掺加玉米秸秆纤维素对普通砌筑砂浆性能的影响

邓高乐，张勇，谢慧东

（1. 济南市工程质量与安全生产监督站，山东 济南 250014；2. 山东华森混凝土有限公司，山东 济南 250101）

掺加玉米秸秆纤维素对普通砌筑砂浆性能的影响

邓高乐1，张勇2，谢慧东2

（1. 济南市工程质量与安全生产监督站，山东 济南 250014；2. 山东华森混凝土有限公司，山东 济南 250101）

试验采用玉米秸秆纤维素取代纤维素醚，着重分析了玉米秸秆纤维素对砌筑砂浆性能的影响。试验结果表明：利用10%～40% 玉米秸秆纤维素取代纤维素醚可以提高砂浆保水率、抗压强度，改善砂浆抗冻融性能，但是随着取代比例增加，砂浆凝结时间有所缩短，2h 稠度损失率和表观密度会逐渐增加。微观测试表明复合掺加玉米秸秆纤维素和纤维素醚砂浆硬化体结构更为致密，孔隙率较低，水化凝胶分布均匀，结晶较大的 Ca(OH)2较少。

玉米秸秆纤维素；纤维素醚；保水率；强度

0　前言

保水增稠材料作为砂浆重要组分，可以改善砂浆可操作性及保水能力，使干混砂浆具有适宜的稠度，避免砂浆在硬化前产生沉淀、泌水和水分蒸发[1-4]。

目前，常用的保水增稠材料为纤维素醚。纤维素醚具有用量小、保水率好、粘聚力高等优点被广泛使用，但纤维素醚价格昂贵，本身引气作用较强，掺量过大会大幅度降低砂浆强度，增加砂浆收缩率，大幅度延缓水泥水化[6-13]。寻求可替代或部分替代纤维素醚与其复合应用的材料是非常必要的。

玉米秸秆纤维素是利用玉米秸秆提炼半纤维素过程中的副产品纤维素为原料，经复杂的物理、化学改性而得到。玉米秸秆纤维素表面粗糙多孔，在水中不溶解但会吸水溶胀，孔内贮存大量的水，起到保水作用，随着时间延长，孔中水逐渐释放，可以保证砂浆后期强度增长。而且，玉米秸秆纤维素在砂浆中会搭接成三维立体结构，增加砂浆触变性和抗流挂性，改善砂浆施工性能[14]。因此利用玉米秸秆纤维素与纤维素醚复合应用在砂浆中，尽量减小纤维素醚用量，可以改善砂浆性能、同时降低保水增稠材料价格，具有很大的利用推广价值。本试验以 M10 砌筑砂浆为例，分析利用不同比例玉米秸秆纤维素取代纤维素醚对砂浆性能影响，并确定玉米秸秆纤维素取代纤维素醚比例。

1　试验概况

1.1试验原材料

水泥：山东水泥厂 P·O42.5 水泥，物理性能如表 1 所示。

表1　水泥物理性能

粉煤灰：Ⅱ 级粉煤灰，物理指标见表 2。

砂：人工砂，细度模数分别为 3.21，累计筛余分数及相关物理指标见表 3。

保水增稠材料：10 万MPa·S 羟丙基甲基纤维素醚。

玉米秸秆纤维素：微黄色，均匀蓬松，60 目通过率大于95% 。

缓凝组分：葡萄糖酸钠。

拌合水：自来水。

表2　粉煤灰物理性能

表3　人工砂各粒径累计筛余及物理性能

1.2试验方法

依据 JGJ/T 70－2009 《建筑砂浆基本性能试验方法标准》，调整砂浆需水量，控制砂浆稠度，以满足工作性要求，分别测试砂浆保水率、表观密度、2h 稠度损失率、凝结时间、抗冻性。抗压强度和抗冻试块在温度为 (20±5)℃ 的环境静置 (24±2)h 后，拆模，置于温度 (20±2)℃，湿度 90%以上的标准养护室，分别测试 7d、28d 强度，28d 抗冻融性能；抗冻试块成型方式与抗压试块相同，但是试验前需将试块放入水中浸泡两天，浸泡完毕后，对比试验则放回养护室。

1.3配合比设计

基准配合比如表 4 所示，本试验分别在单掺纤维素醚的基础上，分别用 20%、30%、40%、50%、60% 的玉米秸秆纤维素取代纤维素醚，配制砌筑 M10 砂浆。试验中通过调整水胶比，参照 GB/T 25181—2010 《预拌砂浆》要求，砌筑砂浆稠度控制在70～80mm。

表4　砌筑砂浆基准配合比 kg/t

2　试验结果与分析

2.1玉米秸秆纤维素对砂浆保水率的影响

由图 1 可以看出：砌筑砂浆保水率随玉米秸秆纤维素取代纤维素醚比例增加先增加后减小，且取代比例均在30% 时，保水率达到最大值。单掺纤维素醚砌筑砂浆保水率为 95.7%，玉米秸秆纤维素取代比例为 30% 时，则增加至98.6%，即使取代比例增加至 40% 时，砂浆保水率与单掺纤维素醚时相比，相差幅度仍较小。

图1　砂浆保水率随玉米秸秆纤维素取代纤维素醚比例变化曲线

2.2玉米秸秆纤维素对砂浆抗压强度的影响

由图 2 可以看出砌筑砂浆 7d、28d 抗压强度均随玉米秸秆纤维素取代纤维素醚比例增加而逐渐增加。玉米秸秆纤维素取代纤维素醚比例为 30% 时，砂浆 7d 强度相对单掺纤维素醚砂浆提高了 18.6%，28d 强度则相对增加了 4.1%，随取代比例增加，砂浆 7d、28d 强度增幅较单掺纤维素醚试样均逐渐增加。

图2　砂浆 7d、28d 强度随玉米秸秆纤维素取代纤维素醚比例变化曲线

2.3玉米秸秆纤维素对砂浆凝结时间影响

图3　砂浆凝结时间随玉米秸秆纤维素取代纤维素醚比例变化曲线

由图 3 可以看出：砌筑砂浆的凝结时间均随玉米秸秆纤维素取代纤维素醚比例增加而逐渐下降；单掺纤维素醚砌筑砂浆凝结时间为 305min，当玉米秸秆纤维素取代比例增加至30% 时，凝结时间则为 285min，砂浆凝结时间有不同程度的缩短。

2.4玉米秸秆纤维素对砂浆表观密度的影响

图4　砂浆表观密度随玉米秸秆纤维素取代纤维素醚比例变化曲线

由图 4 可以看出：砂浆表观密度均随玉米秸秆纤维素取代比例的增加而逐渐增加，单掺纤维素醚砌筑砂浆表观密度为 2060kg/m3，玉米秸秆纤维素取代比例为30%时，砂浆表观密度增加至 2090kg/m3，表观密度均有不同程度的增加。

2.5玉米秸秆纤维素对砂浆 2h 稠度损失率的影响

由图 5 可以看出，砂浆 2h 稠度损失率随玉米秸秆纤维素取代比例增加均逐渐增加，单掺纤维素醚的砌筑砂浆 2h 稠度损失率为 6.4%，当玉米秸秆纤维素取代比例增加至 30% 时，2h 稠度损失率为 7.0%，2h 稠度损失率有小幅增加，完全可以满足 GB/T 25181－2010 中对干混砂浆的应用要求，但是当玉米秸秆纤维素取代比例过高时，2h 稠度损失则增幅较大，损失相对较快。

图5　砂浆 2h 稠度损失率随玉米秸秆纤维素取代纤维素醚比例变化曲线

2.6玉米秸秆纤维素对砂浆抗冻性能的影响

图6　砂浆质量损失和强度损失随玉米秸秆纤维素取代纤维素醚比例变化曲线

由图 6 可以看出，砂浆经 25 次冻融循环后，质量损失和强度损失随玉米秸秆纤维素取代比例增加均先降低后增加，砌筑砂浆质量损失和强度损失在取代比例均为 40% 时损失最小，质量损失和强度损失在掺加合适比例的玉米秸秆纤维素条件下，均有所改善，但是当玉米秸秆纤维素取代比例过高时，质量损失和强度损失则会出现大幅度增加。

3　微观结构分析

由图 7、图 8 单掺纤维素醚和复掺玉米秸秆纤维素与纤维素醚的砌筑砂浆微观结构可以看出：单掺纤维素醚的砌筑砂浆硬化体结构相对疏松，孔隙较大，使得氢氧化钙有足够的结晶生长空间，生成的硅酸钙凝胶相对集中，分散性较差。利用30%玉米秸秆纤维素取代纤维素醚后，砌筑砂浆硬化体结构较为致密，孔隙率较低，水化后的硅酸钙凝胶和铝酸钙凝胶分布均匀，结晶较大的六方板状氢氧化钙和针棒状的钙矾石较少，晶粒尺寸较小，水化产物与玉米秸秆纤维素之间形成相互交错的空间网状结构，均匀覆盖在粉煤灰、未水化水泥颗粒表面。说明玉米秸秆纤维素与纤维素醚复合应用，可以降低砂浆硬化体孔隙率，使水化凝胶分布更加均匀，而提高砂浆内聚力，从而提高砂浆韧性。

图7　单掺纤维素醚砌筑微观结构

图8　30% 玉米秸秆纤维素取代纤维素醚砌筑砂浆微观结构

4　结论

由利用不同比例玉米秸秆纤维素取代纤维素醚，分析对砌筑 M10 砂浆性能影响试验及微观结构分析可以得出如下结论：（1）砌筑砂浆保水率随玉米秸秆纤维素取代比例增加先增加后降低，且在玉米秸秆纤维素取代比例为 30% 时，保水率数值最高；凝结时间随取代比例增加逐渐缩短；表观密度、2h 稠度损失率、7d 和 28d 抗压强度随取代比例增加而逐渐增加。（2）砌筑砂浆 25 次冻融循环后的质量损失和强度损失随取代比例增加先降低后增加】。（3）利用 30% 玉米秸秆纤维素取代纤维素醚砂浆硬化体相对单掺纤维素醚砂浆，孔隙率较低，水化凝胶分散更为均匀，结晶良好的氢氧化钙和针棒状钙矾石较少，水化产物与玉米秸秆纤维素形成相互交错的空间网络结构，使得硬化体更为致密。

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［联系地址］山东省济南市经十路建设大厦济南市工程质量与安全生产监督站（250014）

The influence of modified cornstalk cellulose on the performance of masonry mortar

Deng Gaole1, Zhang Yong2, Xie Huidong2
(1.Jinan Center for Quality Supervision and Safety in Production of Building Engineering, Jinan 250014; 2.Shandong Huasen Concrete Co., Ltd., Jinan 250101)

The performance of masonry mortar mixed with modified cellulose and cellulose ether was studied. The results showed that: the water retention, compressive strength and frost resistance of mortar were improved, when the cellulose ether was replaced by 10% to 40%. The setting time was shorten, 2h consistency loss and apprent density were increased. The microstructure of mortar was measured, it showed that the hardened paste of motar mixed with 30% modified cellulose has more compacted structure, lower porosity, more homogeneous C-S-H and less crystalline Ca(OH)2.

expansive agent; shrinkage compensating concrete; immersed tube method; post-pouring joint

邓高乐（1982－），男，本科，从事建筑材料检测工作。