我国是一个农业大国，而玉米秸秆的综合利用手段还不够成熟，部分地区仍然将其丢弃田间或焚烧，既浪费资源，又污染环境，甚至成了雾霾天气的“元凶”之一[1]。氯氧镁水泥具有质轻、快硬、高强，对木质材料、植物纤维等生物纤维有很好的胶结性、低腐蚀性的特点[2～3]。采用氯氧镁水泥作为玉米秸秆复合的无机胶凝材料制备的玉米秸秆氯氧镁水泥复合材料（C-MOC）具有质量轻、导热系数低等特点[4]。

玉米秸秆虽具有质量轻、导热系数低的特点，但其外表皮存在由充满SiO2的硅细胞和栓质化的栓质细胞组成的蜡质层，氯氧镁水泥浆体很难在玉米秸秆外表面润湿、扩散和渗透，从而影响制品强度[5]。此外玉米秸秆瓤结构蓬松柔软、多孔，具有较强的吸水性，其所含水分会影响氯氧镁水泥的水化，改变氯氧镁水泥的水灰比，影响制品性能。本文通过对玉米秸秆进行预处理来改善玉米秸秆外表皮与氯氧镁水泥的粘结强度并将硅灰作为稳定剂来稳定氯氧镁水泥的晶型结构，改善C-MOC的性能。

1 试验

1.1 原材料

玉米秸秆取自天津和北京郊区，将收集的玉米秸秆在阳光下暴晒晾干，控制含水率＜10%。通过580型多功能秸秆粉碎机进行破碎，而后利用电动筛进行筛分，选取1.25～4.75 mm之间的粉碎玉米秸秆。

轻烧氧化镁来自北京利福升化工有限公司，经加水水化法测得其活性氧化镁含量为55%。氯化镁选自江阴海融环保科技发展有限公司，MgCl2含量＞99%。

1.2 试验方案

1.2.1 玉米秸秆预处理

为突出玉米秸秆改性处理对C-MOC性能的影响，氯氧镁水泥水灰比为0.47，MgO/MgCl2物质的量比为6，玉米秸秆掺量为40%。对玉米秸秆改性处理试验配比见表1。

表1 玉米秸秆改性试验配比 kg

1）浸水处理。室温下，将玉米秸秆浸于水中12 h，除去滤液，后用自来水冲洗2遍，50℃干燥4 h至含水率10%左右，然后与氯氧镁水泥混合成型。

2）碱液处理。将玉米秸秆浸入质量分数为1%的NaOH溶液中浸泡处理4 h，除去滤液，用自来水冲洗，直至用pH试纸检测滤液为中性。50℃干燥4 h至含水率10%左右，然后与氯氧镁水泥混合成型。

3）水玻璃裹覆处理。将玉米秸秆置于搅拌机中，边搅拌边喷洒水玻璃溶液，水玻璃溶液加入完毕后继续搅拌，直至水玻璃均匀的分散在玉米秸秆表面；然后加入MgO粉末，搅拌均匀，而后加入氯化镁水溶液和水，搅拌2 min，注浆成型。

4）EVA乳液裹覆处理。将玉米秸秆置于搅拌机，边搅拌边喷洒EVA乳液，EVA乳液加入完毕后继续搅拌，直至EVA乳液均匀的分散在玉米秸秆表面；然后加入MgO粉末，搅拌均匀，而后加入氯化镁水溶液和水，搅拌2 min，注浆成型。

1.2.2 稳定剂试验

采用硅灰等质量替代轻烧氧化镁研究其对氯氧镁水泥性能的影响，试验中MgO/MgCl2物质的量比为6；玉米秸秆的掺量为40%；乳液相对玉米秸秆的掺入量为80%；硅灰掺量为0、4%、8%、12%、16%、20%，硅灰掺量指掺加硅灰质量占轻烧氧化镁与掺加硅灰质量总和的比例，试验配合比见表2。

表2 硅灰掺量试验配比g

1.3 检测方法

表观密度测定参照GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法》检测。力学性能参照GB/T 17671—1999，分别养护3、7、28 d龄期，测试其抗折强度和抗压强度。吸水率按照GB/T 15231—2008《玻璃纤维增强水泥性能试验方法》标准规定方法检测。软化系数是表征耐水性的参数，参照JG/T 1169—2005《建筑隔墙用轻质条板》中软化系数测定方法检测。

2 结果与讨论

2.1 玉米秸秆改性处理对C-MOC强度的影响

玉米秸秆未经处理C-MOC的28 d抗压、抗折强度为1.34、1.19 MPa；浸水处理后C-MOC的28 d抗压、抗折强度为1.64、1.44 MPa，相对未处理的C-MOC分别提高了22%、13%；经碱液处理后C-MOC的28 d抗压、抗折强度为2.40、1.60 MPa，相对未处理的C-MOC分别提高了79%、34%；经水玻璃包裹处理后C-MOC的28 d抗压、抗折强度为0.62、0.68 MPa，相对未处理的C-MOC分别降低了53%、42%；经EVA乳液包裹处理后C-MOC的28 d抗压、抗折强度为4.69、3.65 MPa，相对未处理的C-MOC分别提高了250%、207%。见图1。

图1 玉米秸秆改性处理对C-MOC强度的影响

对C-MOC强度提高程度的顺序为EVA乳液处理＞碱液处理＞浸水处理＞未处理＞水玻璃处理。

观察玉米秸秆预处理外表皮的微观形貌，见图2。

图2 玉米秸秆预处理外表皮微观形貌

浸水处理的玉米秸秆外表皮的浅沟相比未处理的玉米秸秆更加明显并可看到少量的凸凹结构，说明玉米秸秆外表皮经过冷水处理后部分组织被溶解或者脱落；这是因为水溶解了玉米秸秆中的部分纤维素和半纤维素等物质，从而使玉米秸秆暴露出外表皮内层的结构，外表皮变得凹凸不平，增加了氯氧镁水泥的“嵌入”作用，进而可以提高与氯氧镁水泥的结合度，改善C-MOC的力学性能。

玉米秸秆经碱液处理后光滑的外表面遭到破坏，部分表面物质脱落，变得更为粗糙，出现无数孔洞和沟槽，使得“胶钉”作用形成，提高与氯氧镁水泥的结合度。

将玉米秸秆包裹一层水玻璃后，C-MOC的性能非但没有得到改善，强度反而降低了。这是由于在此试验的制备的过程中，秸秆表面包裹水玻璃溶液后，为防止玉米秸秆结块，未等到水玻璃完全成膜，仅仅在少部分水玻璃成膜的情况下，就与MgO粉末进行了混合搅拌，加氯化镁水溶液后成型。水玻璃无法与空气中的CO2作用，失去了形成硅酸的条件；即使露在C-MOC表层的水玻璃存在成膜的条件，但是玉米秸秆中吸收的水分也溶解了水玻璃中的碱金属离子，使成膜固化过程无法持续进行。

玉米秸秆经过EVA乳液改性后制备的C-MOC力学性能最佳。EVA乳液在玉米秸秆的外表面形成了一层薄膜，与玉米秸秆紧密粘接在一起且秸秆与秸秆之间还可通过EVA乳液粘结在一起，从而提高了CMOC的紧密度；又由于EVA乳液与氯氧镁水泥浆体有较好的相容性，与各相晶体发生了紧密的胶结，大大提高了晶体结构的强度，从而有效改善C-MOC的强度[6]。

2.2 硅灰掺量对C-MOC性能的影响

2.2.1 对密度的影响

试验结果表明，随着硅灰掺量的增大，C-MOC的密度在816 kg/m3左右浮动，变化率＜1%，见图3。说明硅灰未对C-MOC密度产生影响。

图3 硅灰掺量对C-MOC密度的影响

2.2.2 对强度的影响

随着硅灰掺量的增大，C-MOC的28 d抗压强度先增大后降低；当硅灰掺量为12%时，C-MOC的28 d的抗压强度最大，为6.71 MPa，相比未掺硅灰的空白试样提高了11.65%。随着硅灰掺量的增大，C-MOC的28 d抗折强度也呈现先增大，后减小的趋势；当掺量为12%，C-MOC的28 d抗折强度为5.98 MPa，相比未掺硅灰的空白试样提高了8.53%。C-MOC7、3 d的抗折、抗压强度均随着硅灰掺量的增加，变化不大，说明硅灰对C-MOC的早期凝结基本未造成影响。见图4。

图4 硅灰掺量对C-MOC力学性能的影响

2.2.3 对耐水性的影响

随着硅灰掺量的增大，C-MOC的吸水率呈现降低的趋势；当硅灰掺量为12%，C-MOC的吸水率为33.89%，相比未掺硅灰的空白试样降低了6.6%。随着硅灰掺量的增大，C-MOC的软化系数呈先增大后减小的趋势；当硅掺量为12%，C-MOC的软化系数为6.3，相比为掺粉煤灰的空白试样增大了34%。见图5。

硅灰中的球状结构与氯氧镁水泥、EVA乳液很好结合在一起，改变了氯氧镁水泥中5·1·8相针状结构相互穿插的结构形貌。这主要是因为硅灰中含有活性SiO2，在氯氧镁水泥浆体中5·1·8相和3·1·8相包裹在硅灰小颗粒的表面，随着时间的延长，这些小颗粒凝聚发生一系列的水化反应，形成类似滑石粉人造石的结构3MgO·4SiO2·8H2O，使得硅灰不仅起填充作用，而且有助于稳定氯氧镁水泥中的晶相结构[7～8]。见图6。

图5 硅灰掺量对C-MOC耐水性影响

图6 硅灰改性C-MOC的微观形貌

3 结论

1）分别采用浸水处理、碱液处理、水玻璃包裹处理及EVA乳液包裹处理对玉米秸秆进行改性，其对CMOC的改性结果为：EVA乳液处理＞碱液处理＞浸水处理＞未处理＞水玻璃处理。

2）随着硅灰掺量的增大，密度基本未变，吸水率减低；抗折、抗压强度及软化系数前增大后减小，当掺量为12%出现最大值。当硅灰掺量为12%，C-MOC的密度为816 kg/m3，28 d抗压强度为6.71 MPa，28 d抗折强度为5.98 MPa，吸水率为33.89%，软化系数为6.3。