秸稈混凝土復(fù)合砌塊傳濕特性試驗(yàn)研究

范軍 ，董磊 ，侯少丹 ，劉福勝 ，胡玉秋 ，宋計(jì)勇

（1.山東農(nóng)業(yè)大學(xué)水利土木工程學(xué)院，山東 泰安 271018；2.山東天潤(rùn)熱電設(shè)計(jì)院有限公司，山東 濟(jì)南 250022）

0 引言

黃淮海5省市農(nóng)作物秸稈資源理論數(shù)量達(dá)到2.4×108t，可收集量達(dá)到2.1×108t，數(shù)量巨大[1]。農(nóng)民隨意丟棄和露天焚燒秸稈的現(xiàn)象造成資源浪費(fèi)和空氣污染，成為霧霾天氣的重要污染源之一[2-3]。農(nóng)作物秸稈不僅來(lái)源豐富、價(jià)格低廉、還具有良好的保溫性能，可以作為的建造房屋、溫室等的墻體材料，實(shí)現(xiàn)秸稈的資源化利用[4－7]。農(nóng)作物秸稈是一種多孔性材料，為天然植物纖維，具有較強(qiáng)的吸水性能和調(diào)濕性能[8]。圍護(hù)結(jié)構(gòu)濕遷移對(duì)室內(nèi)熱環(huán)境及空調(diào)負(fù)荷具有重要的影響，許多學(xué)者開展了墻體濕傳遞的研究[9－11]。山東農(nóng)業(yè)大學(xué)開展了秸稈夾心自保溫混凝土砌塊的相關(guān)研究[12-13]，所研制的砌塊能夠達(dá)到節(jié)能率65%規(guī)范對(duì)于寒冷地區(qū)外墻傳熱系數(shù)的要求。對(duì)該砌塊及所砌墻體進(jìn)行傳濕特性的試驗(yàn)研究，將為調(diào)濕建筑材料研發(fā)拓展思路，為改善建筑濕環(huán)境提供新方法，并可為進(jìn)一步理論研究及實(shí)際應(yīng)用提供試驗(yàn)依據(jù)。

1 秸稈混凝土復(fù)合砌塊的制作

1.1 原材料

水泥：P·C32.5，中聯(lián)水泥有限公司；砂：細(xì)度模數(shù) 3.0，泰安汶河粗砂；細(xì)石：5～10 mm，泰安道朗石料廠；粉煤灰：Ⅲ級(jí)，泰安市熱電公司，細(xì)度（45 μm方孔篩篩余）23.2%，燒失量11.2%，三氧化硫含量0.57%，需水量比95%；石膏：β型半水石膏，山東省泰安市宏利石膏加工有限公司；秸稈壓縮塊：秸稈粉碎長(zhǎng)度小于10 mm后，將石膏、水與小麥秸稈按照質(zhì)量比 2∶1∶1.4 冷壓制成。

1.2 制作工藝

先制作混凝土空心砌塊，其長(zhǎng)×寬×高＝390 mm×240 mm×190 mm。然后再制作秸稈壓縮塊，其長(zhǎng)×寬×高＝340 mm×30 mm×190 mm和160 mm×80 mm×190 mm兩種規(guī)格，用秸稈壓縮塊填入混凝土空心砌塊孔中制成秸稈混凝土復(fù)合砌塊。如圖1所示。

圖1 秸稈混凝土復(fù)合砌塊實(shí)物

2 秸稈壓縮塊的濕傳遞試驗(yàn)

2.1 秸稈壓縮塊自然干燥（放濕）試驗(yàn)

剛制作完成的秸稈壓縮塊濕度很大，需要在24～30℃，相對(duì)濕度為40%～65%的通風(fēng)處自然干燥24～30 d，自然干燥試驗(yàn)結(jié)果見圖2。

圖2 秸稈壓縮塊自然干燥曲線

由圖2可以看出，前6 d秸稈壓縮塊水分揮發(fā)較快，揮發(fā)了接近25%，后20 d揮發(fā)較慢，自然干燥完成后秸稈壓縮塊的揮發(fā)率為37%。

2.2 秸稈壓縮塊的一維等溫吸濕試驗(yàn)

試驗(yàn)采用的小麥秸稈壓縮塊試件尺寸為145 mm×125 mm×155 mm。將該試件145 mm×125 mm的2個(gè)面裸露，其余4個(gè)面用鋁箔紙包裹密封，使得濕度的傳遞沿著裸露的2個(gè)面的方向（一維）進(jìn)行。該試件沿著155 mm的1/2長(zhǎng)度位置和距離裸露表面1/3長(zhǎng)度位置分別放置1個(gè)濕度傳感器，與SM1610B多通道濕度采集儀相連。

將試件放置于52℃的烘箱中烘干，然后將試件放置于溫度恒為20℃的KCl飽和溶液上方的密閉空間中（相對(duì)濕度恒為84.3%），設(shè)置每2 h采集試件內(nèi)的相對(duì)濕度1次，相對(duì)濕度-時(shí)間變化曲線如圖3所示。

圖3 秸稈壓縮塊一維等溫吸濕曲線

由圖3可以看出，試驗(yàn)開始后的24 h，秸稈壓縮塊的傳濕迅速，1/2長(zhǎng)度處相對(duì)濕度為69.3%，1/3長(zhǎng)度處相對(duì)濕度為75%，這是因?yàn)樽铋_始秸稈壓縮塊是干燥的，與環(huán)境的相對(duì)濕度差別大，濕度傳遞的驅(qū)動(dòng)勢(shì)差大，濕傳遞較迅速。試驗(yàn)24 h后傳濕較慢，這是因?yàn)殡S著內(nèi)部相對(duì)濕度的增大，濕傳遞驅(qū)動(dòng)勢(shì)差減小造成濕傳遞速度也減小。由于在濕分傳遞過程中存在濕傳遞阻力，因此1/2長(zhǎng)度處相對(duì)濕度比1/3長(zhǎng)度處相對(duì)濕度小些。試驗(yàn)48h后，1/2長(zhǎng)度處相對(duì)濕度達(dá)到了80.6%，1/3長(zhǎng)度處相對(duì)濕度達(dá)到了83.5%。

2.3 秸稈壓縮塊在恒溫恒濕環(huán)境中的吸放濕試驗(yàn)

試驗(yàn)按 GB/T 20312—2006/ISO 12571∶2000《建筑材料及制品的濕熱性能吸濕性能的測(cè)定》進(jìn)行。采用的測(cè)試儀器有：JA21002電子天平，精度0.01 g；THP-F-225可程式恒溫恒濕試驗(yàn)箱，精度±0.5℃；101FAB-2型電熱鼓風(fēng)干燥箱，精度±1℃。

將自然環(huán)境中干燥后的秸稈壓縮塊放入烘箱（溫度設(shè)置為52℃）內(nèi)烘至恒重，稱取質(zhì)量并記錄試驗(yàn)結(jié)果。然后將秸稈壓縮塊放入20℃的恒溫箱中，恒溫箱相對(duì)濕度依次設(shè)定為（35%-50%-65%-80%-95%），記錄下各個(gè)濕度下的平衡含濕量，得到等溫平衡吸濕曲線。然后再將恒溫箱相對(duì)濕度依次設(shè)定為（95%-80%-65%-50%-35%），記錄下各個(gè)濕度下平衡含濕量，得到等溫平衡放濕曲線，見圖4。

圖4 秸稈壓縮塊等溫吸放濕曲線

由圖4可以看出，環(huán)境相對(duì)濕度≥65%時(shí)，秸稈壓縮塊的含濕量急劇增加，迅速吸濕，阻止環(huán)境相對(duì)濕度的提高；當(dāng)環(huán)境相對(duì)濕度≤50%時(shí)，小麥秸稈塊含濕量急劇降低，迅速放濕，阻止環(huán)境相對(duì)濕度的降低。可見秸稈壓縮塊有很強(qiáng)的調(diào)濕能力，能將環(huán)境相對(duì)濕度穩(wěn)定在50%～65%區(qū)間范圍內(nèi)。

3 秸稈混凝土復(fù)合砌塊墻體的整體傳濕

秸稈混凝土復(fù)合砌塊墻整體傳濕采用的測(cè)試儀器有：墻體熱濕耦合試驗(yàn)臺(tái)，溫度0～100℃之間設(shè)定，精度±0.5℃，相對(duì)濕度30%～95%之間設(shè)定，精度±2%；sht15溫濕度傳感器，測(cè)溫精度為±0.3%，測(cè)濕精度為±2%；SM1610B多通道濕度采集儀；板式熱流計(jì)，精度±5%。

試驗(yàn)臺(tái)鋼墊梁上按照一順一丁砌筑砌塊墻體，表面用10 mm厚M5級(jí)水泥砂漿抹平。墻體與鋼墊梁周邊空隙用聚苯板及發(fā)泡劑密實(shí)填充。墻體砌筑完成后，放置1個(gè)月，待墻體充分干燥后再進(jìn)行相關(guān)試驗(yàn)。試驗(yàn)墻體構(gòu)造見圖5。

圖5 試驗(yàn)墻體

在墻體中設(shè)置濕度傳感器，路徑是從熱箱側(cè)到冷箱側(cè)為測(cè)點(diǎn)1～7，見圖6。

圖6 試驗(yàn)測(cè)點(diǎn)布置

試驗(yàn)過程中，控制冷箱墻體一側(cè)的環(huán)境條件不變（溫度為10℃，相對(duì)濕度為40%）；熱箱一側(cè)的溫度呈階躍性變化（30℃～35℃～40℃），相對(duì)濕度保持75%不變，分別記為工況1、工況2、工況3。按照試驗(yàn)條件得到不同工況下墻體內(nèi)部各測(cè)點(diǎn)的含濕量和相對(duì)濕度曲線，如圖7所示。

圖7 墻體內(nèi)部各測(cè)點(diǎn)的相對(duì)濕度和含濕量

由圖7可以得到：整個(gè)墻體的傳濕在各個(gè)工況下都是沿著含濕量高的測(cè)點(diǎn)1傳向含濕量低的測(cè)點(diǎn)7。由于測(cè)點(diǎn)4位于厚的秸稈壓縮塊的中心，含濕量從測(cè)點(diǎn)3到測(cè)點(diǎn)4的過程中曲線較緩，說(shuō)明了由于秸稈壓縮塊的吸濕作用，造成了傳濕阻力大，故曲線較緩。同理，相對(duì)濕度在各種工況下測(cè)點(diǎn)3到測(cè)點(diǎn)4的過程中出現(xiàn)了大幅度的下降，測(cè)點(diǎn)4到測(cè)點(diǎn)5的過程中又出現(xiàn)了大幅度的升高，同樣是因?yàn)闇y(cè)點(diǎn)4位于厚秸稈壓縮塊的中心，秸稈壓縮塊的吸濕作用使得該處的相對(duì)濕度能夠維持在某一數(shù)值范圍內(nèi)。

4 結(jié)論

（1）秸稈壓縮塊具有很好的調(diào)濕的能力，能將環(huán)境相對(duì)濕度穩(wěn)定在50%～65%區(qū)間范圍內(nèi)。

（2）秸稈混凝土復(fù)合砌塊墻體具有濕度調(diào)節(jié)能力，能夠調(diào)節(jié)房間的濕度，利于房間舒適性環(huán)境的營(yíng)造。

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