玉米芯生物质混凝土绿色墙体材料性能研究

2020-04-24何嘉乐刘芸秀韩连秀

山西建筑 2020年8期

何嘉乐张坤刘娟高永刘芸秀孙芳韩连秀

(青岛农业大学建筑工程学院,山东青岛 266109)

0 引言

玉米是我国产量第一的粮食作物品种，据计算玉米棒脱粒加工后的“玉米芯”产量巨大[1]。目前玉米芯的资源化利用多集中于食用菌种植、新型能源等方面，但利用率也仅为17%，多数玉米芯仍占地堆放或无组织焚烧，造成大量的资源浪费[2]。

玉米芯具有自重轻、质地均匀、硬度适中等优点，且利用玉米芯作为生物质混凝土的骨料制备的生物质混凝土装配式墙板具有保温性、节能、取材成本低等特点。2018年李心平等[3]研究了玉米芯的力学性能。其研究发现，当玉米芯含水率低于13%，当含水率降低时玉米芯抗压强度缓慢增加；当玉米芯含水率为13%～25%时，抗压强度增加，抗压能力增强；当玉米芯含水率高于25%后，抗压能力急剧减弱。

玉米芯吸水后一段时间后会析出糖分，析出的糖分会阻止胶凝材料凝结。聂光临等[4]研究的当快硬硫铝酸盐水泥占比0%～50%时，随着硫铝酸盐水泥占比的增加，普通硅酸盐与快硬硫铝酸盐体系的凝结时间逐渐缩短。因此本试验将普通硅酸盐水泥和快硬硫铝酸盐水泥进行复配来缩短凝结时间。复合水泥体系中，普通硅酸盐水泥占比90%、快硬硫铝酸盐占比10%，既可以缩短凝结时间也能节约成本。

本研究以破碎玉米芯作为粗骨料、全组分再生砂作为细骨料、复合水泥体系作为胶凝材料制备玉米芯生物质混凝土，研究生物质混凝土的抗压强度和导热性能并得出一定结论，开发玉米芯生物质材料，开辟玉米芯新型利用渠道。

1 试验方案

1.1 试验材料

骨料为山东青岛附近收购后自行打碎的玉米芯颗粒，经测定玉米芯颗粒堆积密度为133 kg/m3；全组分再生砂为青岛某拆迁工程产生的废弃混凝土经破碎而成，紧密堆积密度实测值为1 685 kg/m3；胶凝材料为P.O42.5级普通硅酸盐水泥，R.SAC425快硬硫铝酸盐水泥；实验室自来水。

1.2 试验方案

本实验设定3种不同胶砂体积比(1∶4,1∶5,1∶6)、玉米芯含量占生物质混凝土总体积的百分比分别为：33.3%,37.5%,41.2%,44.5%,47.4%,50%。据谢汝朋[5]研究，废弃建筑材料破碎后制得的再生砂吸水率较天然砂明显偏大，同时玉米芯在搅拌过程中也会吸收一些水分，故需进行标准稠度试验测得各组生物质混凝土的用水量。通过标准稠度用水量试验最终得表1为每立方米生物质混凝土所需的用水量。

选用STSJ-15砂浆搅拌机搅拌生物质混凝土，制取尺寸为100 mm×100 mm×100 mm的生物质混凝土试块测定强度，同时制取尺寸为300 mm×300 mm×35 mm的生物质混凝土试块来测量3 d,7 d,28 d的导热系数。

表1 三种胶砂比下不同玉米芯含量的用水量 kg/m3

1.3 试验配合比设计

根据表1标准稠度用水量、胶砂比设计、计算得表2生物质混凝土配合比，所有试样均在自然条件下放置，试验变量为胶砂比、玉米芯含量、水胶比。

2 结果与讨论

2.1 不同玉米芯含量与水胶比的关系

分析图1生物质混凝土中玉米芯含量与水胶比关系图可得玉米芯含量与水胶比之间呈线性关系，当玉米芯含量占比越大时，相应的水胶比就越大。

2.2 抗压强度

用水泥胶砂抗压测试仪测得表3为100 mm×100 mm×100 mm生物质混凝土试块在3 d,7 d,28 d时的抗压强度数据。

表2 试样配合比

表3 生物质混凝土3 d,7 d,28 d试块抗压强度

对比表3中数据，在三种胶砂比下，3 d,7 d,28 d的抗压强度随着胶砂比值的降低而降低。生物质混凝土的强度在28 d时最具代表性，图2为生物质混凝土的28 d抗压强度曲线。通过图2可分析，随着玉米芯含量的增加，生物质混凝土的强度呈下降趋势，其强度变化范围在1.44 MPa～11.36 MPa之间，幅度为9.92 MPa。当玉米芯含量为44.5%,47.5%,50%时，其关系曲线呈平稳递减状态，无大幅度的起伏。