木纖維混凝土抗壓彎折性能實驗研究

文　楊， 姜久紅

(湖北工業(yè)大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院， 湖北 武漢 430068)

木纖維混凝土抗壓彎折性能實驗研究

文楊， 姜久紅

(湖北工業(yè)大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院， 湖北 武漢 430068)

[摘要]研究了木纖維干濕狀態(tài)對木纖維混凝土抗壓強度、彎折強度的影響，對干燥狀態(tài)和飽和吸水狀態(tài)下的木屑分別進行試驗對比。結(jié)果表明，在7%干燥狀態(tài)下的木屑摻雜進混凝土后，在減少細骨料的情況下混凝土的強度反而增加，為木屑廢棄物的綜合利用開辟了新的途徑。

[關(guān)鍵詞]木屑； 干濕狀態(tài); 抗壓強度； 廢棄物

1木纖維混凝土研究現(xiàn)狀

木纖維混凝土是以木纖維替代砂作為細骨料配置而成的混凝土。木纖維混凝土具有良好的隔熱性，在室溫下具有良好的吸濕、吸音、耐火、抗凍、防腐等性能。目前，木纖維混凝土主要用于墻體和屋面的各種構(gòu)件或板材。在我國，由于木材的大量使用，許多家居建材市場都能找到木屑的蹤影，研究表明，在使用木材時，會有10%～13%的鋸末被遺棄或者浪費；據(jù)COST Action E31[1]統(tǒng)計，在歐洲每年約有3000萬t木材被使用，木纖維石灰板在制造工藝上比普通混凝土板需要更少的生產(chǎn)能源，更低的碳排放。因為只需要較低的溫度就能制造出來，這些碳元素都被木纖維石灰板中的織狀物所吸收，研究表明，每一平方米木纖維石灰板屋頂隔熱材料在使用的100年內(nèi)，能減少14～35 kg CO2氣體排放，甚至更多[2]。因此木纖維混凝土的研究不但能改良混凝土的性質(zhì)，又能合理利用廢棄資源。

1990年初，在法國有人提出使用木纖維添加進混凝土以減輕混凝土的自重[3]。他們將大麻類植物的碎片和其他木屑混合在一起添加進混凝土從而使混凝土具有不同的特性，研究發(fā)現(xiàn)，新型混凝土的導(dǎo)熱性和隔音效果均比傳統(tǒng)的混凝土效果要好，加上新型混凝土自重輕，密度小等特點，在非承重墻會有很好的隔音效果[4]。徐大勇、蔡昌鳳等人對多孔木屑混凝土(PSC)的制備及其清水浸泡對水質(zhì)的影響作出了研究，并通過清水浸泡和浸泡液的種子的發(fā)芽實驗，得到了木屑含量及其水灰比對PSC的抗壓強度和孔隙率均有較大影響的結(jié)論[5]。

水泥在加水拌和以后，由于水泥顆粒之間存在著凝聚力，因而存在著許多絮凝狀結(jié)構(gòu)，在這種絮凝狀的結(jié)構(gòu)中存在著一定數(shù)量的游離水，這部分游離水在混凝土混合料中對水泥顆粒不能起到很好的潤滑、分散作用，對改善混凝土的流動性作用不大[6]；加入木纖維以后，由于木纖維的吸水特性，能將這部分游離水吸收，使水泥顆粒更好的粘結(jié)。本文對木纖維飽和吸水狀態(tài)和干燥狀態(tài)所制成的木纖維混凝土的抗壓性能進行了一系列實驗研究，并與傳統(tǒng)混凝土對比，由此探討木纖維的含量及干濕狀態(tài)對混凝土的影響。

2試驗簡介及方案

2.1試驗原材料及配合比

木纖維混凝土配合比設(shè)計見表1。試驗原材料：水泥采用普通P.O42.5硅酸鹽水泥；砂子細度模數(shù)為2.9，含泥量1.8%，密度為2620 kg/m3；石料采用級配良好的花崗巖碎石，按5～20 mm連續(xù)級配要求配比；木纖維采用松木木屑，粒徑在0.25～0.5 mm之間，密度為800 kg/m3。

2.2試驗設(shè)計

木纖維混凝土立方體抗壓強度試驗，木纖維混凝土四點彎曲試驗均澆筑24組試件。試驗步驟參照《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》(GB 50204-2002)，塌落度控制在20～50 mm。立方體抗壓強度試驗，采用邊長為100 mm的標準立方體試件，每組澆筑試件3個。四點彎曲試驗，采用截面尺寸100 mm×100 mm，邊長為400 mm的標準試件。由于木纖維不同于其他纖維具有吸水性，所以每組試件制作時分別選取干燥的木屑和飽和吸水后的木屑。試件用鋼模在振動臺上澆筑成型，1 d后拆模，標準養(yǎng)護7 d、28 d后試驗。

表1　木纖維混凝土配合比

3試驗結(jié)果分析

3.1木纖維混凝土抗壓試驗結(jié)果分析

根據(jù)《混凝土結(jié)構(gòu)工程施工質(zhì)量驗收規(guī)范》(GB 50204-2002)標準，表1的試驗設(shè)計，測試其7d、28d齡期的抗壓強度，結(jié)果見圖1～圖3。

圖 1　各種狀態(tài)下木屑摻量對普通混凝土強度的影響

圖 2　不同狀態(tài)下混凝土抗壓強度破壞形式對比

由圖1可知，與未摻雜纖維的混凝土相比，在干燥的狀態(tài)下，摻雜了木屑的混凝土的強度呈緩慢下降趨勢，由于木屑的吸水特性，把混凝土中多余的水分吸收，使混凝土更好地凝結(jié)。在木屑體積率7%時，混凝土的強度有所回升，下降率為14%，從而達到了減水劑的效果；在木屑體積率達到10%以上時，由于木屑吸收了大量的水，導(dǎo)致混凝土中水分過少，外部水分又不能進入混凝土內(nèi)部，導(dǎo)致水泥無法充分水化，混凝土強度再次降低，在木屑體積率10%以上時，下降幅度變大，到15%時，混凝土強度下降幅度達到43%。在飽和吸水狀態(tài)下，摻雜了木屑的混凝土強度呈急速下降趨勢，由于木纖維在飽和吸水狀態(tài)下吸收了大量的水，導(dǎo)致水灰比增大，超過了水泥硬化需要的水分，在水分蒸發(fā)后形成空隙，從而導(dǎo)致混凝土的強度急速下降。僅在木屑體積率在3%的時候混凝土的強度就下降了38%之多，在體積率達到10%的時候，混凝土離析。

對比干燥狀態(tài)下和飽和吸水狀態(tài)下混凝土不同的破壞形態(tài)可以發(fā)現(xiàn)，干燥狀態(tài)下的混凝土表面產(chǎn)生裂紋，破壞辨識度較高，與普通混凝土破壞形態(tài)一致；飽和吸水狀態(tài)下的混凝土則是粉碎破壞，破壞辨識度較低。

圖 3　各種狀態(tài)下木屑摻量的抗壓強度下降曲線

3.2木纖維混凝土彎折試驗結(jié)果分析

根據(jù)表1的試驗設(shè)計，測試其7 d、28 d齡期的彎折強度，結(jié)果見圖4、圖5。

圖 4　干燥狀態(tài)下木屑摻量對普通混凝土彎曲強度的影響

由圖4可知，在干燥狀態(tài)下，混凝土的彎折試驗曲線與抗壓試驗曲線相似，且在木屑摻量達到7%體積率的時候彎曲強度反彈，彎曲強度僅僅減少了12%，再次論證了木纖維在混凝土中起到了減水劑的作用。而在飽和吸水狀態(tài)下多余的水分使水灰比減少，甚至超過水泥硬化需要的水分；木纖維吸收的水分在混凝土凝結(jié)期不斷蒸發(fā)，使混凝土內(nèi)部空隙增大，從而導(dǎo)致混凝土的彎曲強度下降明顯。

圖 5　各種狀態(tài)下木屑摻量的彎折強度下降曲線

試驗結(jié)果表明，干燥狀態(tài)下的木纖維混凝土在制備過程中能有效的吸收混凝土的多余水分，在混凝土中起到減水劑的功效，當木屑體積率達到5%時，在減少更多細骨料的情況下混凝土的強度反而升高并在體積率達到7%時到達頂峰，隨后由于木屑含量的增加以致于吸水性增加，導(dǎo)致混凝土中水分過少，外部水分又不能進入混凝土內(nèi)部，導(dǎo)致水泥無法充分水化，混凝土強度再次降低。飽和吸水狀態(tài)下的木纖維混凝土則無法起到任何作用，強度下降十分明顯，且破壞形態(tài)沒有整體性，辨識度較低。因此，在混凝土中添加干燥的木纖維可使混凝土的性能效應(yīng)得到充分發(fā)揮，強度無明顯下降，而且在混凝土的使用中能有效阻止水分影響混凝土的性能效應(yīng)。

4結(jié)論及展望

1)摻適量木屑會對混凝土的抗壓強度和彎折強度產(chǎn)生一定影響，在木屑干燥的狀態(tài)下添加進混凝土能起到減水劑的功效，混凝土試驗結(jié)果表明，在木屑摻量體積率達到7%時，在減少更多細骨料的情況下，混凝土的強度反而升高。

2)飽和吸水狀態(tài)下的木屑被添加進混凝土?xí)沟没炷恋膹姸燃眲∠陆怠?/p>

3)由于試驗條件所限，木纖維混凝土比較普通混凝土的隔熱性、吸音性本文沒有進行試驗，由此可以展望在混凝土強度不降低的前提下，木屑廢棄物的綜合利用新途徑。

[參考文獻]

[1]Dzurenda L, Orlowski K, Grzeskiewicz M. Effect of thermal modification of oak wood on sawwdust granularity[J]. Drvna Industrija Journal [61], 2010(2): 89-94.

[2]de Bruijn P. Hemp concretes: mechanical properties using both shives and fibres[M]. Department of Rural Buildings： SLU/Sveriges Lantbruksuniversitet i Alnarp, 2008.

[3]Walker R, Pavia S, Mitchell R. Mechanical properties and durability of hemp-lime concretes[J]. Construction & Building Materials, 2014, 61(3):340-348.

[4]Torkaman J, Ashori A, Momtazi A S. Using wood fiber waste, rice husk ash, and limestone powder waste as cement replacement materials for lightweight concrete blocks[J]. Construction and building materials, 2014, 50: 432-436.

[5]徐大勇, 蔡昌鳳, 徐建平, 等. 多孔木屑混凝土的制備及其清水浸泡對水質(zhì)的影響[J]. 重慶理工大學(xué)學(xué)報: 自然科學(xué)版, 2013, 27(11): 42-46.

[6]雷團結(jié). 減水劑在混凝土中應(yīng)用的原理及質(zhì)量控制[J]. 中國包裝科技博覽: 混凝土技術(shù), 2011(5): 79-82.

[責(zé)任編校： 張巖芳]

The Compressive and Flexural Strengths of Wood-fiber Concrete

WEN Yang，JIANG Jiuhong

(SchoolofCivilEngin.andArchitecture，HubeiUniv.ofTech.,Wuhan430068,China)

Abstract：This research probes into dry and wet states which affect its compressive and flexural strengths of the wood-fiber, and also makes an experimental comparison between the states of dry and saturated sorption. The results show that up to 7% replacement of sand with dry sawdust and the decrease of the quantity of fine aggregate improves the compressive strength and flexural strength of concrete, which provides a new channel for the comprehensive utilization of wood waste.

Keywords：sawdust；dry and wet state；compression strength；wood waste

[收稿日期]2015-05-10

[作者簡介]文楊(1990-)， 男， 湖北武漢人，湖北工業(yè)大學(xué)碩士研究生，研究方向為工程力學(xué)

[文章編號]1003-4684(2016)02-0100-03

[中圖分類號]TU528.58

[文獻標識碼]：A