的关怀。 导师严谨的治学态度，忘我的工作作风，实事求是的学风，孜孜不倦追求科学真理的精神， 将一直引领着我4 - m 的人生成长和发展，使我受益终生。值此论文完成之际，谨向导师表 示深深的敬意和真诚的感谢。 南京林业大学周定国教授、吴智慧教授、徐永吉教授、阮锡根教授、张勤丽教授、张 彬渊教授、李大纲教授、周思国教授、肖飞教授、王清宇副教授、周克宁副教授在我就读 博士研究生期问，都给了我谆谆的教诲和指导。在此表示诚挚的感谢。 衷心感谢浙江林学院叶良明教授、傅深渊教授、钱俊教授、金永明副教授、姜志宏副 教授、严建敏副教授、刘力副教授、卢风珠老师、李文珠老师；南京林业大学竹材工程中 心蒋身学研究员、张晓东副研究员、朱一辛副研究员、关明杰老师、许斌老师及全体老师 对我的关心、支持和帮助。 最后，衷心感谢我的爱人郑伟女士及家人的理解、关心、支持和鼓励。感谢女儿带给 我的快乐。 俞发明 2 0 0 6 年6 月南京 1 绪论 水泥刨花板是一种具有水泥和木材双重优点的人造板材，是以硅酸盐水泥为胶结材 料，以木质刨花( 或棉秆、麻秆、豆秆、稻草等植物纤维) 为加强材料，加入水和化学助剂， 经混合搅拌、铺装、加压成型、养护和人工干燥等工序制成。与水泥制品相比，水泥刨花 板的质量轻，机械加工( 锯、钻、钉、刨削、打孔、开槽等) 性能好，易装饰；与木制品 相比，水泥刨花板的强度高，耐候、防潮防水、阻燃、防腐抗菌等性能良好，可用作屋顶、 天花板、地板、非承重内外墙、屋面望板、隔音板、防火板、建筑模板等，广泛用于室内 装修、厨房、温室、通风道、地下土建工程以及各种高低层建筑等。此外，板材采用水泥 作为凝胶材料，使用过程中无甲醛释放；隔音、隔热性能优良，节约能量；是一种优良的 绿色环保建材。 1 1 水泥刨花板的发展历史 1 1 1 国外水泥刨花板的发展历史 最早的水泥刨花板由2 0 世纪3 0 年代瑞士的d u r i s o l 公司研制成功：6 0 年代美国的 e l m o n d o 跋明了干法生产工艺；在此基础上，d u r i s o l 公司和德国b i s o n 公司合作，对工艺 进行了改进。7 0 年代建成了一个规模较大的水泥刨花板试验厂，并在以后的生产过程中不 断改进和完善，最终形成了水泥刨花板的半干法生产工艺。由于半干法生产周期较长，1 9 8 9 年芬- “r a u m a ? r e p o l a 公司和匈牙币l j f a l c o 公司合作发明了二氧化碳气体喷射法水泥刨花板 的热压工艺，在一定程度上达到了缩短生产周期的目的，但同时也存在一些技术或成本方 面的问题，致使此类工艺的推广存在困难【l 】。此外，有研究人员曾尝试采用特种水泥生 产水泥刨花板。但目前水泥刨花板的生产主要还是以半干法工艺为主。 目前世界上已有水泥刨花板生产线4 0 余条( 其中年产3 万5 万i n 3 的生产线有3 0 多条) ， 总的年产能达1 4 0 万3 ，主要分布在前苏联、日本、美国、法国、德国和中国等二十多个 国家。生产线的设备大部分由德国b i s o n 公司、荷兰e l t e n 公司、瑞士d u r i s o l 公司以及芬 兰、意大利、挪威、美国、日本等国提供，其中b i s o n 公司的设备约占总生产能力的8 0 。 7 0 年代在欧洲等地水泥刨花板就己得到迅速推广和大规模的生产。近年来，水泥刨花板制 作的装配式房屋以其方便灵活、拆装便利和较低的建筑成本为欧洲各国所接受。日本是世 界上使用水泥刨花板数量最多的国家。作为一个多地震的国家，日本对建筑材料的防火性 能相当重视，而水泥刨花板恰恰迎合了这一要求。在热带的菲律宾、马来西亚等地，利用 当地树种和植物，生产包括水泥刨花板在内的水泥复合板材的企业亦较多。这类板材防潮、 耐候性好，现场施工快捷方便，且当地木材资源丰富，大部分板材为手工铺装，生产成本低， 在当地倍受青睐”1 。 1 1 2 国内水泥刨花板的发展历史 我国对水泥刨花板的研究始于7 0 年代初。1 9 8 0 年底，中国林科院木材工业研究所与北 京市建筑材料研究院、北京市单店砖厂合作，建成了国内第l 条水泥刨花板生产线。8 0 年 代中期，福建龙岩、江西宜丰、湖南华容、湖北钟祥、福建南平、山西榆次等地也曾相继 建厂，各厂的生产设备多由普通刨花板设备改造或自行设计，比较简陋，加之产品性能不 稳定等原因，部分工厂已被迫停产。进入9 0 年代，我国墙体材料改革方案的出台，为水泥 刨花板的发展再次提供了机遇。1 9 9 3 年吉林省天成公司从德国b i s o r l 公司引进了我国第1 条年产3 万一的水泥刨花板生产线；1 9 9 7 年冶尔滨林业机械厂为山东鲁中新型建材有限公 司提供了年产l 万m 3 的水泥刨花板生产线啪。1 9 9 9 年江苏南京长征公司在充分调研的基础 上，决定投资建设我国第一条模压水泥刨花板生产线，得到了国家经贸委和南京市政府的 支持，于2 0 0 2 年底调试成功投入生产。目前据不完全统计，我国水泥刨花板的总销量仅4 万m 3 左右，人均耗量仅相当于英国的1 2 、日本的0 7 5 ，水泥刨花板的发展在我国还 有很大的市场空间。近年来，由于建筑业的高速发展和国产大型自动化生产线设备的开发 成功，水泥刨花板产品的生产和应用进入了一个新的发展时期。1 。 1 2 水泥刨花板的研究现状 水泥刨花板的研究是国内外木材工业界的学者和企业家一直关注的课题。从二十世纪 二十年代以来，欧洲、美国、日本等一些国家和地区，先后开展了较为广泛和深入的研究。 1 2 1 木材与水泥的相适性研究 】2 1 1 木材与水泥的相适性 木材与水泥的相适性研究是木质水泥刨花板生产的基础，是在水泥刨花板生产中选择 适宜树种和改善木材与水泥相适性的一个重要理论基础与依据。众所周知，木材中的某些 浸提( 抽提) 成分会对水泥的固化产生一定的阻碍作用，从而影响水泥的正常固化。这些 抽提物主要有萜烯类物质、脂肪酸、单宁酸、糖类、无机物。研究表明没有一种单纯的物 质能完全解释不同树种木材与水泥之间相适性的差异。 s a n d e r m a n n 等( 1 9 6 0 ) 通过不同的抽提方法比较研究了抽提物对水泥水化阻凝作用“1 。 b i b l e 等( 1 9 6 8 ) 系统的测定了南方松的边材、心材、不同季节的砍伐材、蓝变材与水泥 的水化特性，阐明了南方松糖的含量对水泥固化的影响“1 。f i s c h e r ( 1 9 7 4 ) 研究了木材 中水溶解碳水化合物对水泥水化的影响嘲。m o s l e m i 等( 1 9 8 4 ) 研究了1 2 种南方阔叶材与 波特兰水泥的相适性，认为红槭对水泥水化的阻凝程度最大，山栎则可以直接作为水泥刨 花板的生产原料”1 。l i u ( 1 9 8 6 ) 研究了西部落叶松抽提物对水化特性的影响，认为：0 1 抽提物的添加量( 水泥的质量) 对水泥的水化特性无影响，而0 6 抽提物的添加量能对 水泥的水化起到完全的阻凝作用。1 。m i l l e r ( 1 9 8 9 ) 研究了木材的组成与水泥的相互作用 。1 。h a c h m i 和m o s l e m i ( 1 9 9 0 ) 研究了1 4 种木材的热水抽提物、p h 值等对水泥水化的影 响“”。m i l l e r 和m o s l e m i ( 1 9 9 1 ) 研究了北美的4 种阔叶材和5 种针叶材与水泥水化特性 和及其制备的水泥刨花板的抗拉强度，结果表明阔叶材对水泥水化特性和抗拉强度影响甚 于针叶材，针叶材的心材甚于边材“”。s e m p l e 等( 2 0 0 0 ) 研究了辐射松心材和边材对水 泥水化的影响，结果表明，心材对水泥水化有强烈的阻凝作用，而边材则可直接用于制造 水泥纤维板“4 。 为了进一步了解木材对水泥水化的阻凝作用，一些学者对木材中的阻凝成分也进行了 较为深入的研究。t a c h i ( 1 9 8 9 ) 用甲醇抽提分馏法对马占相思木的阻凝成分进行分析，认 为7 、8 二羟基丙酮对水泥有强烈的阻凝作用“”。y a s u d a 等( 1 9 9 2 ) 和i m a i ( 1 9 9 5 ) 用同 样的方法分别对日本雪松的心材山毛榉木材进行分析，认为松醇是日本雪松心材的主要阻 凝成分，戊聚糖是山毛榉木材的主要阻凝成分“1 。m i l l e r 和m o s l e m i ( 1 9 9 1 ) 研究认为 木材的纤维素、木质素、脂肪酸、树脂酸、固醇和萜烯等物质在水泥中的含量在1 o 的 范围内，对水泥的抗拉强度没有很大的影响o ”。r a f f a e l 和s a t t l e r ( 1 9 9 1 ) 的研究结果 显示，木材中的葡萄糖对水泥的物理性质影响最大( 一4 0 ) ，而半纤维素、单宁酸和乙酸 引起的程度较少。水泥的浆的碱性能促进木材中碳水化合物的分解，碱缓冲容量大的水泥 制备的板材比碱缓冲容量小的水泥制备的板材的力学强度低“”。p e r e i r a 等( 2 0 0 1 ) 用有 机溶剂、水、0 i n a 0 h 、0 1 c a ( o h ) 2 和“水泥浆液”( 此“水泥浆液”为模拟木质纤维 素一水泥一水的混合物的碱性条件和化学环境一钙离子等) 抽提产于葡萄牙的二种木材和一 种树皮，其结果表明，0 1 c a ( o h ) 。和“水泥浆液”的抽提产物呈负增长( 一3 一9 ) ， 原样的质量和灰分的质量增加，元素分析表明一些阳离子的含量增加尤其是c a “，认为金 属离子被吸附在木材刨花的表面 1 8 。c o u t i n d o ( 1 9 9 7 ) 研究了纯水泥的水化反应，表 明钙离子在水泥水化过程中扮演着非常重要的角色。在木材一水泥一水混合物的水化体系 中，由于钙离子被吸附到木材的表面从而削落了水泥的水化反应“。 国内对木质材料影响水泥水化的研究主要集中在上世纪8 0 年代以来。徐鹿鹿( 1 9 8 4 ) 从阿拉伯半乳聚糖的含量、分子性质出发，研究了两种落叶松木材的抽提物对水泥固化作 用的影响。刘正添等( 1 9 8 9 ) 对3 8 种木材对水泥水化的抑制作用进行了研究。”。余德 新、范毡仔( 1 9 8 9 ) 测定了福建省主要树种杉木、马尾松、石栋、青岗栎、拷木和荷木与 水泥及水混合时的水化反应特性，以及添加剂和木材热水处理对木材一水泥混合物水化特 性的影响。“。陈广琪( 1 9 9 0 ) 用测定水泥一刨花一水系统水化熟、电镜观察等方法，研究 了杨木刨花和水泥的相适性，表明未经任何处理的杨木刨花对水泥有较强的“阻凝”作用， 经物理或化学方法处理过的杨木刨花可以作为生产水泥刨花板的原料。1 。余德新、宋一然、 康远发( 1 9 9 1 ) 测定4 种竹材楠竹、斑竹慈竹、杂竹与水泥及水混合时的水化反应特性， 以及化学助凝剂和竹材预处理方法( 包括冷水处理、热水处理和n a 0 h 溶液处理) 对竹材 水泥混合物水化特性的影响。“。陈广琪( 1 9 9 2 ) 对毛竹等六种竹材同硅酸盐水泥、普通硅 酸盐水泥的相适性作研究。结果表明，未处理的竹材对水泥的凝结硬化有阻凝作用，其中 对昔通硅酸盐水泥的阻凝作用较为明显，加添加剂可以加快水泥的凝结硬化，其中以c a c l z 效果最好。”。叶良明、余学军等( 2 0 0 2 ) 研究高节竹作为水泥刨花板生产原料的可行性， 高节竹对水泥有强烈的阻凝作用。不宣直接用于水泥刨花板生产，添加化学助剂能明显改 善高节竹与水泥相适性，且仅当和化学助剂并用时才能适于半干法工艺的水泥刨花板生 产1 。俞友明、马灵飞等( 2 0 0 4 ) 研究了雷竹、麻秆与水泥混合物的水化特性，表明雷竹、 麻秆对水泥有强烈的阻凝作用n t 。 1 2 1 2 相适应性评价体系 在研究木材对水泥正常固化影响的同时，如何确定哪一种木材可以直接作为生产水泥 刨花板的原料，哪一些木材不能直接用于生产水泥刨花板的原料；各国学者在各自研究的 基础上提出了不同的相适性评价方法： 1 最高水化温度 s a n d e r m a n n 和k o h e r 在1 9 6 4 年测试了9 9 中木材与水泥混合物的水化特性，并以最 高水化温度作为衡量木材与水泥相适应性的指标，认为最高水化温度 6 0 的为适宜树 种，最高水化温度5 0 6 0 c 为中等适宣树种，最高水化温度 2 5 3 0 。c 时，则认为原辅材料适宜用于制造水泥刨花板。到达时问f 纯水泥 水化最高温度时间为佳跚1 。 在上述的评定方法中以采用木材与水泥的水化热曲线与纯水泥水化热曲线的面积比 率为相适应性系数( c 。) 是评定树种与水泥相适应性的最佳方法。在公式中，有宽阔的 水化时间，考虑了所有的相关因素：( c 。) 值的变化率在0 1 0 0 ，可包含所有等级的树 种，提供了可供比较的数据；即使水泥条件不同，相互间仍有可比性。 尽管评定木材与水泥相适应性的方法有多种，但一些学者在研究中也提出了其它的看 法。瞻e 和h o n g ( 1 9 8 6 ) 认为单用水化温度、水化时间或水化温度和水化时间二者并用都 不能完全确切地反映出其相适性，他们建议用圆柱型试件的压缩测试来替代物理测试作为 木材与水泥相适应性的指标，并在几种北美针叶材和阔叶材进行应用，结果表明，压缩强 度与最大水化温度成线性比例关系，与水化时间无关。”。但m i l l e r 和m o s l e m i ( 1 9 9 1 ) 发现抗拉强度和f 。( 混合物达到最高水化温度的时间) 、l 。( 混合物的最高水化温度) 或c 。( 适应性系数) 之间关系甚小1 。i d d i ( 1 9 9 2 ) 等对8 中阔叶材水化特性的研究表明， 除2 种木材以外，其余之间在相适应性方面有一定的可比较性。“。s e m p l e ( 1 9 9 9 ) 等研究了 马占相思木和桉树木材的不同形态单元( 木粉与木纤维) 与水泥混合物的水化特性，用相 适性系数( c 。) 为评定指标，认为用木粉单元与水泥的水化特性不能很好的预测上述两种 树种作为制造水泥纤维板的适宜性。w e i ( 2 0 0 0 ) 等测试了3 8 种重要的商品材为原料的水 泥刨花板的静曲强度( m o r ) 和内结合强度( b ) ，表明静曲强度、内结合强度与混合 物的最高温度、混合物达到最高温度的时间有显著的关系1 1 2 1 3 木材与水泥相适性改善 木材对水泥的水化阻凝作用通常由其抽提物引起的，减少木材抽提物能改善其与水 泥的相适性。国内外学者在研究木材对水泥固化影响的同时，也开展了改善木材与水泥相 适性的研究，以扩大水泥刨花板或木质水泥材料的木质原料来源。v o i t o v i c h 和 y a o r s k i i ( 1 9 7 2 ) 用单乙醇胺改善木材与水泥的相容性”1 。b i b l e s ( 1 9 6 8 ) ，f l a w s 和 c h i t t e n d e n ( 1 9 6 7 ) ，k l a r ( 1 9 7 5 ) 使用c a c l ：来提高木材与水泥混合物的水泥固化。”。 k r e k e l ( 1 9 7 2 ) 、m e s h e h e r y a k o v a 等( 1 9 6 9 ) 、t a k a h a s h i 等( 1 9 7 4 ) 采用f e c l 3 、f e 2 ( s 0 4 ) 3 、 m g c l z 和c a ( o h ) 。降低木材对水泥固化的阻凝作用“”。l e a ( 1 9 7 1 ) 和r a m a c h a n d r a n ( 1 9 9 4 ) 研究了c a c lz 对水泥的固化的影响，表明c a c i ：对能加速水泥的水合作用，尤其加速产生 c 。s 相，减少固化时间，在某些情况下能增加最高水化温度“。m o s l e m i 等( 1 9 8 3 ) 研 究了各种预处理和添加剂对落叶松或黑松一水泥一水的混合物的水化特性的影响，并通过测 试达到最高水化温度的时问和最高水化温度来衡量。结果表明，经过热水或i n a o h 溶液 对黑松的预处理，其达到最高水化温度的时间没有影响，最高水化温度反而减小，经过热 水或i n a o h 溶液对落叶松的预处理，其达到最高水化温度的时间大大缩短，最高水化温 度极大提高“”。g n a n a h a r a n 和d h a m o d a r a n ( 1 9 8 5 ) 用冷水处理几种热带阔叶材木材就能 达到作为制造水泥纤维板的原材料“”。z h e n g t i a n 和m o s l e m i ( 1 9 8 5 ) 研究了3 0 种有机 和无机物对落叶松水泥混合物的水化特性的影响，其中s n c l 。、f e c l 。、a l c l ，、c a c l ：四种 化学添加剂使混合物的最高水化温度达到6 0 。c 以上，水化时间大大的缩短”。h o f s t r a n d ( 1 9 8 4 ) 研究黑松等9 种山地树种木材的水化特性，预处理对最高水化温度时间和最高水 化温度产生极大的影响，最高水化温度时间缩短，最高水化温度极大提高m “k a y a h a r a 等 ( 1 9 7 9 ) 、l e e 和s h o r t ( 1 9 8 9 ) 和s o r i a n o 等( 1 9 9 8 ) 成功地运用c a c i ：来改进水泥纤 维板的强度5 “。刘正添、韦益民等在研究白桦与水泥混合物的水化特性，认为白桦对水 泥的水化有很强的阻凝作用，在此基础上，用3 7 种试剂来改善白桦与水泥之间的相适性 “”。s c h m i d t 等( 1 9 9 4 ) 研究了经过铜铬砷( c c a ) 和铬酸的松木与水泥的想适应性，结 果经过上述试剂处理的松木比未经过处理的松木与水泥之间有较好的相适应性，认为试剂 处理松木增加了其抽替物进入水泥的阻力，并能改善木材水泥刨花板的弯曲韧性”1 。 s a u v a t 等( 1 9 9 9 ) 研究了活性碳和c a c l ：对水泥的固化的影响，认为c a c l 。对铝酸盐的水 化作用影响最大( 第二峰) ，硅酸盐的水化( 第三峰) 受到活性碳与水的总量的影响，二 种混合物能增加水化热5 0 嘟1 。s e m p l e 等( 2 0 0 0 ) 用冷水浸泡8 种不同产地的澳大利亚桉 树，也能改善它们与水泥之间的相容性。a l b e r t o 等( 2 0 0 0 ) 用1 的n a o h 溶液处理木材 来改善其与水泥的相容性。”。 k a t ee s e m p l e 和p h ili pd e v e n ( 2 0 0 0 ) 比较了多种无机 盐对改善马占相思木的心材对水泥水化的作用，马占相思木的心材含有较多的能溶于水的 单宁酸，对水泥的固化起着极大的阻凝作用，s n c i 。、a i c i 。、( n h 4 ) 。c e ( n o ，) 比c a c l 。 对改善马占相思木的心材与水泥的相适应性具有更好的效果，因为前者不仅能加速水泥的 固化，而且化合物中的阳离子能与溶于水的单宁酸形成络合物。s i m a t u p a n g 和h a n d a y ( 2 0 0 1 ) 用发酵的方法处理橡胶木的含糖量。结果增加了橡胶木与水泥的相适性。1 。叶良 明，金永明( 2 0 0 2 ) 等通过热压法制水泥刨花板的试验，研究了在3 种添加量条件下，氯 化钙、硅酸钠等7 种添加剂的添加效果”1 。 1 2 2 水泥刨花板的生产工艺 水泥刨花板的生产工艺就目前而言，主要有传统的半干法和热压快固法。前一种方 法是目前生产中通用的方法。后一种方法在水泥刨花板的生产中已有应用，但并未大量地 推广使用，代表了水泥刨花板生产的发展方向“”。 1 2 2 1 传统半干法 该法的工业化生产主要基于e l m e n d o r fr e s e a r c h ，i n c ( e r i ) 2 0 世纪6 0 年代的二项专利 e 2 , e 3 。生产的主要特点是：在满足水泥水化所需水量的前提下( 理论水泥水化的水化比为 0 2 4 ) 再外加尽可能少的水使水泥、木质材料、化学矿化剂在强力式搅拌机中搅拌均匀形 成半干性的混合料，经过铺装机将水泥木质刨花料铺装成型在垫板上，然后在压车上堆积 成板垛，用压板压到要求的厚度并用锁紧装置固紧，维持在受压状态下完成水泥的水化固 结。然后卸模，再生养护后进行板材的干燥，整形裁切后形成水泥刨花板。具体工艺流程 如下： 图卜1 半干法水泥刨花板生产工艺流程图 f i g 1 1p r o c e s sd r a w i n go fw o o d c e m e n tp a r t i c l e b o a r db yc o l d - p r e s s i n g 1 2 2 2 热压快固法 传统水泥刨花板的半干法生产工艺，受水泥水化形成强度的制约，一般加压时间长， 制造工艺技术要求夹紧8 2 4 小时，即使在8 0 下养护也需5 8 h ，板坯才具备足够的强度 允许搬运，这样会造成需要大量夹紧装置和成型垫板，占地面积也很大，生产的效率就显 得极低，限制了生产的发展。为了改善这一现状，各国学者开展了各种研究以绵短水泥刨 花板的生产时间。b e r g e r 和y o u n g ( 1 9 7 2 ) 等用c 0 2 处理水泥水化的水化过程，c 0 2 与 c a ( o h ) 2 反应产生c a c 0 3 ，c ac 0 3 的形成使水泥水化在初始阶段具有一定的粘结性能， 也能使水泥中其它晶体相提前形成呻1 。s c h m i d t ( 1 9 8 9 ) 用c 0 2 处理纤维素和水泥的混合 物，只需要1 0 1 5 分钟的时间能使水泥固化的程度达到传统水化几小时才能达到的水泥固 化的程度。g e i m e r 等( 1 9 9 2 ) 研究了以南方松为木质材料、以c a c 0 3 替代5 的水泥 用量来制备1 4 m m 厚的水泥刨花板，板坯在4 5 分内可以达到一定的初始强度从压机卸压 移走嘲1 。e u s e b i o 等( 1 9 9 3 ) 用添加异氰酸酯树脂胶来改善木材水泥复合板的性能，在6 0 的温度下压制，通过电子显微镜观察板材的结构，异氰酸酯树脂胶能改善水泥的结晶状况， 并且能生成非层状的异氰酸酯树脂水泥复合体网状结构。添加异氰酸酯树脂胶的木材水 泥复合板经过3 小时的冷压，板坯就可以达到搬运时所需的强度，经过2 小时的热压，能 够明显提高板材的性能，板材的内结合强度增大，其尺寸稳定性增加”。s i m a t u p a n g 等 ( 1 9 9 5 ) 研究了木材水泥混合物中添加碳酸盐，在8 5 。c 的温度下压制1 5 分钟条件下，对 快速固化木材水泥刨花板的性能影响。e u s e b i o 等( 1 9 9 5 ) 运用添加n a h c 0 3 和蒸汽喷 射相结合方法，施加不少于5 n a h c 0 3 添加量，进行2 秒的蒸汽喷射和3 分钟的压制， 板坯卸压后不需要加紧即可以达到搬运的强度，但板材的最终力学强度和稳定性相对较小 “。n a g a d o m i 等( 1 9 9 6 ) 对快速固化水泥刨花板的技术进行了系列研究，研究表明1 5 以上的n a h c 0 3 添加量阻碍了水泥的水化，认为产生太多的c a c 0 3 并覆盖在水泥的表面 导致产品最终强度的降低。在m g c l 2 、c a c l 2 、a 1 c 1 3 和n h 4 c 1 几种快速水泥固化剂中， m g c l 2 是对水泥的水化影响最大，并能改善水泥刨花板的力学性能和厚度膨胀率，线性膨 胀率和线性收缩率减小。比较n a h c 0 3 和n a 2 s i 0 3 作为增强剂对水泥刨花板的性能影响， 无论添加m g c l 2 与否，添加n a 2 s i 0 3 对板材性能的影响比n a h c 0 3 对板材性能的影响较大， n a 2 s i 0 3 对板材的线性尺寸稳定性有明显的改善。而且二种添加剂在蒸汽喷射压制的条件 下，化学反应形成的产物不同，n a h c 0 3 形成的产物为c a c 0 3 ，n a 2 s i 0 3 形成的产物为无 定形的硅化物和s i o z 粘结物。在同样的蒸汽喷射下，硅灰作为添加剂对板材性能影响比一 n a 2 s i 0 3 对板材性能的影响更加明显，硅灰能改善板材的力学性能、加速水泥的水化及填 充水泥结构中的空隙。用高温加压和添加硅灰相结合的方法也能提高板材的稳定性“7 ”。 h e r m a w a n 等( 2 0 0 0 ，2 0 0 2 ) 运用超临界c 0 2 处理水泥刨花板的制造，板材的性能与传统 工艺制造的水泥刨花板相比，其物理和尺寸稳定性都有所改善。超临界c 0 2 与c 0 2 气体 在水泥水化中所起的作用一样j 但超临界c o ：可以进一步缩短水泥的水化时间。7 7 。 h e r m a w a n ( 2 0 0 1 ) 等使用x 衍射仪( x r a y ) 、差热分析仪( t g d t g ) 和扫描电镜( s e m ) 对经过超临界c 0 2 或c 0 2 气体工艺处理的水泥刨花板水化进行分析，水泥的水化能产生 多的c a c o h 和c a s ，这些产物与木材表面互相胶着，因而，用经过c 0 2 工艺处理的水泥刨 花板具有较好的强度性能 7 9 鲫。刘义海、陈士英( 1 9 9 7 ) 以毛白杨、兴安落叶松和普通硅酸 盐水泥为主要原料，采用二氧化碳气体喷射法研究水泥刨花板的