秸秆灰掺加对水泥基引气节能砂浆影响的研究①

鞠 成，王 涛，孙鹏飞

(佳木斯大学 材料科学与工程学院，黑龙江 佳木斯154007)

0 引 言

中国是一个农业大国，每年产出大量的农业秸秆.大量的秸秆在田间焚烧，既造成严重的大气污染，在我国北方地区造成雾霾，生态环境遭到破坏，而且浪费了宝贵的资源.当前我国以秸秆为燃料的电厂快速发展，秸秆中含有大量的SiO2，燃烧后会留下富含分散度较大的SiO2的灰，大部分秸秆灰呈粉状，含有一定量烧熔结成的小块，大部分是无固定形状的细小颗粒，比表面积一般大于水泥、矿粉，具有一定火山灰活性［1～2］.

引气节能砂浆具有质轻、化学性能稳定、保温性能好、强度高、阻燃性能以及防霉效果好等优点，是筑节能的重要组成部分，近些年来得到了广泛的应用.将秸秆灰添加到节能砂浆体系当中，按照不同比例等量替换水泥，测试节能砂浆含气量、工作性、强度的影响规律，进而提高秸秆灰作为掺合料在引气节能砂浆中的利用.

1 试验原材料与方法

1.1 原材料及配合比

秸秆灰(哈尔滨市印刷厂);水泥:佳木斯北方水泥有限公司生产，水泥标号P·O42.5R.可再分散乳胶粉:德国瓦克胶粉有限公司生产;石膏:普通建筑石膏;膨胀珍珠岩:佳木斯珍珠岩厂生产，表观密度72kg/m3.聚苯乙烯颗粒:EPS 级配如表1，堆积密度:11.2 kg/m3;表观密度:18.2 kg/m3;粉煤灰:Ⅱ级粉煤灰;外加剂:JDU－3 高性能引气剂(水剂)，减水率18%，含气量6%;YG028A 型伺服万能试验机.

表1 EPS 颗粒级配

表2 矿物材料成分表

表3 引气节能砂浆配合比(kg/m3)

1.2 试验方法

(1)秸秆灰掺量对引气节能砂浆含气量的影响

节能砂浆中的气泡的量的多少直接影响节能砂浆的热工性能.在一定范围内，节能砂浆含气量越大其保温性能越好.节能砂浆的湿密度越小其含气量也就越大.

自制一个容积(V)为200ml 的容器，称出该容器质量M1，将节能砂浆装入容器内称出质量M11.计算得出湿密度=(M11－M1)/V.

(2)秸秆灰掺量对引气节能砂浆工作性的影响

采用改进的稠度和分层度来衡量节能砂浆的工作性的优劣.由于节能保温砂浆采用苯粒和珍珠岩做为集料，所以与普通砂浆相比容重小，节能砂浆流动性好.国家标准中砂浆的稠度仪和分层度仪的锥体质量过大，不能对不同稠度的节能砂浆进行有效区别，难以达到试验目的，故采用高分子材料制成一个质量为100g 的尺寸和标准相同的试验锥体.其他设备和实验过程按照JGJ70－1990《建筑砂浆基本性能试验方法》进行.

(3)秸秆灰掺量对引气节能砂浆早期强度的影响

按照《建筑保温砂浆》(GB/T20473－2006)中附录B 和附录C 进行试样制备.将水泥、粉煤灰、矿渣、聚合物改性添加剂、石膏、聚丙烯纤维等试验材料按所需配比称量，然后搅拌均匀，制成胶粉料，再慢慢加水搅拌2 ～3min，然后徐徐加入聚苯颗粒，继续搅拌3 ～5min，即得到节能保温砂浆.倒入100×100×100mm 试件模具中，成型养护至规定龄期.

取6 块试样，按照《无机硬质绝热制品试验方法力学性能》(GB/T54862－2001)中第3 章的规定进行抗压强度试验，并取所有试样检测值的算术平均值，作为节能节能砂浆的抗压强度值.

(4)秸秆灰掺量对引气节能砂浆PH 值的影响

将被测试块破碎，取水泥砂浆粉末60g 左右，用四分法(四分法:将样品按照测定要求磨细，过一定孔径的筛子，然后混合，平铺成圆形，分成四等分，取相对的两份混合，然后再平分，直到达到自己的要求)进行缩分，取15g 左右全部通过200 目方孔筛，并在温度为105°C 条件下烘2 个小时后，取出、装瓶(以防受潮)备用.

图1 不同掺量秸秆灰拌制的引气节能砂浆的湿密度

取定样水比为1:100(样水比为样品的质量与蒸馈水的质量之比)，摇晃溶液至样品与水混合均匀(每隔10min 振荡一次)，2 小时后用防水笔型PH 计测定其酸碱度值.

2 试验结果与分析

2.1 秸秆灰掺量对引气节能砂浆含气量的影响

由图1 可知，随着秸秆灰取代水泥量的增加，引气节能砂浆的湿密度逐渐增大，即秸秆灰的掺加提高了节能砂浆的湿密度，使引气节能砂浆的含气量降低.

由试验(1)可知，当秸秆灰按比例取代水泥时，由于秸秆灰是一种可和硅灰媲美的高硅、高活性火山灰材料.该结构中含有微米尺度的蜂窝孔，还含有大量的凝胶粒子粘聚而形成的纳米尺度孔隙，那么使秸秆灰具有很大的比表面积(50 ～100m2/g)和较高的火山灰活性［3］，因此会增加引起砂浆的吸水量，使引气节能砂浆内的自由水量降低，使引气砂浆变的干硬，使在搅拌过程中，生成气泡的难度大幅度增加.并且秸秆灰中含有一定量的碳，碳具有较大的吸附性，对外加剂的吸附作用较明显，进一步妨碍了引气砂浆中气泡的形成，影响了引气节能砂浆的含气量.

2.2 秸秆灰掺量对引气节能砂浆工作性的影响

秸秆灰掺量对引气节能砂浆沉入度的试验结果如图2 所示.

图2 不同掺量秸秆灰拌制的引气节能砂浆的沉入度

图2 可见，随着秸秆灰替换水泥掺量的增加，引气砂浆的沉入度，越来越小，表明秸秆灰的添加使引气砂浆的稠度下降，影响引气砂浆的工作性.

秸秆灰掺量对引气节能砂浆分层度影响的试验结果如图3 所示.

图3 不同掺量秸秆灰拌制的引气节能砂浆的分层度

图3 可见，随着秸秆灰掺量的增加，引气砂浆的分层度值逐渐下降，表明秸秆灰的添加可以改善引气节能砂浆的内部均一性.

秸秆灰掺量大会严重影响引气砂浆的工作性，造成引气砂浆稠度下降，新拌砂浆出现“瞬凝”趋势.秸秆灰细度很细，掺入到引气砂浆中后会吸收部分水分使引气砂浆稠度有所降低，由于秸秆灰具有很高的细度，可以很好的吸附填充于引气节能砂浆中，使引气节能砂浆变得更加粘稠，其内部均一性会变的更好，因此由图3 可见，其分层度逐渐降低.秸秆灰中含钾量达到14.72%，还有钙、镁、钠、磷等元素，这些元素以盐类形式存在于引气砂浆中，很大部分溶于水分散在胶凝材料中，随龄期延续会结晶而产生“盐析”现象，由于引气砂浆强度较低，所以其表面质量欠佳，同时随结晶作用增长，其晶体强度提高会造成引气砂浆出现假硬现象，导致稠度下降;秸秆灰中含有一定量的未燃烧的固定碳，碳物质经过燃烧后质地疏松、强度低，性质较为稳定，一般不参与化学反应，随秸秆灰分散在引气砂浆后，仅仅起到填充作用，并且吸收一定量水分，使引气节能砂浆的稠度降低，内部均一性变好.

2.3 秸秆灰掺量对引气节能砂浆强度和PH 值的影响

秸秆灰掺量对引气节能砂浆强度影响的试验结果如图4 所示.

图4 不同掺量秸秆灰拌制的引气节能砂浆的抗压强度

图5 不同掺量秸秆灰拌制的引气节能砂浆的PH 值

图4 可见，随着秸秆灰掺量的增加，引气节能砂浆的强度会逐渐下降，并且掺量小于9%时，强度降低的很小，说明秸秆灰具有一定的火山灰性，可以在一定程度内补偿由于水泥减少而损失的强度，3d，7d 强度降低的幅度没有28d 的大，表明秸秆灰替换水泥进入引气节能砂浆，对早期强度的补偿作用明显强于后期强度.

当秸秆灰分掺量增加时，引气节能砂浆的抗压强度降低.由图5 可知，掺秸秆灰分引气节能砂浆的PH 值降低，也就充分证明了活性SiO2的存在，由于存在大量的SiO2，部分SiO2为活性状态，其消耗水化生成的Ca(OH)2，生成C－S－H 凝胶填充到引气节能砂浆中，并且在一定程度上加速水泥水化反应，提高引气节能砂浆早期强度.但是秸秆灰中活性SiO2含量很少，盐类对后期强度提高有不利影响，不燃烧的碳含量较高且不参与反应，对引气节能砂浆后期强度影响很小，而且可能使引气节能砂浆强度有所降低.另外，当其它配料用量不变的情况下，仅减少水泥用量相当于提高了水灰比，也就是说，即使不掺秸秆灰，引气节能砂浆的强度降低也是必然［4～5］.因此，秸秆灰能够一定程度内提高引气节能砂浆早期强度，但对后期强度影响不大，而且引气节能砂浆中秸秆灰的掺量不宜过大，比较适合的掺量为9%.

3 结 论

(1)随着秸秆灰取代水泥量的增加，引气节能砂浆的湿密度逐渐增大，表明引气节能砂浆的含气量降低.

(2)随着秸秆灰取代水泥掺量的增加，引气砂浆的沉入度，越来越小，表明秸秆灰的添加使引气砂浆的稠度下降.而引气砂浆的分层度值逐渐下降，表明秸秆灰的添加可以改善引气节能砂浆的内部均一性.

(3)随着秸秆灰掺量的增加，引气节能砂浆的强度会逐渐下降，并且掺量小于9%时，强度降低的很小，说明秸秆灰具有一定的火山灰性，可以在一定程度内补偿由于水泥减少而损失的强度，3d，7d 强度降低的幅度没有28d 的大，表明秸秆灰替换水泥进入引气节能砂浆，对早期强度的补偿作用明显强于后期强度.

［1］ 陈超，黄快忠.秸秆灰对混凝土性能的影响及应用展望［J］.商品混凝土，2014.7:27－29.

［2］ 刘巧玲，刘保华.秸秆基建材研究现状及进展［J］.生物灾害科学，2013.36，(4):448－450.

［3］ 邱珊，黄旭，等.秸秆灰为添加剂的粉煤灰免烧陶粒的试制［J］.哈尔滨工业大学学报，2013(2):36－40.

［4］ 岳强，蒋盛芳.用秸秆灰作矿渣水泥掺和料的试验［J］.水泥，2009.11:4－5.

［5］ Nabil M.Al－Akhras，BilalA.Abu－Alfoul.Effect of Wheat Straw Ash on Mechanical Properties of Autoclaved Mortar［M］.Cement and Concrete Research，2002，12:859－863.