摻加玉米秸稈纖維素對(duì)普通砌筑砂漿性能的影響

鄧高樂(lè)，張勇，謝慧東

（1. 濟(jì)南市工程質(zhì)量與安全生產(chǎn)監(jiān)督站，山東 濟(jì)南 250014；2. 山東華森混凝土有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

摻加玉米秸稈纖維素對(duì)普通砌筑砂漿性能的影響

鄧高樂(lè)1，張勇2，謝慧東2

（1. 濟(jì)南市工程質(zhì)量與安全生產(chǎn)監(jiān)督站，山東 濟(jì)南 250014；2. 山東華森混凝土有限公司，山東 濟(jì)南 250101）

試驗(yàn)采用玉米秸稈纖維素取代纖維素醚，著重分析了玉米秸稈纖維素對(duì)砌筑砂漿性能的影響。試驗(yàn)結(jié)果表明：利用10%～40% 玉米秸稈纖維素取代纖維素醚可以提高砂漿保水率、抗壓強(qiáng)度，改善砂漿抗凍融性能，但是隨著取代比例增加，砂漿凝結(jié)時(shí)間有所縮短，2h 稠度損失率和表觀密度會(huì)逐漸增加。微觀測(cè)試表明復(fù)合摻加玉米秸稈纖維素和纖維素醚砂漿硬化體結(jié)構(gòu)更為致密，孔隙率較低，水化凝膠分布均勻，結(jié)晶較大的 Ca(OH)2較少。

玉米秸稈纖維素；纖維素醚；保水率；強(qiáng)度

0　前言

保水增稠材料作為砂漿重要組分，可以改善砂漿可操作性及保水能力，使干混砂漿具有適宜的稠度，避免砂漿在硬化前產(chǎn)生沉淀、泌水和水分蒸發(fā)[1-4]。

目前，常用的保水增稠材料為纖維素醚。纖維素醚具有用量小、保水率好、粘聚力高等優(yōu)點(diǎn)被廣泛使用，但纖維素醚價(jià)格昂貴，本身引氣作用較強(qiáng)，摻量過(guò)大會(huì)大幅度降低砂漿強(qiáng)度，增加砂漿收縮率，大幅度延緩水泥水化[6-13]。尋求可替代或部分替代纖維素醚與其復(fù)合應(yīng)用的材料是非常必要的。

玉米秸稈纖維素是利用玉米秸稈提煉半纖維素過(guò)程中的副產(chǎn)品纖維素為原料，經(jīng)復(fù)雜的物理、化學(xué)改性而得到。玉米秸稈纖維素表面粗糙多孔，在水中不溶解但會(huì)吸水溶脹，孔內(nèi)貯存大量的水，起到保水作用，隨著時(shí)間延長(zhǎng)，孔中水逐漸釋放，可以保證砂漿后期強(qiáng)度增長(zhǎng)。而且，玉米秸稈纖維素在砂漿中會(huì)搭接成三維立體結(jié)構(gòu)，增加砂漿觸變性和抗流掛性，改善砂漿施工性能[14]。因此利用玉米秸稈纖維素與纖維素醚復(fù)合應(yīng)用在砂漿中，盡量減小纖維素醚用量，可以改善砂漿性能、同時(shí)降低保水增稠材料價(jià)格，具有很大的利用推廣價(jià)值。本試驗(yàn)以 M10 砌筑砂漿為例，分析利用不同比例玉米秸稈纖維素取代纖維素醚對(duì)砂漿性能影響，并確定玉米秸稈纖維素取代纖維素醚比例。

1　試驗(yàn)概況

1.1試驗(yàn)原材料

水泥：山東水泥廠 P·O42.5 水泥，物理性能如表 1 所示。

表1　水泥物理性能

粉煤灰：Ⅱ 級(jí)粉煤灰，物理指標(biāo)見(jiàn)表 2。

砂：人工砂，細(xì)度模數(shù)分別為 3.21，累計(jì)篩余分?jǐn)?shù)及相關(guān)物理指標(biāo)見(jiàn)表 3。

保水增稠材料：10 萬(wàn)MPa·S 羥丙基甲基纖維素醚。

玉米秸稈纖維素：微黃色，均勻蓬松，60 目通過(guò)率大于95% 。

緩凝組分：葡萄糖酸鈉。

拌合水：自來(lái)水。

表2　粉煤灰物理性能

表3　人工砂各粒徑累計(jì)篩余及物理性能

1.2試驗(yàn)方法

依據(jù) JGJ/T 70－2009 《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，調(diào)整砂漿需水量，控制砂漿稠度，以滿足工作性要求，分別測(cè)試砂漿保水率、表觀密度、2h 稠度損失率、凝結(jié)時(shí)間、抗凍性?？箟簭?qiáng)度和抗凍試塊在溫度為 (20±5)℃ 的環(huán)境靜置 (24±2)h 后，拆模，置于溫度 (20±2)℃，濕度 90%以上的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室，分別測(cè)試 7d、28d 強(qiáng)度，28d 抗凍融性能；抗凍試塊成型方式與抗壓試塊相同，但是試驗(yàn)前需將試塊放入水中浸泡兩天，浸泡完畢后，對(duì)比試驗(yàn)則放回養(yǎng)護(hù)室。

1.3配合比設(shè)計(jì)

基準(zhǔn)配合比如表 4 所示，本試驗(yàn)分別在單摻纖維素醚的基礎(chǔ)上，分別用 20%、30%、40%、50%、60% 的玉米秸稈纖維素取代纖維素醚，配制砌筑 M10 砂漿。試驗(yàn)中通過(guò)調(diào)整水膠比，參照 GB/T 25181—2010 《預(yù)拌砂漿》要求，砌筑砂漿稠度控制在70～80mm。

表4　砌筑砂漿基準(zhǔn)配合比 kg/t

2　試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1玉米秸稈纖維素對(duì)砂漿保水率的影響

由圖 1 可以看出：砌筑砂漿保水率隨玉米秸稈纖維素取代纖維素醚比例增加先增加后減小，且取代比例均在30% 時(shí)，保水率達(dá)到最大值。單摻纖維素醚砌筑砂漿保水率為 95.7%，玉米秸稈纖維素取代比例為 30% 時(shí)，則增加至98.6%，即使取代比例增加至 40% 時(shí)，砂漿保水率與單摻纖維素醚時(shí)相比，相差幅度仍較小。

圖1　砂漿保水率隨玉米秸稈纖維素取代纖維素醚比例變化曲線

2.2玉米秸稈纖維素對(duì)砂漿抗壓強(qiáng)度的影響

由圖 2 可以看出砌筑砂漿 7d、28d 抗壓強(qiáng)度均隨玉米秸稈纖維素取代纖維素醚比例增加而逐漸增加。玉米秸稈纖維素取代纖維素醚比例為 30% 時(shí)，砂漿 7d 強(qiáng)度相對(duì)單摻纖維素醚砂漿提高了 18.6%，28d 強(qiáng)度則相對(duì)增加了 4.1%，隨取代比例增加，砂漿 7d、28d 強(qiáng)度增幅較單摻纖維素醚試樣均逐漸增加。

圖2　砂漿 7d、28d 強(qiáng)度隨玉米秸稈纖維素取代纖維素醚比例變化曲線

2.3玉米秸稈纖維素對(duì)砂漿凝結(jié)時(shí)間影響

圖3　砂漿凝結(jié)時(shí)間隨玉米秸稈纖維素取代纖維素醚比例變化曲線

由圖 3 可以看出：砌筑砂漿的凝結(jié)時(shí)間均隨玉米秸稈纖維素取代纖維素醚比例增加而逐漸下降；單摻纖維素醚砌筑砂漿凝結(jié)時(shí)間為 305min，當(dāng)玉米秸稈纖維素取代比例增加至30% 時(shí)，凝結(jié)時(shí)間則為 285min，砂漿凝結(jié)時(shí)間有不同程度的縮短。

2.4玉米秸稈纖維素對(duì)砂漿表觀密度的影響

圖4　砂漿表觀密度隨玉米秸稈纖維素取代纖維素醚比例變化曲線

由圖 4 可以看出：砂漿表觀密度均隨玉米秸稈纖維素取代比例的增加而逐漸增加，單摻纖維素醚砌筑砂漿表觀密度為 2060kg/m3，玉米秸稈纖維素取代比例為30%時(shí)，砂漿表觀密度增加至 2090kg/m3，表觀密度均有不同程度的增加。

2.5玉米秸稈纖維素對(duì)砂漿 2h 稠度損失率的影響

由圖 5 可以看出，砂漿 2h 稠度損失率隨玉米秸稈纖維素取代比例增加均逐漸增加，單摻纖維素醚的砌筑砂漿 2h 稠度損失率為 6.4%，當(dāng)玉米秸稈纖維素取代比例增加至 30% 時(shí)，2h 稠度損失率為 7.0%，2h 稠度損失率有小幅增加，完全可以滿足 GB/T 25181－2010 中對(duì)干混砂漿的應(yīng)用要求，但是當(dāng)玉米秸稈纖維素取代比例過(guò)高時(shí)，2h 稠度損失則增幅較大，損失相對(duì)較快。

圖5　砂漿 2h 稠度損失率隨玉米秸稈纖維素取代纖維素醚比例變化曲線

2.6玉米秸稈纖維素對(duì)砂漿抗凍性能的影響

圖6　砂漿質(zhì)量損失和強(qiáng)度損失隨玉米秸稈纖維素取代纖維素醚比例變化曲線

由圖 6 可以看出，砂漿經(jīng) 25 次凍融循環(huán)后，質(zhì)量損失和強(qiáng)度損失隨玉米秸稈纖維素取代比例增加均先降低后增加，砌筑砂漿質(zhì)量損失和強(qiáng)度損失在取代比例均為 40% 時(shí)損失最小，質(zhì)量損失和強(qiáng)度損失在摻加合適比例的玉米秸稈纖維素條件下，均有所改善，但是當(dāng)玉米秸稈纖維素取代比例過(guò)高時(shí)，質(zhì)量損失和強(qiáng)度損失則會(huì)出現(xiàn)大幅度增加。

3　微觀結(jié)構(gòu)分析

由圖 7、圖 8 單摻纖維素醚和復(fù)摻玉米秸稈纖維素與纖維素醚的砌筑砂漿微觀結(jié)構(gòu)可以看出：?jiǎn)螕嚼w維素醚的砌筑砂漿硬化體結(jié)構(gòu)相對(duì)疏松，孔隙較大，使得氫氧化鈣有足夠的結(jié)晶生長(zhǎng)空間，生成的硅酸鈣凝膠相對(duì)集中，分散性較差。利用30%玉米秸稈纖維素取代纖維素醚后，砌筑砂漿硬化體結(jié)構(gòu)較為致密，孔隙率較低，水化后的硅酸鈣凝膠和鋁酸鈣凝膠分布均勻，結(jié)晶較大的六方板狀氫氧化鈣和針棒狀的鈣礬石較少，晶粒尺寸較小，水化產(chǎn)物與玉米秸稈纖維素之間形成相互交錯(cuò)的空間網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，均勻覆蓋在粉煤灰、未水化水泥顆粒表面。說(shuō)明玉米秸稈纖維素與纖維素醚復(fù)合應(yīng)用，可以降低砂漿硬化體孔隙率，使水化凝膠分布更加均勻，而提高砂漿內(nèi)聚力，從而提高砂漿韌性。

圖7　單摻纖維素醚砌筑微觀結(jié)構(gòu)

圖8　30% 玉米秸稈纖維素取代纖維素醚砌筑砂漿微觀結(jié)構(gòu)

4　結(jié)論

由利用不同比例玉米秸稈纖維素取代纖維素醚，分析對(duì)砌筑 M10 砂漿性能影響試驗(yàn)及微觀結(jié)構(gòu)分析可以得出如下結(jié)論：（1）砌筑砂漿保水率隨玉米秸稈纖維素取代比例增加先增加后降低，且在玉米秸稈纖維素取代比例為 30% 時(shí)，保水率數(shù)值最高；凝結(jié)時(shí)間隨取代比例增加逐漸縮短；表觀密度、2h 稠度損失率、7d 和 28d 抗壓強(qiáng)度隨取代比例增加而逐漸增加。（2）砌筑砂漿 25 次凍融循環(huán)后的質(zhì)量損失和強(qiáng)度損失隨取代比例增加先降低后增加】。（3）利用 30% 玉米秸稈纖維素取代纖維素醚砂漿硬化體相對(duì)單摻纖維素醚砂漿，孔隙率較低，水化凝膠分散更為均勻，結(jié)晶良好的氫氧化鈣和針棒狀鈣礬石較少，水化產(chǎn)物與玉米秸稈纖維素形成相互交錯(cuò)的空間網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，使得硬化體更為致密。

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［聯(lián)系地址］山東省濟(jì)南市經(jīng)十路建設(shè)大廈濟(jì)南市工程質(zhì)量與安全生產(chǎn)監(jiān)督站（250014）

The influence of modified cornstalk cellulose on the performance of masonry mortar

Deng Gaole1, Zhang Yong2, Xie Huidong2
(1.Jinan Center for Quality Supervision and Safety in Production of Building Engineering, Jinan 250014; 2.Shandong Huasen Concrete Co., Ltd., Jinan 250101)

The performance of masonry mortar mixed with modified cellulose and cellulose ether was studied. The results showed that: the water retention, compressive strength and frost resistance of mortar were improved, when the cellulose ether was replaced by 10% to 40%. The setting time was shorten, 2h consistency loss and apprent density were increased. The microstructure of mortar was measured, it showed that the hardened paste of motar mixed with 30% modified cellulose has more compacted structure, lower porosity, more homogeneous C-S-H and less crystalline Ca(OH)2.

expansive agent; shrinkage compensating concrete; immersed tube method; post-pouring joint

鄧高樂(lè)（1982－），男，本科，從事建筑材料檢測(cè)工作。