秸稈纖維增強(qiáng)粉煤灰泡沫混凝土性能試驗(yàn)研究

張瑞琦 李佰壽

(延邊大學(xué)，吉林 延吉 133002)

秸稈纖維增強(qiáng)粉煤灰泡沫混凝土性能試驗(yàn)研究

張瑞琦 李佰壽*

(延邊大學(xué)，吉林 延吉 133002)

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

泡沫混凝土，粉煤灰，秸稈纖維，抗壓強(qiáng)度

0 引言

建筑行業(yè)作為三大能耗產(chǎn)業(yè)之一，近年來(lái)對(duì)建筑節(jié)能和建筑環(huán)保的要求越來(lái)越高。泡沫混凝土作為一種節(jié)能環(huán)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(guān)注[1，2]。

粉煤灰作為現(xiàn)代工業(yè)產(chǎn)量最多的一種工業(yè)廢渣，年排量已經(jīng)超過(guò)2億t。粉煤灰的儲(chǔ)存及處理帶來(lái)了大規(guī)模的環(huán)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(wèn)題[3]。

另外，我國(guó)農(nóng)作物秸稈隨意拋棄，焚燒現(xiàn)象嚴(yán)重。國(guó)務(wù)院《關(guān)于加快推進(jìn)農(nóng)作物桔稈綜合利用的意見(jiàn)》中提出了到2015年全國(guó)秸稈綜合利用率達(dá)到80%以上的目標(biāo)[4]。

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

1 試驗(yàn)原材料及方法

1.1 試驗(yàn)原材料

水泥：廟嶺牌普通硅酸鹽水泥，等級(jí)為P.O42.5級(jí)。

粉煤灰：延吉市電廠生產(chǎn)的Ⅰ級(jí)粉煤灰。

粉煤灰化學(xué)成分見(jiàn)表1。

表1 粉煤灰的化學(xué)成分 %

秸稈纖維：采用四平市周邊稻草秸稈纖維。稻草的化學(xué)成分見(jiàn)表2。

表2 稻草的化學(xué)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(hào)硅藻土。硅藻土各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)見(jiàn)表3。

表3 硅藻土各項(xiàng)質(zhì)量指標(biāo)[6] %

發(fā)泡劑：河北省衡水市友誼化工生產(chǎn)的發(fā)泡劑。

NaOH溶液：河北省石家莊市科達(dá)生產(chǎn)的NaOH。

水：實(shí)驗(yàn)室自來(lái)水。

1.2 試驗(yàn)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(xiàn)[7]可知秸稈纖維的最佳長(zhǎng)度為(5±1) mm，利用粉碎機(jī)切成(5±1) mm。最后根據(jù)參考文獻(xiàn)[8]對(duì)制備好的秸稈纖維進(jìn)行預(yù)處理。預(yù)處理方法為首先對(duì)秸稈纖維進(jìn)行篩選，去除其中雜質(zhì)及灰塵，剔除長(zhǎng)度不在(5±1) mm范圍內(nèi)的秸稈纖維，對(duì)選好的秸稈纖維在4%的NaOH溶液中浸泡12 h,在通風(fēng)處陰干待用。

2)泡沫混凝土制備。

泡沫混凝土的制備過(guò)程如圖1所示。

3)泡沫混凝土性能測(cè)定。

泡沫混凝土的干密度、干燥收縮、抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)研究參照J(rèn)C/T 1062—2007泡沫混凝土砌塊[9]進(jìn)行。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 秸稈纖維增強(qiáng)粉煤灰泡沫混凝土正交試驗(yàn)研究

在保持其他材料比例不變的情況下，設(shè)計(jì)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(yàn)結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 試驗(yàn)配合比及結(jié)果

2.2 粉煤灰及秸稈纖維對(duì)泡沫混凝土性能影響

粉煤灰摻量及秸稈纖維摻量對(duì)泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度、干密度及干燥收縮的影響的結(jié)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(qiáng)度呈現(xiàn)出下降趨勢(shì)，粉煤灰的摻量每增加5%強(qiáng)度降低10%左右，這是因?yàn)殡S著粉煤灰的增加水泥用量減少，水泥水化產(chǎn)物相對(duì)減少，使得強(qiáng)度有所降低，其次由于粉煤灰二次水化反應(yīng)比較緩慢，而養(yǎng)護(hù)28 d相對(duì)齡期較短粉煤灰水化不充分使得強(qiáng)度沒(méi)有充分發(fā)揮出來(lái)，因此泡沫混凝土抗壓強(qiáng)度隨著粉煤灰摻量增加而減小。同時(shí)可以看出隨著秸稈纖維的摻入，泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度有所增加，其中當(dāng)纖維摻量從0%～1%時(shí)強(qiáng)度增加9%左右，纖維摻量從1%～2%時(shí)，強(qiáng)度增加4%左右，其原因是混凝土受到外部荷載產(chǎn)生裂縫時(shí)，當(dāng)裂縫發(fā)展到纖維與基材的過(guò)渡區(qū)時(shí)，秸稈纖維的拉應(yīng)力與基材產(chǎn)生的粘結(jié)力抵消了一部分外力，延緩了裂縫的產(chǎn)生從而使得泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)度得到增強(qiáng)。當(dāng)纖維摻量增加到2%時(shí)，強(qiáng)度增加量減少是因?yàn)槔w維摻量大時(shí)容易造成纖維結(jié)節(jié)導(dǎo)致強(qiáng)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?yàn)榉勖夯业膿饺胍环矫鏈p少了水泥的摻量，使得水泥漿體的化學(xué)收縮降低，另一方面粉煤灰的粒徑遠(yuǎn)小于水泥，在水泥二次水化過(guò)程中填補(bǔ)了一部分空隙，一定程度上提高了泡沫混凝土的密實(shí)性。同時(shí)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(jié)力抵消了一部分干燥收縮時(shí)產(chǎn)生的應(yīng)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(shì)，粉煤灰摻量每增加5%，干密度下降約為9%。這是因?yàn)榉勖夯沂且环N輕質(zhì)材料，密度遠(yuǎn)小于水泥的密度，當(dāng)?shù)攘咳〈鄷r(shí)降低了泡沫混凝土的干密度。同時(shí)可以看出秸稈纖維的加入對(duì)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(xiàng)指標(biāo)，在保證泡沫混凝土性能的基礎(chǔ)上盡量做到最大化利用粉煤灰和秸稈纖維，本文最優(yōu)選取粉煤灰摻量40%,秸稈纖維摻量1%配制泡沫混凝土。

3 結(jié)語(yǔ)

1)利用正交試驗(yàn)分析得出粉煤灰對(duì)泡沫混凝土的影響大于秸稈纖維對(duì)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(qiáng)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(duì)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(duì)泡沫混凝土的抗壓強(qiáng)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(yōu)配合比。

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[4] 發(fā)改環(huán)資[2011]2615號(hào)，關(guān)于印發(fā)“十二五”農(nóng)作物秸稈綜合利用實(shí)施方案的通知[Z].

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[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(dǎo)師，教授

TU522.32

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