輕質秸稈混凝土砌塊的材料性能研究

張念強 黃群藝 肖姝瑋 王 望（西南交通大學土木工程學院交通土建系 四川樂山 614200）

輕質秸稈混凝土砌塊的材料性能研究

張念強 黃群藝 肖姝瑋 王 望
（西南交通大學土木工程學院交通土建系 四川樂山 614200）

為了研究秸稈摻量對輕質秸稈混凝土砌塊表觀密度和抗壓強度的影響，本文通過分別在以機砂和陶粒作為骨料的輕質混凝土砌塊中摻入了不同體積比的秸稈，并對其抗壓強度和表觀密度進行了測定。

輕質秸稈混凝土；表觀密度；抗壓強度；陶粒；機砂

1 前言

秸稈是農業生產過程中主要的副產品之一，我國每年秸稈產量高達9億噸，而利用率卻僅占總量的 5%左右[1]。傳統的秸稈處理方式不但造成了資源的浪費，而且污染環境，不符合國家倡導的可持續發展和節能減排的理念。將秸稈摻入混凝土砌塊中形成輕質秸稈混凝土砌塊，取材方便、加工簡單、造價低廉、性能優良，不僅符合我國節約資源、保護環境的既定國策[2]，而且為秸稈資源化利用提供了一條新途徑。

目前，我國與秸稈相關的建筑材料主要有秸稈水泥條板、秸稈復合板、秸稈纖維砌塊和秸稈混凝土墻體砌塊[3]。其中，秸稈混凝土砌塊墻體材料在建筑中的應用受到了人們的廣泛重視。秸稈混凝土砌塊墻體按其承重情況可分為承重墻體和非承重墻體兩類。為了進一步推廣秸稈混凝土砌塊墻體，本文在前期承重墻體試驗研究的基礎上，針對非承重墻體，即輕質秸稈混凝土砌塊的應用開展試驗研究。

2 試驗概況

表1 A組機砂組秸稈混凝土質量配合比

2.1 原材料

水泥：峨勝PO42.5級水泥；

秸稈：采用峨眉山市黃灣鄉農民種植的稻草秸稈，秸稈去皮經自然風干后，將秸稈切成長度為5mm的秸稈碎料作為試塊摻入材料；

陶粒：顆粒級配為5-10mm，中川環生產；砂： 細度模數為3.3的機砂；水： 不含雜質的透明自來水

2.2 試驗設計與方法

2.2.1 質量配合比

本次試驗分A組和B組兩批次進行，其中A組的粗骨料選用機砂，具體質量配合見表1；B組的粗骨料選用陶粒，具體質量配合比見表2。

表2 B組陶粒組秸稈混凝土質量配合比

2.2.2 秸稈質量的確定

（1）秸稈的體積比

試驗中，A組和B組均選取秸稈摻量作為主要變量。其中，A組（機砂組）混凝土砌塊采用標準立方體試塊制作，即大小為150×150×150mm3。自然風干秸稈體積比分別按試塊體積的 30%、50%、70%選用；B組(陶粒組）混凝土砌塊大小及秸稈摻量同A組（機砂組）。

（2）秸稈表觀密度的測定

選用已知尺寸為 100×100×55mm3的長方體容器和精密測量稱（精度為0.01g）。首先計算出長方體容器體積 V0，然后用精密測量稱稱出容器的質量m0，再將容器裝滿自然風干的秸稈后稱出其總質量m1，則自然風干的秸稈表觀密度為重復操作上述步驟五次，經測定，秸稈的平均表觀密度為。

（3）秸稈的質量計算

將A組和B組混凝土試塊選用的三個梯度秸稈體積比乘以測定出的秸稈平均表觀密度，即可得出不同梯度體積比在混凝土試塊中的秸稈摻入質量。

2.3 試塊制作及養護

試驗中，A組和B組兩批次的試塊分別進行配料，將各配料按順序混合均勻，在攪拌機中進行充分攪拌后倒入標準混凝土立方體試塊模具裝模，待24小時后拆模，對拆模后的試件在自然室溫條件下采取覆蓋、澆水潤濕、擋風、保溫等養護措施，自然養護28天。

3 表觀密度及抗壓強度量測

3.1 試塊表觀密度的量測

將養護好的試件放在天平上，記錄每一個試件的質量讀數大小，然后分別求出每一組三個試件表觀密度的平均值。

3.2 試塊抗壓強度的量測

把試件安放在試驗機下壓板中心，試件的承壓面與上下壓板的頂面垂直。開動試驗機，當上壓板與試件接近時，調整球座，使接觸均衡；加壓時，應持續而均勻地加荷，加荷速度為0.5-0.8Mpa/s。當試件接近破壞而開始迅速變形時，停止調整試驗機油門，直至試件破壞，然后記錄破壞荷載F。根據量測結果，混凝土立方體抗壓強度fcu按公式fcu=F/A進行(精確至0.01 Mpa)，式中：F-破壞荷載，KN；A—受壓面積，mm2；

4 試驗結果分析

4.1 秸稈體積比對試塊表觀密度的影響

從實驗數據看出，機砂組試件的表觀密度穩定在 1530kg/m3左右，陶粒組試件表觀密度穩定在 1370kg/m3左右。兩種試件表觀密度明顯低于普通混凝土的表觀密度2500kg/m3。兩組試件中，A組機砂組表觀密度要高于B組陶粒組的表觀密度，一方面因為兩組試件的粗骨料不同，另一方面因為陶粒的密度低于機砂導致整體試塊的表觀密度較低。同時，兩組骨料的不同密度導致了兩組混凝土試件的不同配合比，從而也間接導致了最終成型的兩組混凝土試件表觀密度不同。

4.2 秸稈體積比對抗壓強度的影響

對于 A組機砂組試件而言，秸稈體積比每增加 20%，抗壓強度分別降低了2.01Mpa和4.01Mpa；對于B組陶粒組而言，秸稈體積比每增加20%，抗壓強度分別降低了3.57Mpa和4.76Mpa。這表明：隨著秸稈摻量增加，抗壓強度下降速率變大。一方面，因為傳統的碎石粗骨料被機砂或陶粒替代導致抗壓強度下降；另一方面，秸稈的大量摻入使得混凝土試件內部的粘結力降低，試件中空隙大量增多，導致顆粒附著力急劇減小，加劇了混凝土抗壓強度的下降。

同時，當秸稈體積比達到70%的時候，混凝土試件仍然保持有1Mpa左右的抗壓強度，可以滿足砌體材料的容重、儲運、裝修等要求。因此，建議秸稈摻量的體積比控制在50%-70%之間，這樣既使得砌體材料能夠較好的凝結成整體，保持外形光滑美觀，同時又兼具一定的強度，滿足規范對運輸、砌筑等方面的要求。

5 結語

本文通過分別在以機砂和陶粒作為粗骨料的輕質混凝土砌塊中摻入了不同體積比的秸稈，對其抗壓強度和表觀密度進行了測定，結果表明：秸稈的體積比合理摻量區間控制在50%-70%之間。實驗數據反映出，秸稈的體積比對兩種混凝土試件的表觀密度和抗壓強度均具有顯著的影響。同時，試件的表觀密度明顯小于普通混凝土表觀密度，屬于輕質混凝土；摻加秸稈后測得的抗壓強度也可以滿足正常運輸、砌筑要求。本次試驗僅選取機砂和陶粒作為秸稈混凝土試塊的粗骨料進行研究，今后可就其他粗骨料或加入膠凝材料作進一步的試驗研究，以此不斷提升輕質秸稈混凝土的材料性能。

[1]李國忠，高子棟，改性秸稈纖維增強石膏基復合材料性能[J]，建筑材料學報，2011（6）

[2]徐明，張潤芳，我國秸稈纖維基環保節能墻體材料的應用進展[J]，材料導報，2012（11）：298-302

[3]范軍，劉福勝，秸稈纖維混凝土砌塊的強度和保溫性能試驗研究[J]，建筑科學，2010（8）：45-47

G322

B

1007-6344（2016）06-0287-01

張念強，男，漢，（1994.09-），江蘇贛榆，本科在讀，西南交通大學峨眉校區，土木建材