秸稈纖維增韌蒸壓加氣混凝土性能研究

引言蒸壓加氣混凝土具有質(zhì)量輕、強(qiáng)度高、孔隙多等優(yōu)點(diǎn)，干體積密度通常為300~900kg/m3。由于是多孔結(jié)構(gòu)，因而具有良好的隔音效果，是墻體的不二選擇，此外這些氣孔的存在，也使加氣混凝土具有優(yōu)良的隔熱保溫性能[1-2]。在最近這些年里，隨著全球?qū)?jié)約能源和保護(hù)環(huán)境的重視不斷提高，人們也慢慢認(rèn)識(shí)到加氣混凝土在節(jié)能環(huán)保、廢棄物高效利用等方面的優(yōu)異表現(xiàn)，加大了加氣混凝土的研究，使得加氣混凝土在建筑行業(yè)的地位不斷提高。雖然加氣混凝土擁有很多的優(yōu)勢(shì)，但也有明顯的不足，其中主要表現(xiàn)為較強(qiáng)的吸濕性，收縮厲害，不適合用于潮濕的環(huán)境[3]。改進(jìn)和彌補(bǔ)加氣混凝土在這些方面存在的缺點(diǎn)和劣勢(shì)，加大蒸壓加氣混凝土的使用范圍，增強(qiáng)市場(chǎng)競(jìng)爭(zhēng)力，從而減小我國(guó)加氣混凝土行業(yè)與國(guó)外先進(jìn)水平之間差距[4]。在粉煤灰加氣混凝土中加入外加劑可有效地改變加氣混凝土的性能，這樣不僅增加了制品強(qiáng)度、減小質(zhì)量，還能對(duì)加氣混凝土進(jìn)行改性、增強(qiáng)功能作用[5]。另外將廢棄物秸稈充分運(yùn)用于加氣混凝土，可以提高加氣混凝土的強(qiáng)度。秸稈是農(nóng)業(yè)固體廢棄物，每年農(nóng)村都會(huì)產(chǎn)生大量的秸稈，人們往往會(huì)選擇將秸稈當(dāng)作廢物焚燒掉，這對(duì)環(huán)境造成了不可逆轉(zhuǎn)的污染，現(xiàn)在國(guó)家明令禁止焚燒秸稈。解決焚燒秸稈的關(guān)鍵問(wèn)題是如何將秸稈變?yōu)橛杏玫臇|西，使得秸稈廢物利用。研究表明，將秸稈運(yùn)用到加氣混凝土中，既可改善加氣混凝土的性能，又使秸稈得到有效地利用。如果將秸稈作為加氣混凝土的原料，而這一原料的來(lái)源十分廣泛，價(jià)格又低廉，那么秸稈的加入降低了加氣混凝土的成本，經(jīng)濟(jì)可行，有利于大氣環(huán)境保護(hù)，發(fā)展節(jié)能環(huán)保產(chǎn)業(yè)可謂一舉多得[6-7]。1、試驗(yàn)

1.1原材料試驗(yàn)所用粉煤灰來(lái)自于江蘇省八菱海螺有限公司，，煤灰中SiO2為66.14%，CaO為6.79%，F(xiàn)e2O3為5.92%，Al2O3為16.76%；水泥選擇為江蘇省八菱海螺有限公司生產(chǎn)的P·O42.5級(jí)，水泥中SiO2為21.24%，CaO為54.34%；石灰來(lái)自于江蘇省八菱海螺有限公司，CaO為含量73.77%；石膏來(lái)自于江蘇省八菱海螺有限公司，鋁粉為市售化學(xué)純；穩(wěn)泡劑為日常生活中普遍使用的普通洗衣粉，外加劑無(wú)水硫酸鈉和焦硫酸鈉為市售化學(xué)純；秸稈為日常生活中的稻稈，使用破碎機(jī)將其破碎至長(zhǎng)度2～5mm備用，水為普通自來(lái)水。

1.2試驗(yàn)配合比在分析各原料的成分的基礎(chǔ)上，固定蒸壓加氣混凝土各原料配合比為：粉煤灰∶水泥∶生石灰∶石膏=64∶15∶18∶3，外摻1.2‰的鋁粉，5‰的無(wú)水硫酸鈉，5‰的焦磷酸鈉；研究秸稈摻量為0、1%、1.5%、2%時(shí)對(duì)蒸壓加氣混凝土抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、干密度和吸水率等性能的影響，蒸壓加氣混凝土原材料用量配合比見(jiàn)表1。表1

蒸壓加氣混凝土原材料用量配合比kg/m31.3試驗(yàn)方法按表1蒸壓加氣混凝土設(shè)計(jì)配合比進(jìn)行試驗(yàn)，抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度采用40mm×40mm×160mm的三聯(lián)模，制作好的試樣放入55℃的干燥恒溫箱中靜停12h，試樣脫模后放入200℃、1MPa的蒸壓釜中蒸壓，升溫時(shí)間2h，恒溫保持6h，降溫時(shí)間2h。蒸壓結(jié)束后，按照GB/T119768—2006《蒸壓加氣混凝土砌塊》測(cè)試試樣的干密度、吸水率、抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度等性能試驗(yàn)方法，通過(guò)不同測(cè)試方法，采用WHY-300電液伺服壓力試驗(yàn)機(jī)，測(cè)定了蒸壓加氣混凝土的抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度；采用體式顯微鏡觀察秸稈纖維增韌蒸壓加氣混凝土的微觀形貌；采用DX-2700X射線衍射儀對(duì)秸稈纖維增韌蒸壓加氣混凝土進(jìn)行物相分析。2

結(jié)果與討論

2.1秸稈纖維增韌蒸壓加氣混凝土的干密度圖1為秸稈纖維摻量對(duì)加氣混凝土干密度的影響。由圖可看出，在不同秸稈摻量下（0、1%、1.5%和2%），蒸壓加氣混凝土干密度隨著秸稈摻量的增加，蒸壓加氣混凝土干密度呈現(xiàn)上升的趨勢(shì)。對(duì)于不摻外加劑時(shí)，不摻加秸稈的蒸壓加氣混凝土干密度為602kg/m3，而摻加1.5%的秸稈后蒸壓加氣混凝土的干密度為618kg/m3，摻加2%的秸稈為627kg/m3，不滿足A3.5B06蒸壓加氣混凝土的干密度要求。此外，對(duì)于摻加無(wú)水硫酸鈉和焦硫酸鈉的蒸壓加氣混凝土干密度也隨著秸稈摻量的增加而增加，摻加無(wú)水硫酸鈉后，蒸壓加氣混凝土的干密度降低，而摻加焦硫酸鈉的蒸壓加氣混凝土干密度增加。圖1

秸稈纖維摻量對(duì)干密度的影響2.2秸稈纖維增韌蒸壓加氣混凝土的吸水率圖2為秸稈纖維摻量對(duì)加氣混凝土吸水率的影響。由圖可看出，在不同秸稈摻量下（0、1%、1.5%和2%），蒸壓加氣混凝土吸水率隨著秸稈摻量的增加，蒸壓加氣混凝土吸水率呈現(xiàn)緩慢上升的趨勢(shì)。對(duì)于不摻外加劑時(shí)，不摻加秸稈的蒸壓加氣混凝土吸水率為65.8%，而摻加2%的秸稈后蒸壓加氣混凝土吸水率為68.8%，增加了3%。此外，對(duì)于摻加無(wú)水硫酸鈉和焦硫酸鈉的蒸壓加氣混凝土吸水率也隨著秸稈摻量的增加而增加，摻加無(wú)水硫酸鈉和焦硫酸鈉后，蒸壓加氣混凝土的吸水率都增大，其中，摻加無(wú)水硫酸鈉的蒸壓加氣混凝土吸水率最大。圖2

秸稈纖維摻量對(duì)加氣混凝土吸水率的影響2.3秸稈纖維增韌蒸壓加氣混凝土的抗折強(qiáng)度圖3為秸稈纖維摻量對(duì)加氣混凝土抗折強(qiáng)度的影響。由圖可知，在不同秸稈摻量下（0、1%、1.5%和2%），蒸壓加氣混凝土抗折強(qiáng)度隨著秸稈摻量的增加，蒸壓加氣混凝土抗折強(qiáng)度呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì)。不摻外加劑時(shí)，不摻加秸稈的蒸壓加氣混凝土的抗折強(qiáng)度為1.4MPa，而摻加2%的秸稈后蒸壓加氣混凝土的抗折強(qiáng)度為1.7MPa，提高了0.3MPa。而摻加無(wú)水硫酸鈉和焦硫酸鈉后，蒸壓加氣混凝土的抗折強(qiáng)度隨著秸稈摻量的增加而增加，同時(shí)，無(wú)水硫酸鈉和焦硫酸鈉的摻加，改善了蒸壓加氣混凝土的抗折強(qiáng)度。對(duì)于摻加2%的秸稈的蒸壓加氣混凝土，摻加無(wú)水硫酸鈉時(shí)，抗折強(qiáng)度為1.92MPa，摻加焦硫酸鈉時(shí)，抗折強(qiáng)度為2.1MPa，相對(duì)于未摻外加劑的提高了0.4MPa，由此可知，摻加焦硫酸鈉對(duì)蒸壓加氣混凝土的抗折強(qiáng)度改善最為明顯。圖3

秸稈纖維摻量對(duì)加氣混凝土抗折強(qiáng)度的影響2.4秸稈纖維增韌蒸壓加氣混凝土的抗壓強(qiáng)度圖4為秸稈纖維摻量對(duì)加氣混凝土抗壓強(qiáng)度的影響。由圖可知，在不同秸稈摻量下（0、1%、1.5%和2%），蒸壓加氣混凝土壓強(qiáng)度隨著秸稈摻量的增加，蒸壓加氣混凝土的抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)逐漸上升的趨勢(shì)。不摻外加劑時(shí)，不摻加秸稈的蒸壓加氣混凝土的抗壓強(qiáng)度為3.5MPa，而摻加2%的秸稈后蒸壓加氣混凝土的抗壓強(qiáng)度為4MPa，提高了0.5MPa。而摻加無(wú)水硫酸鈉和焦硫酸鈉后，蒸壓加氣混凝土的抗壓強(qiáng)度也隨著秸稈摻量的增加而增加，同時(shí)，無(wú)水硫酸鈉和焦硫酸鈉的摻加，都在一定程度上改善了蒸壓加氣混凝土的抗壓強(qiáng)度。對(duì)于摻加2%的秸稈的蒸壓加氣混凝土，摻加無(wú)水硫酸鈉時(shí)，抗折強(qiáng)度為4.2MPa，摻加焦硫酸鈉時(shí)，抗折強(qiáng)度為4.4MPa，相對(duì)于未摻外加劑的提高了0.4MPa。在秸稈摻量為0、1%時(shí)，無(wú)水硫酸鈉對(duì)蒸壓加氣混凝土的抗壓強(qiáng)度改善最為顯著，對(duì)于秸稈摻量為1.5%和2%時(shí)，摻加焦硫酸鈉效果更為顯著。圖4

秸稈纖維摻量對(duì)加氣混凝土抗壓強(qiáng)度的影響2.5秸稈纖維增韌蒸壓加氣混凝土的礦物組成分析圖5為秸稈纖維增韌蒸壓加氣混凝土的X射線衍射圖。其中配合比的編號(hào)B1為不摻秸稈和外加劑的蒸壓加氣混凝土；B4為摻加2%秸稈的蒸壓加氣混凝土。由圖可知，秸稈纖維增韌蒸壓加氣混凝土的主要水化產(chǎn)物主要為托勃莫來(lái)石、水化石榴石、C-S-H凝膠。對(duì)比B1和B4可以發(fā)現(xiàn)，摻加秸稈對(duì)蒸壓加氣混凝土的主要水化產(chǎn)物影響不大，說(shuō)明秸稈對(duì)蒸壓加氣混凝土物理和力學(xué)性能影響主要依靠物理作用。圖5

秸稈纖維增韌蒸壓加氣混凝土的X射線衍射圖2.6秸稈纖維增韌蒸壓加氣混凝土的斷面形貌圖6為體式顯微鏡觀察到的秸稈纖維增韌蒸壓加氣混凝土的斷面形貌圖。其中B1為不摻秸稈和外加劑的蒸壓加氣混凝土；C4為摻加2%秸稈和摻加焦硫酸鈉的蒸壓加氣混凝土。由圖可知，對(duì)于不摻外加劑和不摻秸稈的蒸壓加氣混凝土，表面有大小不一的各種孔隙，通知結(jié)構(gòu)疏松，不致密，而對(duì)于摻加2%秸稈和摻加焦硫酸鈉的蒸壓加氣混凝土的斷面，我們明顯觀察到秸稈，秸稈在蒸壓加氣混凝土中可以起到橋接的作用，從而改善蒸壓加氣混凝土的抗折和抗壓強(qiáng)度。此外，還可以看出摻加2%秸稈和摻加焦硫酸鈉的蒸壓加氣混凝土表面孔隙大小均勻，結(jié)構(gòu)致密。

圖6

秸稈纖維增韌蒸壓加氣混凝土的掃描電鏡圖結(jié)論

（1）秸稈摻量的增加提高了蒸壓加氣混凝土干密度，摻加1.5%的秸稈可提高蒸壓加氣混凝土干密度為618kg/m3，較未摻秸稈提高了16kg/m3。（2）秸稈摻量的增加提高了蒸壓加氣混凝土吸水率，無(wú)水硫酸鈉和焦硫酸鈉的摻加也會(huì)增加蒸壓加氣混凝土的吸水率，