本技术涉及建筑材料，具体涉及一种植物纤维水泥基复合材料及其制备方法。
背景技术：
1、水泥基材料是世界上使用最广泛的建筑材料之一，如今的水泥基材料抗压强度有了较大提升，但其收缩大、抗弯强度低、易开裂和韧性差等本质性缺点尤为突出。在工程材料领域，复合化是开发新型工程材料的重要手段，它能够改良材料自身的性能，扩大材料的应用范围，给原始材料带来新的“生命”。为解决水泥基材料的各项缺陷，最有效的方法就是在水泥基材料中掺入纤维。其中植物纤维因其低成本、绿色环保可降解、与工业纤维具有相近的力学性能等优势逐渐进入了人们的视野，并引起了广泛的关注；但自然界中的植物纤维种类众多，其理化性能各异，并非都能够很好适用于水泥基材料，以起到很好的性能改进作用。
2、因此，针对现存的问题，亟需深入的研究植物纤维在水泥基料中的功能作用，从而能够扬长避短的去改善水泥基复合材料的力学性能。
3、公开于该背景技术部分的信息仅用于加深对本公开的背景技术的理解，而不应当被视为承认或以任何形式暗示该信息构成本领域技术人员所公知的现有技术。
技术实现思路
1、发明人通过研究发现，狗尾草纤维/龙须草纤维/黄麻纤维等植物纤维，其虽具有良好的拉伸强度和比强度，能够用于水泥基材料中在一定程度上增强材料，但由于植物纤维自身结构特性，此类纤维易在水泥基材料的碱性环境中产生耐久性问题，其中包括：①狗尾草纤维/龙须草纤维/黄麻纤维中的木质素和半纤维素在碱性环境中易于水解，减弱纤维细胞间的连接，纤维聚态结构遭破坏，且水解产物对水泥水化有缓凝作用；②水泥水化产物ca(oh)2随着水泥浆体孔溶液向纤维内部渗透，在内腔沉积造成纤维矿化，导致抗拉强度和变形能力下降；③狗尾草纤维/龙须草纤维/黄麻纤维具有较强的吸水性，使得纤维周围局部水灰比较大，形成多孔、多裂纹、富含氢氧化钙晶体的界面薄弱区。在自然界干湿循环过程中，植物纤维交替的膨胀和收缩使界面结合逐渐弱化，不能有效地抵抗裂缝和承担荷载；④狗尾草纤维/龙须草纤维/黄麻纤维表面的蜡质层较光滑与水泥基材料界面结合较差，限制其抗裂增韧效应。
2、而发明人通过进一步的研究发现，通过植物纤维（狗尾草纤维、龙须草纤维、黄麻纤维）进行一定的预处理，可优化植物纤维的自身结构，也可改善植物纤维与水泥基体之间的机械咬合力，进而显著改善复合材料的性能。同时发明人还发现，制备植物纤维水泥基复合材料需要保证最佳的配合比以提高复合材料的力学性能：若植物纤维（狗尾草纤维、龙须草纤维、黄麻纤维）掺量过少，则无法形成相互联结、传递外力的网络结构，难以发挥纤维的加筋效应；若植物纤维（狗尾草纤维、龙须草纤维、黄麻纤维）掺量过多，则会使水泥浆体难以充分包覆纤维，对复合材料各方面性能产生负面影响。此外，需要提起的是，现有植物纤维（狗尾草纤维、龙须草纤维、黄麻纤维）增强水泥基复合材料的制备方法并无法保证植物纤维（狗尾草纤维、龙须草纤维、黄麻纤维）均匀分散，这会影响纤维的增强效果。
3、本技术植物纤维水泥基复合材料及其制备方法，提供一种旨在解决现有技术中制备的植物纤维（狗尾草纤维、龙须草纤维、黄麻纤维）增强水泥基复合材料存在植物纤维（狗尾草纤维、龙须草纤维、黄麻纤维）分散不均、碱性环境下分解、吸水尺寸变化，进而无法实现足够的界面力传递，导致力学性能差的问题。
4、为解决上述技术问题，本技术采用如下技术方案：
5、设计一种植物纤维水泥基复合材料，其由预处理植物纤维、胶凝材料、砂、聚羧酸减水剂及水混合而成，且各原料满足以下配比要求：水灰比为0.35～0.40、胶砂比为0.30～0.35、预处理植物纤维占水泥质量的0.8～1.2％、聚羧酸减水剂占水泥质量的0.18～0.22％；所述胶凝材料包含水泥、粉煤灰。
6、根据本公开的另一个方面，在步骤（1）中，所述预处理植物纤维是由狗尾草纤维、龙须草纤维、黄麻纤维中的至少一种，依次经热碱浸泡处理、氯丁胶乳浸渍处理而制得。
7、根据本公开的另一个方面，所述植物纤维水泥基复合材料的制备方法，包括以下步骤：
8、（1）备料：按所述原料配比配置预处理植物纤维、砂、水、胶凝材料和聚羧酸减水剂，所述胶凝材料包含水泥和粉煤灰；所述预处理植物纤维由以下方法制得：用55℃～65℃的质量分数为4%的naoh溶液浸泡植物纤维10h～14h后，冲洗至中性，在45℃～55℃烘干后，放入稀释至10%～30%浓度的氯丁胶乳溶液中浸渍22h～26h，风干后过筛，即得；
9、（2）混料：将水泥、粉煤灰、砂放入搅拌机中慢速搅拌至均匀，加入预处理的植物纤维慢速搅拌至均匀，再加入聚羧酸减水剂，快速搅拌均匀，即得混合料；
10、（3）成型：将上步所得混合料注入对应的成型模具中，静置凝固后拆模养护，即成。
11、根据本公开的另一个方面，在所述步骤（1）中，植物纤维在预处理前先经机械或人工剪切筛分后得到的平均长度为10mm，平均宽度为1～3mm的植物纤维。
12、根据本公开的另一个方面，在步骤（1）中所述的氯丁胶乳为阴离子氯丁胶乳。
13、根据本公开的另一个方面，在所述步骤（2）中，慢速搅拌的自转速度为135r/min～145r/min，公转速度为57r/min～67r/min，慢速搅拌时间为1min。
14、根据本公开的又一个方面，在所述步骤（2）中，加入预处理植物纤维后的慢速搅拌的自转速度为135r/min～145r/min，公转速度为57r/min～67r/min，慢速搅拌时间为2min。
15、根据本公开的另一个方面，在所述步骤（2）中，快速搅拌的自转速度为275r/min～285min，公转速度为115r/min～125r/min，快速搅拌时间为4min。
16、本技术实施例中提供的一个或多个技术方案，至少具有如下任一技术效果或优点:
17、1. 本技术中的狗尾草纤维/龙须草纤维/黄麻纤维是一种可大规模生产的农作物，其具有绿色环保、价格低廉的优势，并且本技术对其进行改性，所需成本、危险性较低，有利于大规模应用。
18、2. 本技术在确定好复合材料的最佳配合比后，采用先干拌再湿拌的制备方法，即先将水泥、粉煤灰、砂子放入搅拌机中搅拌，再加入处理后的植物纤维与其混合搅拌促进纤维分散，最后加入水和减水剂搅拌，有利于狗尾草纤维/龙须草纤维/黄麻纤维在制备过程中均匀的分散，能使狗尾草纤维/龙须草纤维/黄麻纤维在制备的试件承受外力荷载时发挥更佳的作用，进而提升复合材料的抗折强度、韧性等性能，大大改善了复合材料的力学性能。
19、3. 本技术中所采用的配合比为形成狗尾草纤维/龙须草纤维/黄麻纤维网络结构的最佳配合比，此外复合材料制备方法促进狗尾草纤维/龙须草纤维/黄麻纤维的分散，二者结合使狗尾草纤维/龙须草纤维/黄麻纤维发挥更佳的阻裂和桥接作用，进而显著提高植物纤维水泥基复合材料的抗折强度、韧性等性能。
20、4. 本技术中的植物纤维水泥基复合材料具备优异的裂缝控制能力，非常有利于建筑工程对裂缝宽度控制的要求；例如受外力破坏时会呈现出多缝开裂的特点，材料第一条裂缝开始产生后并不会像普通水泥基材料那样逐渐扩大直至贯穿，而是裂缝数量不断增多，裂缝的宽度却不会增长，其饱和状态的多点开裂裂缝宽度小于50μm。
21、5. 本技术制备的植物纤维水泥基复合材料的抗折强度可达8～11mpa，抗压强度可达45～50mpa劈裂抗拉强度可达3.0～4.5mpa，其力学性质良好，满足多种场景下的特定工程应用的要求。