不同粒徑稻殼墻體材料基本性能研究

劉杰勝,伍玲玲,丁 一,王麗艷,林梓銀,周夢(mèng)林,胡秋錦

(武漢輕工大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院，湖北 武漢 430023)

不同粒徑稻殼墻體材料基本性能研究

劉杰勝,伍玲玲,丁 一,王麗艷,林梓銀,周夢(mèng)林,胡秋錦

(武漢輕工大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院，湖北 武漢 430023)

傳統(tǒng)墻體材料的弊端已經(jīng)日益顯現(xiàn)，而高性能的新型建筑材料的制備的需求明顯增大。將稻殼加入水泥混凝土中制備墻體材料能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排以及變廢為寶的目標(biāo)，發(fā)展前景被看好。本文利用控制變量法，從稻殼的不同粒徑以及不同含量?jī)蓚€(gè)方面進(jìn)行系統(tǒng)的研究，提供相應(yīng)的技術(shù)來(lái)支持高性能墻體材料的制備。

不同粒徑稻殼；不同含量稻殼；控制變量法；墻體材料；基本性能研究

Abstract：With the increasing disadvantages of traditional wall materials,new buildings materials with high performance are in great demand.By the way of adding rice husk into the cement concrete,the goal of energy conservation,emissions reduction and waste utilization can be achieved.And the prospect is promising.This paper provides the corresponding technology for the manufacturer of wall materials with high performance,by studying different sizes and contents of rice husk with the variable-controlling method.

Key words：rice husk with different sizes; rice husk with different contents;variable-controlling method;wall materials; study of basic performance

1 引言

傳統(tǒng)墻體材料的弊端已經(jīng)日益顯現(xiàn)，而高性能的新型建筑材料的制備的需求明顯增大。在加工稻米過(guò)程中產(chǎn)生的主要副作物稻殼，可以實(shí)現(xiàn)與水泥任意量添加無(wú)界面耦合混合，因此我們可以將稻殼加入水泥混凝土制成稻殼墻體材料。稻殼通常被用來(lái)作為農(nóng)村的燃料或者廢棄物處理，既污染了環(huán)境又造成了浪費(fèi)。[1]利用稻殼制備墻體材料不僅僅能夠?qū)崿F(xiàn)節(jié)能減排以及變廢為寶的目的，還可以利用其為國(guó)民經(jīng)濟(jì)發(fā)展作出貢獻(xiàn)。因此將稻殼加入水泥混凝土中制備稻殼墻體材料潛力大，前景好。

現(xiàn)在，全球氣溫變暖情況比較嚴(yán)重，“把建筑變白”是不少國(guó)家提倡的一種措施。加入稻殼的水泥制塊能夠呈現(xiàn)出一種淺色，更好的反射陽(yáng)光。因此，稻殼水泥制塊滿足這一要求。并且稻殼水泥的抗腐蝕性能隨稻殼的高溫處理增強(qiáng)。因此我們能夠用稻殼水泥混凝土來(lái)代替?zhèn)鹘y(tǒng)的普通水泥，體現(xiàn)出稻殼水泥混凝土的優(yōu)勢(shì)，將其利用到制備高性能的新型材料中。本文利用控制變量法，從稻殼的不同粒徑以及不同含量?jī)蓚€(gè)方面進(jìn)行系統(tǒng)的研究，提供相應(yīng)的技術(shù)支持高性能墻體材料的制備。

2 試驗(yàn)部分

2.1 材料與制備

2.1.1 原材料

稻殼：普通稻殼，如圖1所示。湖北省本地生產(chǎn)，使用前粉碎過(guò)篩，除去稻稈、雜質(zhì)以及灰塵砂礫；

水泥：P.O42.5普通硅酸鹽水泥；

砂：符合實(shí)驗(yàn)要求的普通河砂；

水：蒸餾水。

2.1.2 制備墻體材料

將篩選過(guò)的稻殼分別處理成粒徑為1 mm、3 mm、5 mm的實(shí)驗(yàn)材料，在攪拌砂漿的過(guò)程直接加入相應(yīng)的稻殼來(lái)制備稻殼水泥混凝土材料。稻殼水泥混凝土用料重量配比為水∶水泥:沙=2:3:5，如圖2所示。

制作試件：按用料重量配比稱取相應(yīng)量實(shí)驗(yàn)材料倒入攪拌器內(nèi)攪拌10分鐘左右；將攪拌后的水泥混凝土放入正方體模具以及長(zhǎng)方體模具中，經(jīng)振搗擊實(shí)，如圖3所示。正方體試件的尺寸為70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm，長(zhǎng)方體試件的尺寸為40 mm×40 mm×160 mm。

養(yǎng)護(hù)試件:水泥混凝土兩天后脫模具，再放入養(yǎng)護(hù)室養(yǎng)護(hù)28天。

性能測(cè)試:將養(yǎng)護(hù)后的稻殼水泥塊取出，進(jìn)行性能測(cè)試。

改變稻殼的粒徑進(jìn)行以上相同的研究。

圖1 普通稻殼

圖2 稻殼砂漿

圖3 稻殼砂漿試塊

2.2 性能測(cè)試

2.2.1 干制品密度

按照GB5486.3-2001中的規(guī)定對(duì)試件進(jìn)行測(cè)試，將前期所制的水泥試件取出，測(cè)量其體積V，再將其烘干至恒重m，溫度控制在75攝氏度上下不超過(guò)5攝氏度，恒溫2 h后三次測(cè)量試件的質(zhì)量，其變化率小于0.2%即為恒重。計(jì)算試樣的干制品密度為ρ=m/V，單位：g/cm2。

2.2.2 堆積密度

先稱出量筒質(zhì)量m2;再將烘干至恒重后的試件震碎并注入量筒，讀出此時(shí)量筒的讀數(shù)V即為試件體積；稱量筒及試件的共同質(zhì)量m1，計(jì)算試件的堆積密度為ρ=(m1-m2)/V，單位：g/cm2。

2.2.3 吸水率

按照J(rèn)GJ70-90中規(guī)定進(jìn)行吸水率測(cè)試，先稱取烘干恒重的試件質(zhì)量m0，再將試件浸入恒溫水槽中完全浸泡48 h，溫度控制在25℃左右，經(jīng)過(guò)48 h的實(shí)驗(yàn)時(shí)間后，取出水試件，抹去稻殼水泥試件表面水份后，稱取其質(zhì)量為mg,根據(jù)公式來(lái)計(jì)算吸水率W[2]：

2.2.4 保水率

按(DIN18555-7)無(wú)機(jī)膠凝材料砂漿檢驗(yàn)方法對(duì)稻殼水泥材料進(jìn)行保水率試驗(yàn)，砂漿新拌時(shí)經(jīng)濾紙吸水5 min后保留的水量與我們根據(jù)用料配比加入的水量之比便是我們所求的保水率[3]。

2.2.5 力學(xué)性能

a.抗壓強(qiáng)度

參照GB/T50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》，對(duì)制得的尺寸為70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm正方體墻體材料進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測(cè)試，如圖4所示。

圖4 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)

b.抗折強(qiáng)度

參照GB/T50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)，對(duì)制得的尺寸40 mm×40 mm×160 mm長(zhǎng)方體試塊進(jìn)行抗折強(qiáng)度測(cè)試，如圖5所示。

圖5 抗折強(qiáng)度試驗(yàn)

3 試驗(yàn)結(jié)果分析

3.1 干制品密度

墻體材料干制品密度試驗(yàn)結(jié)果如表1所示。

表1 干制品密度試驗(yàn)結(jié)果

1%2%3%1mm2．24492．15742．08453mm2．18652．09911．98255mm2．10812．06631．9806

從表1可以看出，控制稻殼粒徑一定，稻殼含量越多，墻體干制品密度越低；當(dāng)?shù)練び昧恳欢〞r(shí)，增大稻殼粒徑，墻體材料干制品密度減小。其原因可能是稻殼含量的增加以及稻殼粒徑增大均使得墻體材料的孔隙增大，以至于干制品密度減小。

3.2 堆積密度

墻體材料堆積密度試驗(yàn)結(jié)果如表2所示。

表2 堆積密度試驗(yàn)結(jié)果

1%2%3%1mm1．1741．1611．1403mm1．1351．1321．1255mm1．1171．1091．101

從表2可以看出當(dāng)?shù)練ち揭欢〞r(shí)，稻殼含量增加，墻體材料的堆積密度有稍微的減小。其原因可能是稻殼含量增多增大了墻體材料的孔隙，使得墻體材料的堆積密度減?。划?dāng)控制稻殼含量一定時(shí)，稻殼粒徑增大，墻體材料的堆積密度減小。猜測(cè)其原因可能是稻殼粒徑越小，則越容易與水泥混凝土混合。

3.3 吸水率

墻體材料吸水率試驗(yàn)結(jié)果如表3所示。

表3 吸水率試驗(yàn)結(jié)果

1%2%3%1mm4．1784．7744．9463mm3．9224．2254．4125mm3．7813．9834．153

從表3所示可以看出，當(dāng)?shù)練ち揭欢〞r(shí)，稻殼含量越多，墻體材料吸水率越高，其可能原因是稻殼本身是一種吸水材料，而且稻殼含量的增加使得墻體材料孔隙率增大，導(dǎo)致材料吸水率增大；當(dāng)?shù)練ず恳欢〞r(shí)，粒徑增大，墻體材料吸水率減小。其可能原因是稻殼粒徑越小，其吸水效果越好，因此墻體材料的吸水率隨稻殼粒徑的增大而減小。

3.4 保水率

墻體材料保水率試驗(yàn)結(jié)果如表4所示。

表4 保水率試驗(yàn)結(jié)果

1%2%3%1mm95．3295．2895．113mm96．1196．0595．885mm96．6596．5596．00

從表4可以看出，當(dāng)?shù)練ち揭欢〞r(shí)，不同含量稻殼對(duì)墻體材料的保水率影響基本不大。可能原因是稻殼作為一種吸水材料，本身具有一定保水性，而且增大稻殼含量，墻體材料孔隙也隨之增大，這些都促使墻體材料的保水性有一定的增強(qiáng)；控制稻殼含量一定時(shí)，稻殼粒徑增大，其保水率有稍微的增大?？赡芘c不同粒徑稻殼的吸水性有關(guān)。

3.5 力學(xué)性能

墻體材料抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果如表5、表6所示。

表5 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

1%2%3%1mm37．39334．09527．7143mm42．39738．17632．2875mm35．71129．85326．029

表6 抗折強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

1%2%3%1mm7．2987．0466．8393mm8．0677．6317．3245mm7．1546．8796．482

從表5、表6為可以看出當(dāng)?shù)練ち揭欢〞r(shí)，隨著稻殼含量越多，墻體材料的抗壓、抗折強(qiáng)度隨之降低。其可能是因?yàn)榈練ず康脑黾邮沟脡w材料孔隙增大，而且稻殼材料密度相比水泥、砂石骨料較小，并且分散在砂漿內(nèi)部，使得減小了砂漿體系的密實(shí)度，導(dǎo)致墻體材料的力學(xué)強(qiáng)度也隨著降低；當(dāng)控制稻殼含量一定時(shí)，隨著稻殼粒徑的增大，稻殼墻體材料的力學(xué)強(qiáng)度先增大后減小。其中由實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以看出用平均粒徑為3mm的稻殼所配制的稻殼墻體材料的力學(xué)強(qiáng)度是最大的，說(shuō)明了稻殼粒徑減小，墻體材料的力學(xué)強(qiáng)度不一定增大。控制稻殼含量一定時(shí)，當(dāng)?shù)練さ牧教髸r(shí)，攪拌出來(lái)的稻殼水泥混凝土的粘聚性差，容易產(chǎn)生分離現(xiàn)象，孔隙和微裂縫都比較大；當(dāng)?shù)練さ牧竭^(guò)小時(shí)，攪拌出來(lái)的稻殼水泥混凝土粘聚性雖然相對(duì)較好，但是它的流動(dòng)性明顯減小了，因此為了滿足流動(dòng)性的需要，需要消耗更多的水泥，此時(shí)稻殼水泥混凝土的力學(xué)強(qiáng)度降低。[4]

4 結(jié)論

本文利用稻殼摻雜水泥砂漿制備墻體材料，利用控制變量法從稻殼含量以及稻殼粒徑兩個(gè)方面系統(tǒng)研究了該墻體材料的基本性能。研究結(jié)果表明：當(dāng)?shù)練ち揭欢〞r(shí)，隨著稻殼含量的增加，墻體材料的干制品密度、保水率、力學(xué)性能、堆積密度減小，吸水率增大；當(dāng)?shù)練ず恳欢〞r(shí)，隨著稻殼粒徑的增大，墻體材料的干制品密度、堆積密度、吸水率減小，保水率增大。而且隨著稻殼粒徑的增大,稻殼墻體材料的力學(xué)強(qiáng)度呈現(xiàn)出先增大后減小的一種變化趨勢(shì)。本次的研究結(jié)果為我們制備高性能的新型建筑材料提供了一定的技術(shù)支持。

[1] 陳睿.稻殼砂漿輕質(zhì)節(jié)能符合墻板的研究及應(yīng)用[D].哈爾濱：哈爾濱工業(yè)大學(xué)，2010.

[2] 劉成樓，陳學(xué)聯(lián).相變儲(chǔ)能保溫隔熱砂漿的研究與應(yīng)用[J].中國(guó)涂料2010(5)：36-39.

[3] 常儇宇，顧明明，王方乙，等. 保水率和含氣量對(duì)水泥砂漿抗塑性開(kāi)裂性能影響的研究[J].工程質(zhì)量，2008(13)：47-49.

[4] 張文郁，婁宗科.稻殼粒徑對(duì)稻殼混凝土抗壓強(qiáng)度的影響研究[J]. 人民長(zhǎng)江，2010，41(10)：67-70.

Study on the properties of wall materials with different size rice husk

LIUJie-sheng,WULing-ling,DINGYi,WANGLi-yan,LINZi-yin,ZHOUMeng-lin,HUQiu-jin

(School of Civil Engineering and Architecture, Wuhan Polytechnic University,Wuhan 430023,China)

2017-04-20.

劉杰勝(1980-)，男，博士，副教授， E-mail：ljs628@whpu.edu.cn.

國(guó)家自然科學(xué)基金(51409203).

2095-7386(2017)03-0092-04

10.3969/j.issn.2095-7386.2017.03.018

TU 522

A