不同粒径稻壳墙体材料基本性能研究

刘杰胜,伍玲玲,丁 一,王丽艳,林梓银,周梦林,胡秋锦

(武汉轻工大学 土木工程与建筑学院，湖北 武汉 430023)

不同粒径稻壳墙体材料基本性能研究

刘杰胜,伍玲玲,丁 一,王丽艳,林梓银,周梦林,胡秋锦

(武汉轻工大学 土木工程与建筑学院，湖北 武汉 430023)

传统墙体材料的弊端已经日益显现，而高性能的新型建筑材料的制备的需求明显增大。将稻壳加入水泥混凝土中制备墙体材料能够实现节能减排以及变废为宝的目标，发展前景被看好。本文利用控制变量法，从稻壳的不同粒径以及不同含量两个方面进行系统的研究，提供相应的技术来支持高性能墙体材料的制备。

不同粒径稻壳；不同含量稻壳；控制变量法；墙体材料；基本性能研究

Abstract：With the increasing disadvantages of traditional wall materials,new buildings materials with high performance are in great demand.By the way of adding rice husk into the cement concrete,the goal of energy conservation,emissions reduction and waste utilization can be achieved.And the prospect is promising.This paper provides the corresponding technology for the manufacturer of wall materials with high performance,by studying different sizes and contents of rice husk with the variable-controlling method.

Key words：rice husk with different sizes; rice husk with different contents;variable-controlling method;wall materials; study of basic performance

1 引言

传统墙体材料的弊端已经日益显现，而高性能的新型建筑材料的制备的需求明显增大。在加工稻米过程中产生的主要副作物稻壳，可以实现与水泥任意量添加无界面耦合混合，因此我们可以将稻壳加入水泥混凝土制成稻壳墙体材料。稻壳通常被用来作为农村的燃料或者废弃物处理，既污染了环境又造成了浪费。[1]利用稻壳制备墙体材料不仅仅能够实现节能减排以及变废为宝的目的，还可以利用其为国民经济发展作出贡献。因此将稻壳加入水泥混凝土中制备稻壳墙体材料潜力大，前景好。

现在，全球气温变暖情况比较严重，“把建筑变白”是不少国家提倡的一种措施。加入稻壳的水泥制块能够呈现出一种浅色，更好的反射阳光。因此，稻壳水泥制块满足这一要求。并且稻壳水泥的抗腐蚀性能随稻壳的高温处理增强。因此我们能够用稻壳水泥混凝土来代替传统的普通水泥，体现出稻壳水泥混凝土的优势，将其利用到制备高性能的新型材料中。本文利用控制变量法，从稻壳的不同粒径以及不同含量两个方面进行系统的研究，提供相应的技术支持高性能墙体材料的制备。

2 试验部分

2.1 材料与制备

2.1.1 原材料

稻壳：普通稻壳，如图1所示。湖北省本地生产，使用前粉碎过筛，除去稻秆、杂质以及灰尘砂砾；

水泥：P.O42.5普通硅酸盐水泥；

砂：符合实验要求的普通河砂；

水：蒸馏水。

2.1.2 制备墙体材料

将筛选过的稻壳分别处理成粒径为1 mm、3 mm、5 mm的实验材料，在搅拌砂浆的过程直接加入相应的稻壳来制备稻壳水泥混凝土材料。稻壳水泥混凝土用料重量配比为水∶水泥:沙=2:3:5，如图2所示。

制作试件：按用料重量配比称取相应量实验材料倒入搅拌器内搅拌10分钟左右；将搅拌后的水泥混凝土放入正方体模具以及长方体模具中，经振捣击实，如图3所示。正方体试件的尺寸为70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm，长方体试件的尺寸为40 mm×40 mm×160 mm。

养护试件:水泥混凝土两天后脱模具，再放入养护室养护28天。

性能测试:将养护后的稻壳水泥块取出，进行性能测试。

改变稻壳的粒径进行以上相同的研究。

图1 普通稻壳

图2 稻壳砂浆

图3 稻壳砂浆试块

2.2 性能测试

2.2.1 干制品密度

按照GB5486.3-2001中的规定对试件进行测试，将前期所制的水泥试件取出，测量其体积V，再将其烘干至恒重m，温度控制在75摄氏度上下不超过5摄氏度，恒温2 h后三次测量试件的质量，其变化率小于0.2%即为恒重。计算试样的干制品密度为ρ=m/V，单位：g/cm2。

2.2.2 堆积密度

先称出量筒质量m2;再将烘干至恒重后的试件震碎并注入量筒，读出此时量筒的读数V即为试件体积；称量筒及试件的共同质量m1，计算试件的堆积密度为ρ=(m1-m2)/V，单位：g/cm2。

2.2.3 吸水率

按照JGJ70-90中规定进行吸水率测试，先称取烘干恒重的试件质量m0，再将试件浸入恒温水槽中完全浸泡48 h，温度控制在25℃左右，经过48 h的实验时间后，取出水试件，抹去稻壳水泥试件表面水份后，称取其质量为mg,根据公式来计算吸水率W[2]：

2.2.4 保水率

按(DIN18555-7)无机胶凝材料砂浆检验方法对稻壳水泥材料进行保水率试验，砂浆新拌时经滤纸吸水5 min后保留的水量与我们根据用料配比加入的水量之比便是我们所求的保水率[3]。

2.2.5 力学性能

a.抗压强度

参照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》，对制得的尺寸为70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm正方体墙体材料进行抗压强度测试，如图4所示。

图4 抗压强度试验

b.抗折强度

参照GB/T50081-2002《普通混凝土力学性能试验方法标准，对制得的尺寸40 mm×40 mm×160 mm长方体试块进行抗折强度测试，如图5所示。

图5 抗折强度试验

3 试验结果分析

3.1 干制品密度

墙体材料干制品密度试验结果如表1所示。

表1 干制品密度试验结果

1%2%3%1mm2．24492．15742．08453mm2．18652．09911．98255mm2．10812．06631．9806

从表1可以看出，控制稻壳粒径一定，稻壳含量越多，墙体干制品密度越低；当稻壳用量一定时，增大稻壳粒径，墙体材料干制品密度减小。其原因可能是稻壳含量的增加以及稻壳粒径增大均使得墙体材料的孔隙增大，以至于干制品密度减小。

3.2 堆积密度

墙体材料堆积密度试验结果如表2所示。

表2 堆积密度试验结果

1%2%3%1mm1．1741．1611．1403mm1．1351．1321．1255mm1．1171．1091．101

从表2可以看出当稻壳粒径一定时，稻壳含量增加，墙体材料的堆积密度有稍微的减小。其原因可能是稻壳含量增多增大了墙体材料的孔隙，使得墙体材料的堆积密度减小；当控制稻壳含量一定时，稻壳粒径增大，墙体材料的堆积密度减小。猜测其原因可能是稻壳粒径越小，则越容易与水泥混凝土混合。

3.3 吸水率

墙体材料吸水率试验结果如表3所示。

表3 吸水率试验结果

1%2%3%1mm4．1784．7744．9463mm3．9224．2254．4125mm3．7813．9834．153

从表3所示可以看出，当稻壳粒径一定时，稻壳含量越多，墙体材料吸水率越高，其可能原因是稻壳本身是一种吸水材料，而且稻壳含量的增加使得墙体材料孔隙率增大，导致材料吸水率增大；当稻壳含量一定时，粒径增大，墙体材料吸水率减小。其可能原因是稻壳粒径越小，其吸水效果越好，因此墙体材料的吸水率随稻壳粒径的增大而减小。

3.4 保水率

墙体材料保水率试验结果如表4所示。

表4 保水率试验结果

1%2%3%1mm95．3295．2895．113mm96．1196．0595．885mm96．6596．5596．00

从表4可以看出，当稻壳粒径一定时，不同含量稻壳对墙体材料的保水率影响基本不大。可能原因是稻壳作为一种吸水材料，本身具有一定保水性，而且增大稻壳含量，墙体材料孔隙也随之增大，这些都促使墙体材料的保水性有一定的增强；控制稻壳含量一定时，稻壳粒径增大，其保水率有稍微的增大。可能与不同粒径稻壳的吸水性有关。

3.5 力学性能

墙体材料抗压强度和抗折强度试验结果如表5、表6所示。

表5 抗压强度试验结果

1%2%3%1mm37．39334．09527．7143mm42．39738．17632．2875mm35．71129．85326．029

表6 抗折强度试验结果

1%2%3%1mm7．2987．0466．8393mm8．0677．6317．3245mm7．1546．8796．482

从表5、表6为可以看出当稻壳粒径一定时，随着稻壳含量越多，墙体材料的抗压、抗折强度随之降低。其可能是因为稻壳含量的增加使得墙体材料孔隙增大，而且稻壳材料密度相比水泥、砂石骨料较小，并且分散在砂浆内部，使得减小了砂浆体系的密实度，导致墙体材料的力学强度也随着降低；当控制稻壳含量一定时，随着稻壳粒径的增大，稻壳墙体材料的力学强度先增大后减小。其中由实验结果可以看出用平均粒径为3mm的稻壳所配制的稻壳墙体材料的力学强度是最大的，说明了稻壳粒径减小，墙体材料的力学强度不一定增大。控制稻壳含量一定时，当稻壳的粒径太大时，搅拌出来的稻壳水泥混凝土的粘聚性差，容易产生分离现象，孔隙和微裂缝都比较大；当稻壳的粒径过小时，搅拌出来的稻壳水泥混凝土粘聚性虽然相对较好，但是它的流动性明显减小了，因此为了满足流动性的需要，需要消耗更多的水泥，此时稻壳水泥混凝土的力学强度降低。[4]

4 结论

本文利用稻壳掺杂水泥砂浆制备墙体材料，利用控制变量法从稻壳含量以及稻壳粒径两个方面系统研究了该墙体材料的基本性能。研究结果表明：当稻壳粒径一定时，随着稻壳含量的增加，墙体材料的干制品密度、保水率、力学性能、堆积密度减小，吸水率增大；当稻壳含量一定时，随着稻壳粒径的增大，墙体材料的干制品密度、堆积密度、吸水率减小，保水率增大。而且随着稻壳粒径的增大,稻壳墙体材料的力学强度呈现出先增大后减小的一种变化趋势。本次的研究结果为我们制备高性能的新型建筑材料提供了一定的技术支持。

[1] 陈睿.稻壳砂浆轻质节能符合墙板的研究及应用[D].哈尔滨：哈尔滨工业大学，2010.

[2] 刘成楼，陈学联.相变储能保温隔热砂浆的研究与应用[J].中国涂料2010(5)：36-39.

[3] 常儇宇，顾明明，王方乙，等. 保水率和含气量对水泥砂浆抗塑性开裂性能影响的研究[J].工程质量，2008(13)：47-49.

[4] 张文郁，娄宗科.稻壳粒径对稻壳混凝土抗压强度的影响研究[J]. 人民长江，2010，41(10)：67-70.

Study on the properties of wall materials with different size rice husk

LIUJie-sheng,WULing-ling,DINGYi,WANGLi-yan,LINZi-yin,ZHOUMeng-lin,HUQiu-jin

(School of Civil Engineering and Architecture, Wuhan Polytechnic University,Wuhan 430023,China)

2017-04-20.

刘杰胜(1980-)，男，博士，副教授， E-mail：ljs628@whpu.edu.cn.

国家自然科学基金(51409203).

2095-7386(2017)03-0092-04

10.3969/j.issn.2095-7386.2017.03.018

TU 522

A