蓖麻秸稈混凝土試塊的力學性能研究

趙 興 （安徽省建筑工程質量第二監督檢測站，安徽 合肥 230031）

0 前言

目前，在現有的土木工程施工中，使用最廣泛的建筑材料當屬混凝土，其中，普通混凝土作為一種多相的人造材料，以它低價格高質量的特點在很多工程中被大力推廣，而在國內，新中國成立初期的重工業野蠻發展，致使土壤中重金屬的含量嚴重超標。土壤的大量污染造成了我國農作物的產量下降，需要選擇一種更經濟更環保的新型混凝土改良重金屬地基。近年來，對纖維秸稈型的混凝土可以在一定程度上提高混凝土的耐腐蝕性能，以及可以吸收重金屬的性能的研究成為關注的熱點。

隨著我國生物質熱化學轉化技術的快速發展，利用秸稈作為新型摻合料的研究逐步凸顯，蓖麻普遍存在于自然界，天然具有多孔的特性，也是一種物質組成復雜的材料。蓖麻的秸稈的構成是固相骨架和孔隙。研究蓖麻秸稈的細胞，發現其細胞壁是固相結構，同時結合了硬度和彈性的特性，維持了細胞的形態。這些特點也極大限度地消耗了這些吸收了重金屬的蓖麻秸稈，改善了環境。

本文在秸稈混凝土制造的基礎上，通過試驗探究，總結提煉出蓖麻秸稈混凝土制造工藝，通過蓖麻秸稈摻量改變的方式，制備出多組不同摻量的蓖麻秸稈混凝土試塊，用于研究其具體的力學性能。

1 原材料及其方法

1.1 原材料

蓖麻秸稈：普通蓖麻秸稈根莖。

水泥：采用普通的硅酸鹽水泥，其強度為32.5MPa。經過檢測，無論是水泥的強度、凝結時間還是其體積的安定性都符合標準。

粉煤灰、石粉的具體化學成分及其比例如表1、表2所示。

1.2 試驗過程

由于目前利用蓖麻秸稈作為摻合料的秸稈混凝土研究較少，并且蓖麻秸稈由于吸收了重金屬元素導致了與其他秸稈的成分有所不同，所以，蓖麻秸稈混凝土試塊的制備沒有一套完整且詳細的制作過程。基于部分文獻將蓖麻秸稈混凝土試塊的制備過程分為4個流程：原料計量、物料攪拌、振動成型、養護。

2 實驗結果與討論

2.1 強度分析

按照《混凝土砌塊和磚試驗方法》（GB/T4111-2013）的規范要求，開始進行試塊抗壓強度的有關實驗。

通過實驗發現，在實驗中隨著上覆壓力的不斷增加，經過一段時間之后，所進行實驗的蓖麻秸稈混凝土試塊表面逐漸出現不同程度的裂隙，在初期，裂隙紋路較小，不易發現；隨著加載時間的持續增加和增加荷載的原因，蓖麻秸稈混凝土試塊表面的裂隙愈變愈多，隨著裂紋的增加，裂隙的寬度并沒有發生大幅度變化，但試件卻被整體貫穿；最后隨著荷載持續增加，裂隙逐漸發展，實驗試件最終發生破壞。在整個試驗過程，整個蓖麻秸稈混凝土試塊沒有發出脆性破壞的崩裂聲，并且沒有出現貫穿性的裂紋。

圖1 蓖麻秸稈混凝土試塊抗壓示意圖

參照《混凝土砌塊和磚試驗方法》（GB/T4111-2013），試塊抗壓強度的有關計算，精確到0.15MPa。砌塊單個試件抗壓強度試驗結果如表3所示。

綜合而言，對五個試件的抗壓強度進行取值，可以得到蓖麻秸稈混凝土試塊的平均抗壓強度為：

粉煤灰成分表[9]（%） 表1

石粉成分表（%） 表2

單個試塊抗壓強度試驗表 表3

2.2 熱性能分析

如圖2（a）所示，對于測定蓖麻秸稈混凝土試塊的傳熱系數，使用墻體保溫測試系統進行測試。

圖2 內外墻熱電偶布置圖

第一步，將蓖麻秸稈混凝土試塊在箱體內做成墻體，隨后在內外墻部位粉刷12mm厚的砂漿，為了保證墻體的平整性，保證實驗過程中數據的準確性。

第二步，將做好的墻體在常溫24℃、相對濕度60%的條件下養護25天左右，目的是使試塊的內部溫濕度獲得平衡。對于已經襯砌好的墻面，需要不定時地進行澆水養護，這個澆水的過程是為了粉刷墻體保持濕潤，防止墻體太過于干燥而出現開裂。

在內外墻養護完成之后，粉刷內部墻體并布置熱電偶和熱流計，開始進行傳熱系數試驗。

如圖3（a）所示，通過進行傳熱系數測試，結果表明位于襯砌外墻體，在熱表面上，4個測點位置的溫度變化趨勢基本上處于穩定狀態，溫度變化的幅度是0.2℃～0.3℃，并未表現出明顯的下降或上升的趨勢。

隨著時間的不斷進行，在各點的溫度值略顯不同，其中對于3、4測點的溫度基本持平，1/2兩個測點的溫度略顯低下。

如圖3（b）所示，在冷表面上，4個測點位置的溫度變化趨勢基本上處于穩定狀態，溫度變化的幅度是0.1℃～0.2℃，并未表現出明顯的下降或上升的趨勢。

圖3 冷熱墻體溫度變化曲線圖

3 結論

①蓖麻秸稈摻量的不同對于所形成的試塊的強度是不同的，摻量與抗壓強度呈現反比例增長。即蓖麻秸稈的摻量越大，試塊的承重性能就越差。

②由于混凝土中攪拌的過程中摻加蓖麻秸稈，這樣就比較容易將空氣中氣體卷入其中，在試塊內部形成微小的氣泡，由于混凝土試塊裂隙中有這些氣泡的存在，同時又很難排除氣泡，最終形成孔洞，導致砌塊的強度有所下降。

4 蓖麻秸稈應用拓展

4.1 從經濟收益分析

種植蓖麻可以從中獲取蓖麻籽，提高收成，將秸稈以原材的方式售賣，獲取經濟效益。同時，蓖麻秸稈混凝土塊的基本材料大部分為工業廢料，主要成分為粉煤灰，石灰等。這樣蓖麻秸稈混凝土的成本相比于普通混凝土來說，具有較高的性價比。

4.2 從綠色環保分析

蓖麻的秸稈吸收重金屬的效果非常好，極大地改善了土壤的酸堿度，同時又平衡了土壤的PH值。在制備工藝上，蓖麻秸稈混凝土的制備是依靠壓制成型，不需要通過燒制，在生產的環節中避免了煤炭這類不可再生能源的消耗，達到綠色節能環保的效果。

4.3 從住宅舒適性分析

由于蓖麻秸稈混凝土的傳熱系數比較小，可以起到非常好的保溫效果，當室內與室外的溫差相差較大時，蓖麻秸稈具有保溫隔熱的性能，故其室內的溫度可以保持穩定狀態，從而營造一個溫度適宜的室內環境。