废旧纤维在水泥基材料中的应用研究进展

张少辉¹，王艳^2,3，牛荻涛^1,3

1. 西安建筑科技大学土木工程学院2. 西安建筑科技大学材料科学与工程学院3. 西部绿色建筑国家重点实验室

摘 要：纤维/树脂复合材料具有强度高、质量轻、耐腐蚀等优异特性,被广泛地应用于现代工业生产中,它们的设计使用寿命大约为20～25年,随着其设计使用年限的到达,将会有大量的纤维/树脂复合材料退役。如仅在风力发电领域,到2050年纤维/树脂复合材料总废弃量将达到4 340万t。废弃纤维/树脂复合材料将会给环境带来巨大的影响,如何回收利用大量的纤维/树脂复合材料废弃物是人们迫切需要解决的问题。目前回收纤维/树脂复合材料的方法主要有机械回收、热处理回收及化学回收三大类。机械回收是指使用破碎机将纤维/树脂复合材料粉碎成不同粒径的碎屑或碎片以备回收使用,回收过程简单、高效、无污染物排放,但是这种方法会破坏纤维的原始形貌,并且纤维表面附着的树脂并没有除去,影响回收纤维的再次利用。热处理回收方法是利用高温或氧化条件将纤维表面的树脂氧化或热解,以达到去除树脂、回收纤维的目的。这种方法不会降低纤维自身的性能,且回收的纤维与原始纤维性能接近,但是热处理过程需要耗费大量能源,且树脂热分解过程会产生有毒、有害气体。化学回收方法包括超临界技术和化学试剂法,其中超临界技术需要昂贵的特殊仪器且工艺复杂,目前只适用于实验室小规模使用;化学试剂法是利用化学试剂的强氧化性弱化纤维与树脂之间的黏结性能以除去树脂,该法工艺简单、效率高。将纤维复合材料废弃物经过适当处理后用于增强水泥基材料,不仅可以实现废弃资源再利用,重要的是还可以提高水泥基材料的性能。回收纤维对水泥基材料性能的增强机理主要表现在:（1）抑制水泥凝结硬化过程中初始微裂纹的产生;（2）控制硬化水泥基材料在荷载作用下微裂纹的扩展及合并;（3）破坏过程中吸收能量,提高水泥基材料的韧性。本文基于国内外回收纤维的研究现状,对各种回收方法的优缺点进行了阐述,重点介绍了回收钢纤维、回收碳纤维、回收塑料纤维及回收其他类型纤维对水泥基材料性能的影响,并对它们的发展前景进行了展望。

关键词：纤维复合材料;废旧纤维;回收方法;水泥基材料;