秸稈纖維增強粉煤灰泡沫混凝土性能試驗研究

張瑞琦 李佰壽

(延邊大學，吉林 延吉 133002)

秸稈纖維增強粉煤灰泡沫混凝土性能試驗研究

張瑞琦 李佰壽*

(延邊大學，吉林 延吉 133002)

通過正交試驗，從泡沫混凝土干密度、干燥收縮及抗壓強度等方面，綜合分析了粉煤灰和秸稈纖維對泡沫混凝土性能的影響，確定了泡沫混凝土配合比的最優參數，有利于提高泡沫混凝土的工程質量。

泡沫混凝土，粉煤灰，秸稈纖維，抗壓強度

0 引言

建筑行業作為三大能耗產業之一，近年來對建筑節能和建筑環保的要求越來越高。泡沫混凝土作為一種節能環保的新型材料成為了外墻材料的不二選擇，得到了眾多的關注[1，2]。

粉煤灰作為現代工業產量最多的一種工業廢渣，年排量已經超過2億t。粉煤灰的儲存及處理帶來了大規模的環境污染并占用了大量的土地，因此，粉煤灰的綜合處理成為亟待解決的問題[3]。

另外，我國農作物秸稈隨意拋棄，焚燒現象嚴重。國務院《關于加快推進農作物桔稈綜合利用的意見》中提出了到2015年全國秸稈綜合利用率達到80%以上的目標[4]。

本文以泡沫混凝土的干燥收縮、干密度及抗壓強度為出發點，綜合利用粉煤灰、秸稈纖維研制出秸稈纖維增強粉煤灰泡沫混凝土，研究二者摻量對泡沫混凝土性能的綜合影響，探索最優配合比。

1 試驗原材料及方法

1.1 試驗原材料

水泥：廟嶺牌普通硅酸鹽水泥，等級為P.O42.5級。

粉煤灰：延吉市電廠生產的Ⅰ級粉煤灰。

粉煤灰化學成分見表1。

表1 粉煤灰的化學成分 %

秸稈纖維：采用四平市周邊稻草秸稈纖維。稻草的化學成分見表2。

表2 稻草的化學成分[5] %

硅藻土：吉林省臨江天元催化劑有限公司提供的301號硅藻土。硅藻土各項質量指標見表3。

表3 硅藻土各項質量指標[6] %

發泡劑：河北省衡水市友誼化工生產的發泡劑。

NaOH溶液：河北省石家莊市科達生產的NaOH。

水：實驗室自來水。

1.2 試驗方法

1)秸稈纖維制備。

首先將稻草秸稈去頭去尾留下秸稈莖部位待用，然后由參考文獻[7]可知秸稈纖維的最佳長度為(5±1) mm，利用粉碎機切成(5±1) mm。最后根據參考文獻[8]對制備好的秸稈纖維進行預處理。預處理方法為首先對秸稈纖維進行篩選，去除其中雜質及灰塵，剔除長度不在(5±1) mm范圍內的秸稈纖維，對選好的秸稈纖維在4%的NaOH溶液中浸泡12 h,在通風處陰干待用。

2)泡沫混凝土制備。

泡沫混凝土的制備過程如圖1所示。

3)泡沫混凝土性能測定。

泡沫混凝土的干密度、干燥收縮、抗壓強度的試驗研究參照JC/T 1062—2007泡沫混凝土砌塊[9]進行。

2 試驗結果與分析

2.1 秸稈纖維增強粉煤灰泡沫混凝土正交試驗研究

在保持其他材料比例不變的情況下，設計粉煤灰的摻量分別為35%，40%和45%，秸稈纖維摻量分別為0%，1%和2%的泡沫混凝土，其配合比和試驗結果見表4。

表4 試驗配合比及結果

2.2 粉煤灰及秸稈纖維對泡沫混凝土性能影響

粉煤灰摻量及秸稈纖維摻量對泡沫混凝土抗壓強度、干密度及干燥收縮的影響的結果分析如圖2～圖4所示。

從圖2可以看出，隨著粉煤灰摻量的增加抗壓強度呈現出下降趨勢，粉煤灰的摻量每增加5%強度降低10%左右，這是因為隨著粉煤灰的增加水泥用量減少，水泥水化產物相對減少，使得強度有所降低，其次由于粉煤灰二次水化反應比較緩慢，而養護28 d相對齡期較短粉煤灰水化不充分使得強度沒有充分發揮出來，因此泡沫混凝土抗壓強度隨著粉煤灰摻量增加而減小。同時可以看出隨著秸稈纖維的摻入，泡沫混凝土的抗壓強度有所增加，其中當纖維摻量從0%～1%時強度增加9%左右，纖維摻量從1%～2%時，強度增加4%左右，其原因是混凝土受到外部荷載產生裂縫時，當裂縫發展到纖維與基材的過渡區時，秸稈纖維的拉應力與基材產生的粘結力抵消了一部分外力，延緩了裂縫的產生從而使得泡沫混凝土的抗壓強度得到增強。當纖維摻量增加到2%時，強度增加量減少是因為纖維摻量大時容易造成纖維結節導致強度增加不高。

從圖3可以看出，隨著粉煤灰摻量的增加干燥收縮不斷減小，粉煤灰摻量每增加5%，干燥收縮減少18%左右，這是因為粉煤灰的摻入一方面減少了水泥的摻量，使得水泥漿體的化學收縮降低，另一方面粉煤灰的粒徑遠小于水泥，在水泥二次水化過程中填補了一部分空隙，一定程度上提高了泡沫混凝土的密實性。同時可以看出隨著秸稈纖維的加入也一定程度上降低了泡沫混凝土的干燥收縮，降低量約為11%，原因是秸稈纖維和基材之間的粘結力抵消了一部分干燥收縮時產生的應力，從而降低了泡沫混凝土的干燥收縮。

從圖4可以看出，隨著粉煤灰摻量的增加泡沫混凝土的干密度呈下降趨勢，粉煤灰摻量每增加5%，干密度下降約為9%。這是因為粉煤灰是一種輕質材料，密度遠小于水泥的密度，當等量取代水泥時降低了泡沫混凝土的干密度。同時可以看出秸稈纖維的加入對泡沫混凝土的干密度的影響不大。

綜合考慮泡沫混凝土的各項指標，在保證泡沫混凝土性能的基礎上盡量做到最大化利用粉煤灰和秸稈纖維，本文最優選取粉煤灰摻量40%,秸稈纖維摻量1%配制泡沫混凝土。

3 結語

1)利用正交試驗分析得出粉煤灰對泡沫混凝土的影響大于秸稈纖維對泡沫混凝土的影響。

2)在保持其他材料不變的情況下，泡沫混凝土的抗壓強度隨著粉煤灰摻量的增加而降低，降低量約為10%，隨著秸稈纖維摻量的增加而增大，增加量分別為9%，4%。

3)在保持其他材料不變的情況下，泡沫混凝土的干密度隨著粉煤灰摻量的增加而降低，降低量約為9%，纖維摻量對干密度影響不大。

4)在保持其他材料不變的情況下，泡沫混凝土的干燥收縮隨著粉煤灰摻量的增加而降低，降低量約為18%，隨著秸稈纖維摻量的增加而降低，降低量約為11%。

5)綜合分析粉煤灰和秸稈纖維對泡沫混凝土的抗壓強度、干密度及干燥收縮的影響，將粉煤灰摻量40%，秸稈纖維摻量1%作為泡沫混凝土的最優配合比。

[1] WEET-H, BABUDS, TAMIL SELVANT, et al. Air-void system of foamed concrete and its effect on mechanical proper-ties [J].ACI Materials Journal,2006,103(1):45-52.

[2] 潘志華，程 麟，李東旭，等.新型高性能泡沫混凝土制備技術研究[J].新型建筑材料，2002(5)：1-5.

[3] 高占國，華 珞，鄭海金，等.粉煤灰的理化性質及其資源化的現狀及展望[J].首都師范大學學報(自然科學版)，2003,24(1)：70-76.

[4] 發改環資[2011]2615號，關于印發“十二五”農作物秸稈綜合利用實施方案的通知[Z].

[5] 吳曉艷,劉紅飛,張 程,等.稻桿纖維對改善泡沬混凝土抗壓強度的研究[J].混凝土與水泥制品，2014，(9)：56-58.

[6] 孫成棟.PRC板產品的開發與展望[J].化學建材,1997,13(6):267-268.

[7] 岳志鑫.新型自保溫砌塊及砌體強度研究[D].延吉：延邊大學，2016.

[8] 祝 瑜.預處理對水泥基稻草纖維材料性能影響的研究[D].哈爾濱：哈爾濱工業大學，2008.

[9] JC/T 1062—2007，泡沫混凝土砌塊[S].

Experimental study on performance of straw fiber reinforced fly ash foam concrete

Zhang Ruiqi Li Baishou*

(YanbianUniversity,Yanji133002,China)

From the orthogonal experiment, the paper has the comprehensive analysis of the influence of the fly ash and straw fiber on the foam concrete’s performance from the dry density, dry shrinkage and anti-compaction strength of the foam concrete, and identifies the optimal parameter for the proportional ratio of the foam concrete, so as to improve the engineering quality of the foam concrete.

foam concrete, fly ash, straw fiber, anti-compaction strength

1009-6825(2017)03-0109-02

2016-11-20

張瑞琦(1991- )，女，在讀碩士

李佰壽(1954- )，男，博士，碩士生導師，教授

TU522.32

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