稻草纤维增强加气混凝土制备工艺研究

李方贤，周成，张海东，贺大东（1.华南理工大学材料科学与工程学院，广东广州　510640；2.广东省建筑材料低碳技术工程技术研究中心，广东广州　510640；.华南理工大学建筑学院，广东广州　510640）



稻草纤维增强加气混凝土制备工艺研究

李方贤1，2，周成1，2，张海东1，2，贺大东3
（1.华南理工大学材料科学与工程学院，广东广州510640；2.广东省建筑材料低碳技术工程技术研究中心，广东广州510640；3.华南理工大学建筑学院，广东广州510640）

摘要：研究了利用稻草纤维制备加气混凝土的工艺参数。结果表明：稻草纤维掺量低于3%时，对加气混凝土浆体起到增强增韧效果；随着稻草纤维掺量的增加，浆体的流动度降低，料浆的发气高度也逐渐降低，料浆初始流动度为155～160mm，发气速度与稠化速度匹配，制备的加气混凝土强度较高，密度较小；预养护温度过低和过高都不利于发气，45℃为最佳预养护温度。

关键词：稻草纤维；加气混凝土；发气；流动度

从事新型建筑材料的研究。地址：广州市天河区381号华南理工大学

材料学院麟鸿楼204室，E-mail：msfxli@scut.edu.cn。

0　前言

我国是农业大国，农副产品十分丰富,每年各种秸秆（麦秸、稻草、玉米杆等）的产量大约为6.5亿t，但是秸秆的利用率在我国却很低，仅占5%左右。大量的农作物秸秆被烧掉，不但浪费大量的资源，还对自然环境造成严重的污染[1-3]。农作物秸秆的资源化利用已成为近年来科技界技术开发和农业、能源、建材、化工等产业界市场开发的热门领域。目前对稻草的综合利用还停留在单一使用以及简单粗糙的使用方式上，如近年来作为水泥基增强材料的稻草、麦草等天然植物纤维，使用较多的是只经过粗加工或未加工的原料，但粗加工的植物纤维存在突出的长期耐久性问题[4-5]。因此，探索稻草、麦草等植物纤维的深加工技术，提高其在建材领域的利用价值意义重大。本研究通过对稻草原料进行预处理，得到稻草纤维增强材料，以粉煤灰、石灰、水泥、稻草纤维等为原料，采用化学发气方法制备加气混凝土，探讨了稻草纤维加气混凝土的生产工艺。

1　试验

1.1原材料

水泥：广州珠江水泥厂的粤秀牌P·O42.5水泥。粉煤灰：南威Ⅱ级粉煤灰。生石灰：取自惠州恒丰灰粉厂，细度为0.08 mm方孔筛筛余12%。铝粉膏：佛山市骏力加气铝粉膏厂生产的GLS-65铝粉膏。石膏：广州珠江电厂生产的脱硫石膏，细度为0.08mm方孔筛筛余14%。聚羧酸减水剂：巴斯夫公司，减水率25%，固含量22%。水泥、粉煤灰的化学成分见表1。

表1　水泥和粉煤灰的化学成分　%

稻草纤维：对稻草原料进行叶、秆和穗的分离，将叶、秆和穗切断至2～5 cm，用50～90℃热水浸泡10～24 h，用碱溶液、钙盐溶液和防霉剂进行浸泡处理，液固比20∶1、温度50℃、压力0.1MPa，处理时间60min，处理完后进行磨浆，浆滤干后得到稻草纤维，平均长度1.5 cm、直径1mm。

1.2试验方法

（1）浆体流动度试验：将截锥圆模置于水平放置的洁净玻璃板中心，注满浆体后，匀速垂直提起截锥圆模，待浆体稳定后，测量浆体2个互相垂直方向的扩展直径，其平均值即净浆流动度。

（2）发气试验：将120mL料浆倒入200ml量筒中，记录发气高度及时间。

（3）加气混凝土砌块物理与力学性能参照GB/T 11969—2008《加气混凝土性能试验方法》进行测试。

2　试验结果与讨论

2.1稻草纤维掺量对加气混凝土浆体强度的影响未掺铝粉条件下，加气混凝土料浆配合比如表2所示。

表2　加气混凝土料浆的基准配合比

稻草纤维按水泥、石灰、粉煤灰和石膏总质量的百分比掺入，浇注成型40mm×40mm×160mm试模，浆体硬化拆模后，进行蒸养（95℃，蒸养48 h），稻草纤维掺量对料浆抗压强度和抗折强度的影响如表3所示。

表3　稻草纤维掺量对料浆强度的影响

由表3可以看出，随着稻草纤维掺量的增加，浆体的强度增加，当掺量超过2%时，浆体强度降低，掺量达到5%时，抗压强度降低幅度约15%，抗折强度降低幅度约25%。纤维掺量较低时，纤维在浆体中的分散性较好，起到了增强增韧的作用，而掺量超过3%后，纤维在浆体中产生缠绕、结团，在浆体中分散不均匀，反而对浆体的强度不利。

2.2稻草纤维加气混凝土浆体的流动度

流动度直接影响到料浆的稠化与铝粉发气是否匹配，同时对加气混凝土的性能产生影响。应考虑材料的变化并通过调整用水量或掺入减水剂调整料浆达到合适的流动度，这对加气混凝土的生产控制具有重要的意义。在表2基础上，外掺0.09%的铝粉、0.6%减水剂、0.3%稳泡剂，水固比为0.55。稻草纤维按水泥、石灰、粉煤灰和石膏总质量的百分比掺入。

2.2.1稻草纤维掺量对加气混凝土浆体初始流动度的影响（见表4）

表4　不同稻草纤维掺量的浆体流动度

由表4可以发现，稻草纤维的掺入明显降低了浆体的流动度，掺量低于3%时，浆体的流动度降低幅度小于5%，而掺量达到5%时，流动度降低幅度达到11%。

2.2.2稻草纤维掺量对加气混凝土发气高度的 影响（见图1）

图1　稻草纤维掺量对加气混凝土发气高度的影响

由图1可以看出，随着稻草纤维掺量增加，料浆的发气高度逐渐降低，当稻草纤维掺量为5%时，料浆的发气高度仅为32mm，稻草纤维对料浆的发气存在一定的不利影响，这可能是因为稻草纤维掺量增大会降低料浆的稠度，产生憋气；同时稻草纤维的乱向分布降低氢氧化钙与铝粉反应的速率，阻碍铝粉在初凝前完全反应生成氢气，从而降低料浆的最终发气高度。考虑到稻草纤维在加气混凝土中的增强增韧作用，因此宜将稻草纤维掺量控制在3%以内。

2.2.3流动度对加气混凝土砌块抗折强度和密度的影响

通过调节减水剂掺量来调节加气混凝土料浆的初始流动度，稻草纤维掺量固定为2%，砌块的抗折强度和密度如表5所示。

表5　流动度对加气混凝土砌块抗折强度和密度的影响

由表5可见，料浆的初始流动度过大或过小都会导致抗折强度的降低，当初始流动度小于150mm时，砌块的强度较低且密度偏大。而当料浆流动度大于165mm时，出釜强度下降较快，这是由于料浆的黏度较小，难以稳住气泡而使得其容易上升以至溢出浆体，从而导致砌块内部孔结构较差。只有当稠化速度与发气速度相匹配的情况下，才能得到孔结构大小均匀的砌块，料浆初始流动度为155～160mm时所制备的加气混凝土砌块的强度较高，密度也较为适宜，其综合性能最佳。结合前述发气速度与稠化速度匹配的试验结果，本试验控制料浆初始流动度在155～160mm。

2.3预养护温度对加气混凝土发气高度的影响

预养护温度直接影响浆体的稠化时间和发气高度，预养护温度对加气混凝土浆体发气高度的影响如图2所示。

图2　预养护温度对加气混凝土发气高度的影响

图2表明，预养温度过低和过高都不利于发气。预养温度为35℃，发气高度仅为31mm，发气高度明显不足，发气速度与浆体的稠化速度不匹配；当温度为40～50℃时，料浆的稠化速度与发气速度较为适应，随着温度的升高，发气速率提高，当养护温度为45℃时，加气混凝土料浆的发气高度达最高。当养护温度超过45℃时，料浆稠度迅速降低，同时发气高度也明显降低。因此，45℃为最佳预养护温度。

3　结语

（1）稻草纤维掺量低于3%时，对加气混凝土的浆体起到增强增韧作用；而掺量超过3%后，稻草纤维在浆体中产生缠绕、结团，在浆体中分散不均匀，反而对浆体的强度不利。

（2）随着稻草纤维掺量的增加，加气混凝土浆体的流动度降低，料浆的发气高度逐渐降低，稻草纤维对料浆的发气存在一定的不利影响，考虑到稻草纤维在加气混凝土中增强增韧作用，稻草纤维掺量宜控制在3%以内。稻草纤维增强加气混凝土的料浆初始流动度为155～160mm，发气速度与稠化速度匹配，制备的加气混凝土强度较高、密度较小。

（3）预养护温度过低和过高都不利于发气，当温度为40～ 50℃时，料浆的稠化速度与发气速度较为适宜，随着温度的提高，发气速率提高；45℃为最佳预养护温度，发气高度达最高。

参考文献：

[1]王立久，姜欢.轻质水泥基稻草纤维泡沫墙体材料的研究[J].新型建筑材料，2008（7）：1-3.

[2]李季.纤维表面处理对植物纤维增强水泥的物理力学性能影响[J].建筑科学，2004，20（6）：62-63.

[3]肖力光，李晶辉，周宝玉，等.秸秆环保节能材料性能的研究[J].吉林建筑工程学院学报，2008，25（2）：1-6.

[4]李超飞，苏有文，陈国平，等.稻草纤维混凝土性能研究[J].混凝土，2013（10）：30-37.

[5]王路明.秸杆卤水低碱复合墙体材料的研究[J].建筑材料学报，2013，16（5）：801-805.

Study on preparation of straw fiber reinforced aerated concrete

LI Fangxian1，2，ZHOU Cheng1，2，ZHANG Haidong1，2，HE Dadong3
（1.College of Materials Science and Engineering，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China；
2.Low Carbon Technology Engineering Research Center for Building Materials of Guangdong Province，Guangzhou 510640，China；

3.School of Architecture，South China University of Technology，Guangzhou 510640，China）

Abstract：The parameters of preparing aerated concrete with straw fiber were studied.The results showed that the strength and the toughness of aerated concrete slurry were increased as the content of straw fiber was less than 3%.The fluidity of slurry and the initial gas forming rate were all decreased with increasing the straw fiber content.The rate of gas forming and multi-viscosity matches well when the initial fluidity of slurry was between 155 and 160 mm and the aerated concrete obtains a higher strength and a lower density.A high or low pre-curing temperatures was detrimental for the rate of the gas forming and the optimum pre-curing temperature was 45℃.

Key words：straw fiber，aerated concrete，gas forming，fluidity

作者简介：李方贤，男，1979年生，湖北荆州人，副研究员，博士，主要

收稿日期：2015-09-30；

修订日期：2015-11-01

基金项目：“十二五”国家科技支撑计划项目（2012BAJ20B01-03）；广东省重大科技专项（2013A011401008）

中图分类号：TU528.2

文献标识码：A

文章编号：1001-702X（2016）01-0040-03