红胡萝卜汁替代水制备水泥基材料的可行性研究

2022-10-28娄小利吴福飞

四川建材 2022年10期

王红，朱丹，娄小利，吴福飞，郭爽

(贵州师范大学材料与建筑工程学院，贵州贵阳 550025)

0 前言

生态节能建筑是当今社会一个非常热的话题，随着经济的快速发展，人们从追求数量到追求质量，从追求舒适到追求环保。这就意味着不管什么行业都在朝着生态节能的方向发展，当然混凝土这个耗能较大的行业也不例外。于是各种各样新型绿色环保的材料大规模运用在建筑行业上。邢珊珊等[1]发现在水泥砂浆中添加低温稻壳灰，试件的吸水率、保水率、稠度增大，而抗压强度减小。Banjo Ayobami Akinyemi等[2]发现利用植物产生的农业废物作为纤维增强剂在水泥中应用可以获得较好性能。

虽然我国自然资源非常丰富，但多数属于不可再生的资源，在这样的发展背景之下，能源的需求量与时代发展的步伐就会出现不匹配的情况[3]。随着社会经济的不断发展和城镇化的不断加快，城镇产生的生活垃圾数量逐年增加，已经成为影响人体健康和环境安全的重要因素，也是城市亟需解决的关键问题之一。对于生活垃圾的无害化和减量化等的处理手段主要是焚烧，这在一定程度会造成空气污染。为了有效使用这些生活垃圾，使其成为一种资源，本研究针对生活垃圾中的红色胡萝卜，将其通过榨汁机制备成汁来进行试验。探索红色胡萝卜汁替代水对水泥基材料抗压强度、抗折强度、孔隙率和吸水率等指标的影响规律，并探索孔隙率与其他3个指标之间的相互关系，分析红色胡萝卜汁替代水制备水泥基材料的可能性，达到在水泥基材料中使用生活垃圾的目的，为后期生态水泥基材料的制备提供试验参考。

1 材料与方法

1.1 原材料

水泥采用贵州P·O42.5级的普通硅酸盐水泥，胡萝卜汁采用废弃红胡萝卜通过榨汁机榨出胡萝卜汁后，过80 μm筛网滤汁后装瓶备用。砂粒径为0.16～4.75 mm的河砂，减水剂则采用高效聚羧酸减水剂，水则采用实验室的自来水。

1.2 试验方法

经过多次试配，对照组配合比如表1所示。试验参考《水工混凝土试验规程》(SL 352—2019)的相关方法成型，试件成型24h后拆模，并对试件进行编号，在标准养护室(温度为(20±2)℃，相对湿度≥95%)进行养护，养护到相应的龄期后参照《普通混凝土力学性能试验方法标准》(GB/T 50081—2016)等标准测试其抗折强度、抗压强度和不同时间的吸水量，并参考文献[4]计算出砂浆的吸水率和孔隙率。

表1 对照组配合比

2 结果与分析

2.1 抗折强度

本研究采用红胡萝卜汁替代一定量的水，试验结果如图1所示。由图1(a)可以看出，红胡萝卜汁在掺量1%～20%时水泥基材料的抗折强度高于空白组抗折强度，在龄期为7 d时分别高于空白组20.82%、32%、17.46%、8.03%，在龄期为28 d时分别高于空白组26.36%、28.00%、15.89%、14.57%。掺量为30%和50%时水泥基材料的抗折强度明显低于空白组的抗折强度，28 d时较空白组分别降低了23.55%、64.87%。水胶比为0.30时红胡萝卜汁替代水制备的水泥基材料抗折强度影响规律与水胶比为0.45时的影响规律一致，即当掺量为5%时水泥基材料的抗折强度达到最高。龄期为7 d时抗折强度较同龄期空白组增加了18%，28 d时增加了11%。

(a)水胶比为0.45

(b)水胶比为0.30图1 砂浆的抗折强度

2.2 抗压强度

红胡萝卜汁替代率对砂浆抗压强度的影响规律如图2所示。当水胶比为0.45时，无论是7 d还是28 d，红胡萝卜汁的掺量≤20%时,水泥基材料的抗压强度都高于空白组的抗压强度。当掺量为30%和50%时,水泥基材料的抗压强度低于空白组的抗压强度。且当掺量为5%时抗压强度最高，7 d和28 d分别达到了46.83、57.03 MPa，较空白组强度分别提高了12.31、14.4 MPa。当水胶比为0.3时，红胡萝卜汁替代水制备的水泥基材料抗压强度影响规律与水胶比为0.45时的影响规律一致，都随掺量的增加呈现出先增加后减少的趋势，且在替代率为5%时水泥基材料的抗压强度最高，与空白组相比7 d时增长了10%，28 d时增长了15%。当红胡萝卜汁的掺量为1%、5%、10%时水泥基材料的抗压强度高于空白组的抗压强度，28 d时较空白组分别增加了9.23 MPa。当掺量为20%、30%、50%时水泥基材料的抗压强度低于空白组的抗压强度。

(a)水胶比为0.45

(b)水胶比为0.30图2 砂浆的抗压强度

2.3 吸水率

红胡萝卜汁对水泥基材料的吸水率的影响规律如图3所示。红胡萝卜汁替代水制备的水泥基材料的吸水率都随龄期的增加而减小，随着掺量的增加呈先减小后增加的趋势。且当红胡萝卜汁的掺量为5%时水泥基材料的吸水率达到最低，7 d 时的吸水率减小了2.32%，28 d时的吸水率减小了3.65%。并且根据两条折线的距离可以看出，掺入红胡萝卜汁的水泥基材料7 d到28 d的吸水率变化相对较小，尤其在28 d较为突出。当水胶比为0.3时，红胡萝卜汁替代水制备水泥基材料吸水率与水胶比为0.45的水泥基材料吸水率的影响规律基本一致，随着掺量的增加呈先减小后增加的趋势。

(a)水胶比为0.45

(b)水胶比为0.30图3 砂浆的吸水率

2.4 孔隙率

红胡萝卜汁对水泥基材料孔隙率的影响规律如图4所示，当水胶比为0.45时，水泥基材料的孔隙率随着红胡萝卜汁掺量增加呈先减小后增加的趋势，且红胡萝卜汁在掺量为5%时孔隙率最低，7 d时与空白组相比减小了4.72%，28 d时与空白组相比减小了7.15%，并且28 d的孔隙率均小于7 d的孔隙率。当水泥基材料的水胶比为0.3时，红胡萝卜汁替代水制备水泥基材料孔隙率的影响规律与水胶比为0.45时水泥基材料的影响规律基本一致，均是掺量为5%时孔隙率最低，在7 d时较空白组减小了6.52%，28 d时较空白组减小了7.15%。