輕質(zhì)秸稈混凝土砌塊的材料性能研究

張念強(qiáng) 黃群藝 肖姝瑋 王 望（西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院交通土建系 四川樂(lè)山 614200）

輕質(zhì)秸稈混凝土砌塊的材料性能研究

張念強(qiáng) 黃群藝 肖姝瑋 王 望
（西南交通大學(xué)土木工程學(xué)院交通土建系 四川樂(lè)山 614200）

為了研究秸稈摻量對(duì)輕質(zhì)秸稈混凝土砌塊表觀密度和抗壓強(qiáng)度的影響，本文通過(guò)分別在以機(jī)砂和陶粒作為骨料的輕質(zhì)混凝土砌塊中摻入了不同體積比的秸稈，并對(duì)其抗壓強(qiáng)度和表觀密度進(jìn)行了測(cè)定。

輕質(zhì)秸稈混凝土；表觀密度；抗壓強(qiáng)度；陶粒；機(jī)砂

1 前言

秸稈是農(nóng)業(yè)生產(chǎn)過(guò)程中主要的副產(chǎn)品之一，我國(guó)每年秸稈產(chǎn)量高達(dá)9億噸，而利用率卻僅占總量的 5%左右[1]。傳統(tǒng)的秸稈處理方式不但造成了資源的浪費(fèi)，而且污染環(huán)境，不符合國(guó)家倡導(dǎo)的可持續(xù)發(fā)展和節(jié)能減排的理念。將秸稈摻入混凝土砌塊中形成輕質(zhì)秸稈混凝土砌塊，取材方便、加工簡(jiǎn)單、造價(jià)低廉、性能優(yōu)良，不僅符合我國(guó)節(jié)約資源、保護(hù)環(huán)境的既定國(guó)策[2]，而且為秸稈資源化利用提供了一條新途徑。

目前，我國(guó)與秸稈相關(guān)的建筑材料主要有秸稈水泥條板、秸稈復(fù)合板、秸稈纖維砌塊和秸稈混凝土墻體砌塊[3]。其中，秸稈混凝土砌塊墻體材料在建筑中的應(yīng)用受到了人們的廣泛重視。秸稈混凝土砌塊墻體按其承重情況可分為承重墻體和非承重墻體兩類。為了進(jìn)一步推廣秸稈混凝土砌塊墻體，本文在前期承重墻體試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，針對(duì)非承重墻體，即輕質(zhì)秸稈混凝土砌塊的應(yīng)用開(kāi)展試驗(yàn)研究。

2 試驗(yàn)概況

表1 A組機(jī)砂組秸稈混凝土質(zhì)量配合比

2.1 原材料

水泥：峨勝PO42.5級(jí)水泥；

秸稈：采用峨眉山市黃灣鄉(xiāng)農(nóng)民種植的稻草秸稈，秸稈去皮經(jīng)自然風(fēng)干后，將秸稈切成長(zhǎng)度為5mm的秸稈碎料作為試塊摻入材料；

陶粒：顆粒級(jí)配為5-10mm，中川環(huán)生產(chǎn)；砂： 細(xì)度模數(shù)為3.3的機(jī)砂；水： 不含雜質(zhì)的透明自來(lái)水

2.2 試驗(yàn)設(shè)計(jì)與方法

2.2.1 質(zhì)量配合比

本次試驗(yàn)分A組和B組兩批次進(jìn)行，其中A組的粗骨料選用機(jī)砂，具體質(zhì)量配合見(jiàn)表1；B組的粗骨料選用陶粒，具體質(zhì)量配合比見(jiàn)表2。

表2 B組陶粒組秸稈混凝土質(zhì)量配合比

2.2.2 秸稈質(zhì)量的確定

（1）秸稈的體積比

試驗(yàn)中，A組和B組均選取秸稈摻量作為主要變量。其中，A組（機(jī)砂組）混凝土砌塊采用標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊制作，即大小為150×150×150mm3。自然風(fēng)干秸稈體積比分別按試塊體積的 30%、50%、70%選用；B組(陶粒組）混凝土砌塊大小及秸稈摻量同A組（機(jī)砂組）。

（2）秸稈表觀密度的測(cè)定

選用已知尺寸為 100×100×55mm3的長(zhǎng)方體容器和精密測(cè)量稱（精度為0.01g）。首先計(jì)算出長(zhǎng)方體容器體積 V0，然后用精密測(cè)量稱稱出容器的質(zhì)量m0，再將容器裝滿自然風(fēng)干的秸稈后稱出其總質(zhì)量m1，則自然風(fēng)干的秸稈表觀密度為重復(fù)操作上述步驟五次，經(jīng)測(cè)定，秸稈的平均表觀密度為。

（3）秸稈的質(zhì)量計(jì)算

將A組和B組混凝土試塊選用的三個(gè)梯度秸稈體積比乘以測(cè)定出的秸稈平均表觀密度，即可得出不同梯度體積比在混凝土試塊中的秸稈摻入質(zhì)量。

2.3 試塊制作及養(yǎng)護(hù)

試驗(yàn)中，A組和B組兩批次的試塊分別進(jìn)行配料，將各配料按順序混合均勻，在攪拌機(jī)中進(jìn)行充分?jǐn)嚢韬蟮谷霕?biāo)準(zhǔn)混凝土立方體試塊模具裝模，待24小時(shí)后拆模，對(duì)拆模后的試件在自然室溫條件下采取覆蓋、澆水潤(rùn)濕、擋風(fēng)、保溫等養(yǎng)護(hù)措施，自然養(yǎng)護(hù)28天。

3 表觀密度及抗壓強(qiáng)度量測(cè)

3.1 試塊表觀密度的量測(cè)

將養(yǎng)護(hù)好的試件放在天平上，記錄每一個(gè)試件的質(zhì)量讀數(shù)大小，然后分別求出每一組三個(gè)試件表觀密度的平均值。

3.2 試塊抗壓強(qiáng)度的量測(cè)

把試件安放在試驗(yàn)機(jī)下壓板中心，試件的承壓面與上下壓板的頂面垂直。開(kāi)動(dòng)試驗(yàn)機(jī)，當(dāng)上壓板與試件接近時(shí)，調(diào)整球座，使接觸均衡；加壓時(shí)，應(yīng)持續(xù)而均勻地加荷，加荷速度為0.5-0.8Mpa/s。當(dāng)試件接近破壞而開(kāi)始迅速變形時(shí)，停止調(diào)整試驗(yàn)機(jī)油門，直至試件破壞，然后記錄破壞荷載F。根據(jù)量測(cè)結(jié)果，混凝土立方體抗壓強(qiáng)度f(wàn)cu按公式fcu=F/A進(jìn)行(精確至0.01 Mpa)，式中：F-破壞荷載，KN；A—受壓面積，mm2；

4 試驗(yàn)結(jié)果分析

4.1 秸稈體積比對(duì)試塊表觀密度的影響

從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)看出，機(jī)砂組試件的表觀密度穩(wěn)定在 1530kg/m3左右，陶粒組試件表觀密度穩(wěn)定在 1370kg/m3左右。兩種試件表觀密度明顯低于普通混凝土的表觀密度2500kg/m3。兩組試件中，A組機(jī)砂組表觀密度要高于B組陶粒組的表觀密度，一方面因?yàn)閮山M試件的粗骨料不同，另一方面因?yàn)樘樟５拿芏鹊陀跈C(jī)砂導(dǎo)致整體試塊的表觀密度較低。同時(shí)，兩組骨料的不同密度導(dǎo)致了兩組混凝土試件的不同配合比，從而也間接導(dǎo)致了最終成型的兩組混凝土試件表觀密度不同。

4.2 秸稈體積比對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

對(duì)于 A組機(jī)砂組試件而言，秸稈體積比每增加 20%，抗壓強(qiáng)度分別降低了2.01Mpa和4.01Mpa；對(duì)于B組陶粒組而言，秸稈體積比每增加20%，抗壓強(qiáng)度分別降低了3.57Mpa和4.76Mpa。這表明：隨著秸稈摻量增加，抗壓強(qiáng)度下降速率變大。一方面，因?yàn)閭鹘y(tǒng)的碎石粗骨料被機(jī)砂或陶粒替代導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度下降；另一方面，秸稈的大量摻入使得混凝土試件內(nèi)部的粘結(jié)力降低，試件中空隙大量增多，導(dǎo)致顆粒附著力急劇減小，加劇了混凝土抗壓強(qiáng)度的下降。

同時(shí)，當(dāng)秸稈體積比達(dá)到70%的時(shí)候，混凝土試件仍然保持有1Mpa左右的抗壓強(qiáng)度，可以滿足砌體材料的容重、儲(chǔ)運(yùn)、裝修等要求。因此，建議秸稈摻量的體積比控制在50%-70%之間，這樣既使得砌體材料能夠較好的凝結(jié)成整體，保持外形光滑美觀，同時(shí)又兼具一定的強(qiáng)度，滿足規(guī)范對(duì)運(yùn)輸、砌筑等方面的要求。

5 結(jié)語(yǔ)

本文通過(guò)分別在以機(jī)砂和陶粒作為粗骨料的輕質(zhì)混凝土砌塊中摻入了不同體積比的秸稈，對(duì)其抗壓強(qiáng)度和表觀密度進(jìn)行了測(cè)定，結(jié)果表明：秸稈的體積比合理?yè)搅繀^(qū)間控制在50%-70%之間。實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)反映出，秸稈的體積比對(duì)兩種混凝土試件的表觀密度和抗壓強(qiáng)度均具有顯著的影響。同時(shí)，試件的表觀密度明顯小于普通混凝土表觀密度，屬于輕質(zhì)混凝土；摻加秸稈后測(cè)得的抗壓強(qiáng)度也可以滿足正常運(yùn)輸、砌筑要求。本次試驗(yàn)僅選取機(jī)砂和陶粒作為秸稈混凝土試塊的粗骨料進(jìn)行研究，今后可就其他粗骨料或加入膠凝材料作進(jìn)一步的試驗(yàn)研究，以此不斷提升輕質(zhì)秸稈混凝土的材料性能。

[1]李國(guó)忠，高子棟，改性秸稈纖維增強(qiáng)石膏基復(fù)合材料性能[J]，建筑材料學(xué)報(bào)，2011（6）

[2]徐明，張潤(rùn)芳，我國(guó)秸稈纖維基環(huán)保節(jié)能墻體材料的應(yīng)用進(jìn)展[J]，材料導(dǎo)報(bào)，2012（11）：298-302

[3]范軍，劉福勝，秸稈纖維混凝土砌塊的強(qiáng)度和保溫性能試驗(yàn)研究[J]，建筑科學(xué)，2010（8）：45-47

G322

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1007-6344（2016）06-0287-01

張念強(qiáng)，男，漢，（1994.09-），江蘇贛榆，本科在讀，西南交通大學(xué)峨眉校區(qū)，土木建材