封凌竹，劉福勝，岳強，溫福勝，武義馨

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)水利土木工程學(xué)院，山東泰安 271000）

小麥秸稈-鎂水泥復(fù)合保溫砂漿配合比正交試驗研究

封凌竹，劉福勝，岳強，溫福勝，武義馨

（山東農(nóng)業(yè)大學(xué)水利土木工程學(xué)院，山東泰安 271000）

針對普通水泥與小麥秸稈結(jié)合差的問題，采用鎂水泥（MOC）為膠凝材料，?；⒅闉檩p骨料，粉煤灰為摻和料，添加小麥秸稈、減水劑和其它外加劑制備保溫砂漿。通過正交試驗，研究了?；⒅椤⑿←溄斩?、粉煤灰、減水劑對保溫砂漿抗壓強度、干密度、導(dǎo)熱系數(shù)和軟化系數(shù)的影響。結(jié)果表明：小麥秸稈是影響保溫砂漿抗壓強度、干密度、導(dǎo)熱系數(shù)和軟化系數(shù)的主要因素，減水劑是次要因素；可以通過減少?；⒅閾搅浚黾訙p水劑用量來提高秸稈摻量和保溫砂漿性能；在砂漿中摻加秸稈提高了砂漿的保溫性能、拓展了小麥秸稈的應(yīng)用途徑，利于環(huán)保。

保溫砂漿；正交試驗；小麥秸稈；鎂水泥

0　引言

在我國，建筑能耗比重一直居高不下，約占社會總能耗1/3[1]，而在建筑能耗中，圍護結(jié)構(gòu)能耗比重為一半[2]，據(jù)有關(guān)數(shù)據(jù)統(tǒng)計[3]，墻體結(jié)構(gòu)傳熱損失占圍護結(jié)構(gòu)散熱損失的60%～70%，因而提高圍護結(jié)構(gòu)的保溫性能極其重要。

據(jù)2010年農(nóng)業(yè)部發(fā)布的《全國農(nóng)作物秸稈資源調(diào)查與評價報告》顯示，我國農(nóng)作物秸稈理論資源量為8.20億t，可收集的秸稈資源量為6.87億t，其中收集的農(nóng)作物秸稈利用率達(dá)到69%，但仍有30%秸稈被廢棄和焚燒，且隨著糧食產(chǎn)量的增加，被廢棄和焚燒的秸稈日益增加，這造成了極大的資源浪費和環(huán)境污染，而小麥秸稈具有良好的保溫隔熱性能，可應(yīng)用于保溫建材。粉煤灰是一種常見的工業(yè)廢渣，應(yīng)用于保溫建材中，能改善材料性能，降低成本。?；⒅樽鳛橐环N新型輕質(zhì)骨料已在建材領(lǐng)域廣泛應(yīng)用，具有質(zhì)輕、絕熱、吸水率小、抗老化等特點。

硅酸鹽水泥漿堿性較高（pH值≥13），小麥秸稈在堿性環(huán)境中會析出糖類、纖維素等物質(zhì)，延緩水泥凝結(jié)，抑制水泥水化，且秸稈表面光滑的蠟質(zhì)層阻礙了水泥與秸稈的結(jié)合[4]。鎂水泥漿的pH值在8.0～9.5波動，對小麥秸稈腐蝕作用較輕，而且鎂水泥具有較好的粘結(jié)性，能與小麥秸稈較好的結(jié)合[5-6]。另外，鎂水泥保溫隔熱性好，應(yīng)用于保溫砂漿中可提高砂漿的保溫性能，而且鎂水泥強度高，可摻加大量的固體廢棄物，能降低砂漿成本。

本文通過試驗與理論分析，揭示各因素對保溫砂漿物理、力學(xué)和保溫性能的影響，為配制小麥秸稈鎂水泥復(fù)合保溫砂漿提供依據(jù)，拓展小麥秸稈在建筑材料領(lǐng)域的應(yīng)用，提高小麥秸稈的利用率。

1　試驗

1.1原材料

輕燒鎂粉：山東迅達(dá)利化工有限公司生產(chǎn)，水合法測得活性含量為60.1%，細(xì)度為200目，化學(xué)成分見表1。

粉煤灰：河北靈壽縣清逸礦產(chǎn)品加工廠產(chǎn)Ⅱ級粉煤灰，密度265 kg/m3，化學(xué)成分見表1。

表1　輕燒鎂粉和粉煤灰的化學(xué)成分%

鹵片：山東迅達(dá)利化工有限公司生產(chǎn)，其中MgCl2含量≥45%，Ca2+≤0.40%，SO42-≤2.8%，堿金屬氯化物（Cl-）≤0.90%。

小麥秸稈：取自泰安地區(qū)當(dāng)年產(chǎn)小麥秸稈，粉碎后過篩，長度為0.6～4.75 mm。

?；⒅椋汉幽闲抨柺袇R通珍珠巖應(yīng)用有限公司生產(chǎn)，20～50目，密度110 kg/m3。

聚羧酸減水劑：減水率為25%～40%，固含量≥97%，河北中興新型材料有限責(zé)任公司生產(chǎn)。

自制外加劑：由銀科砂膠牌SJ硅質(zhì)密實劑（SiO2含量≥95%）、皖維牌WWJF-8020可再分散乳膠粉[灰分（650±25）℃≤12.0%、平均粒徑60～100 μm]、嘉耐牌CA50-A700型鋁酸鹽水泥[含量：50%≤Al2O3＜60%、SiO2≤8.0%、Fe2O3≤2.5%、R2O≤0.4%]按一定配比組成。

水：自來水。

1.2試驗設(shè)備

UJZ-15砂漿攪拌機，稠度儀，WDW-100型萬能試驗機，DRH-Ⅱ型導(dǎo)熱系數(shù)測試儀（護熱平板法）。

1.3試件制備

試驗前1 d配制鹵液，保證鹵片充分溶解，試驗當(dāng)天將稱量好的鹵液、減水劑和外加劑混合溶解。將稱量好的輕燒鎂粉、?；⒅?、粉煤灰、小麥秸稈加入到砂漿攪拌機中，干拌3 min，后加入預(yù)先溶解好的鹵液、減水劑和外加劑混合液，并邊攪拌邊加水，持續(xù)攪拌6～7 min，至出現(xiàn)黏性漿體，并進行砂漿稠度測試。加水量以控制砂漿拌合物稠度在（50±5）mm，分層度不大于20 mm為準(zhǔn)。裝模成型各類試件，測試干密度、抗壓強度、軟化系數(shù)試件尺寸為70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm，測試導(dǎo)熱系數(shù)試件尺寸為300 mm×30 mm×30 mm。試件成型1～2 d后脫模，脫模后標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護28 d。

1.4性能測試方法

（1）砂漿分層度、稠度參照GB/T20473—2006《建筑保溫砂漿》和JGJ70—2009《建筑砂漿基本性能試驗方法》進行測試。

（2）砂漿干密度參照GB/T 20473—2006和GB/T 5486.3—2001《無機硬質(zhì)絕熱制品試驗方法》進行測試。

（3）砂漿抗壓強度和軟化系數(shù)參照GB/T 20473—2006、GB/T 5486.2—2001《無機硬質(zhì)絕熱制品試驗方法》和JGJ 70—2009進行測試。

（4）砂漿導(dǎo)熱系數(shù)參照GB/T20473—2006和GB/T10294—2008《絕熱材料穩(wěn)態(tài)熱阻及有關(guān)特性的測定防護熱板法》進行測試。

2　正交試驗

本試驗將?；⒅閾搅?、小麥秸稈摻量、粉煤灰摻量（均按輕燒鎂粉和鹵片質(zhì)量計），減水劑摻量（按輕燒鎂粉和粉煤灰質(zhì)量計）共4個因素作為影響因素考慮，每個因素取3個水平。試驗中鎂水泥按n（MgO）∶n（MgCl2）=7∶1進行配制，外加劑依據(jù)輕燒鎂粉、?；⒅?、小麥秸稈摻量的變化而變化。正交試驗因素水平見表2。

表2　正交試驗因素水平

3　試驗結(jié)果與分析

正交試驗設(shè)計及試驗結(jié)果見表3，極差分析見表4。

表3　正交試驗設(shè)計及試驗結(jié)果

表4　正交試驗極差分析

根據(jù)表4可以看出：

（1）影響保溫砂漿抗壓強度因素的主次順序為C＞D＞B＞A，即秸稈摻量＞減水劑摻量＞?；⒅閾搅浚痉勖夯覔搅俊＝斩挀搅亢蜏p水劑摻量是影響砂漿抗壓強度的2個主要因素，玻化微珠摻量和粉煤灰摻量對砂漿抗壓強度影響較小。

（2）影響保溫砂漿干密度因素的主次順序為C＞D＞A＞B，即秸稈摻量＞減水劑摻量＞粉煤灰摻量＞?；⒅閾搅?。4個因素中秸稈摻量是影響保溫砂漿干密度的主要因素，減水劑摻量對砂漿干密度影響較大，其次為粉煤灰摻量，對砂漿干密度影響最小的因素是?；⒅閾搅?。

（3）影響保溫砂漿導(dǎo)熱系數(shù)因素的主次順序為C＞A=B＞D，即秸稈摻量＞粉煤灰摻量=?；⒅閾搅浚緶p水劑摻量。秸稈摻量是影響砂漿導(dǎo)熱系數(shù)的主要因素，影響程度比其余3個因素大很多；其余3個因素對砂漿導(dǎo)熱系數(shù)影響都較小。

（4）影響砂漿軟化系數(shù)因素的主次順序為C＞D＞B＞A，即秸稈摻量＞減水劑摻量＞?；⒅閾搅浚痉勖夯覔搅?。秸稈摻量和減水劑摻量是影響砂漿軟化系數(shù)的2個主要因素，?；⒅閾搅亢头勖夯覔搅繉ι皾{軟化系數(shù)的影響比較小，且二者相差無幾。

4　小麥秸稈-鎂水泥復(fù)合保溫砂漿性能機理分析

對于配制保溫砂漿主要有兩方面相互矛盾[7]：（1）輕質(zhì)量與高強度的矛盾；（2）低導(dǎo)熱與高防水的矛盾。本文通過正交試驗，研究分析了各因素對砂漿抗壓強度、干密度、導(dǎo)熱系數(shù)、軟化系數(shù)的影響，有助于制備性能優(yōu)良的保溫砂漿和提高農(nóng)作物廢棄秸稈的利用率。

4.1復(fù)合保溫砂漿抗壓強度與干密度分析

由表4極差分析可知，影響砂漿抗壓強度的因素主要有2個——秸稈和減水劑：（1）當(dāng)秸稈摻量由10%增加到20%，砂漿抗壓強度均值由1.17 MPa降低到0.66 MPa，砂漿強度降低了43.6%，即隨著秸稈摻量的增加，砂漿的抗壓強度降低很快。因為秸稈是一種強度低且吸水率很高的材料，秸稈的摻加使砂漿的用水量增大，影響了鎂水泥水化物的形成[8]，最終導(dǎo)致砂漿抗壓強度的降低。（2）減水劑摻量由0.4%增加到1.2%時，砂漿抗壓強度均值由0.80 MPa提高到1.18 MPa，提高幅度47.5%，即增加減水劑摻量能有效提高砂漿的抗壓強度。因為增加減水劑會減少砂漿的用水量，有利于鎂水泥水化物的形成，且能增加砂漿密實度，提高砂漿的抗壓強度。

對于砂漿的干密度，由表4可知，秸稈摻量由10%增加到20%時，砂漿的干密度均值最高由614 kg/m3減小到537 kg/m3，減小了12.5%。因為秸稈本身就是一種輕質(zhì)、多孔的材料，摻加一定量的秸稈會降低砂漿的干密度，除此之外，隨著秸稈摻加砂漿用水量也增加，影響了鎂水泥水化物的形成，進一步降低了砂漿的干密度。減水劑摻量由0.4%增加到1.2%時，砂漿干密度增大了7.6%，而粉煤灰摻量由40%增加到60%，砂漿干密度減小了6.2%。因為摻加減水劑可以減少砂漿用水量，不僅有利于鎂水泥水化物的形成，還增加了砂漿的密實度，導(dǎo)致了砂漿干密度增大，而摻加粉煤灰能減少砂漿中非閉合孔的數(shù)量，減少砂漿的用水量，提高砂漿的干密度。

從材料抗壓強度和干密度分析可知，隨著秸稈和減水劑摻量的變化，砂漿干密度的相對變化率（分別為12.5%和7.6%）比抗壓強度的相對變化率（分別為43.6%和47.5%）小很多，從對砂漿抗壓強度影響來考慮，秸稈摻量宜選10%，減水劑摻量宜選1.2%；粉煤灰摻量越大砂漿干密度越小，同時從環(huán)保和價格角度考慮，粉煤灰摻量宜選60%。

4.2復(fù)合保溫砂漿導(dǎo)熱系數(shù)和軟化系數(shù)分析

由表4可知，影響砂漿導(dǎo)熱系數(shù)的最主要因素是秸稈摻量。秸稈摻量由10%增加到20%，砂漿導(dǎo)熱系數(shù)降低11.0%。因為秸稈本身就是一種輕質(zhì)、多孔、保溫隔熱效果優(yōu)良的材料，摻加秸稈能有效地降低砂漿的導(dǎo)熱系數(shù)，且砂漿中摻加粉煤灰能進一步減少秸稈中非閉合孔的數(shù)量，提高砂漿的保溫隔熱性能；另外，摻加的小麥秸稈能夠均勻地分散在保溫砂漿中，形成無數(shù)秸稈質(zhì)孔，與大孔洞的保溫砂漿比，能夠更有效地阻斷空隙通道，減小氣體分子的熱對流[9]，降低保溫砂漿的導(dǎo)熱系數(shù)。

對于砂漿的軟化系數(shù)，由表4可知，秸稈摻量由10%增加到20%，砂漿軟化系數(shù)降低了32.8%；減水劑摻量由0.4%增加到1.2%，砂漿軟化系數(shù)增加了32.6%。因為秸稈是一種多孔且吸水率很高的材料，秸稈中存在著許多非閉合孔洞，這些非閉合孔的存在直接影響了砂漿的耐水性，導(dǎo)致砂漿軟化系數(shù)降低；而摻加減水劑可以減少砂漿用水量，增加砂漿密實度，減少砂漿中孔洞的數(shù)量，有利于提高砂漿的耐水性，提高砂漿的軟化系數(shù)。

從材料導(dǎo)熱系數(shù)和軟化系數(shù)分析可知，秸稈和減水劑摻量對軟化系數(shù)影響較大，從提高砂漿軟化系數(shù)影響來考慮，秸稈摻量宜選10%，減水劑摻量宜選1.2%；粉煤灰和玻化微珠對砂漿軟化系數(shù)影響不大，從環(huán)保和價格角度考慮，粉煤灰摻量宜選60%，玻化微珠摻量宜選80%。

綜合考慮資源再利用和低密度、低導(dǎo)熱、高強度和耐水性的要求，選擇的基礎(chǔ)配合比為：A3B1C1D3。

5　結(jié)論

（1）秸稈摻量是影響保溫砂漿抗壓強度、干密度、導(dǎo)熱系數(shù)、軟化系數(shù)的主要因素。摻加秸稈降低砂漿導(dǎo)熱系數(shù)的同時也降低了砂漿的抗壓強度和耐水性。

（2）減水劑摻量是影響保溫砂漿抗壓強度、干密度、軟化系數(shù)的次要因素，增大減水劑摻量可減少砂漿用水量，提高砂漿性能。

（3）考慮到資源再利用和低密度、低導(dǎo)熱、高強度和耐水性的要求，選擇的基礎(chǔ)配合比為：A3B1C1D3。

（4）后期優(yōu)化試驗可以通過減少?；⒅閾搅俊⒃黾訙p水劑用量來提高砂漿性能和秸稈摻量。

[1]胡驗君，蘇振國，楊金龍.建筑外墻外保溫材料的研究與應(yīng)用[J].材料導(dǎo)報，2012（2）：290-294.

[2]王海軍，姚勇，陳代果，等.泡沫混凝土自保溫墻體傳熱性能試驗研究[J].施工技術(shù)，2015（4）：111-115.

[3]顧天舒，謝連玉，陳革.建筑節(jié)能與墻體保溫[J].工程力學(xué)，2006（S2）：167-184.

[4]張琳，劉福勝，林聰，等.?；⒅?小麥秸稈雙摻保溫砂漿試驗研究[J].新型建筑材料，2013（7）：29-31.

[5]嚴(yán)育通，景燕，馬軍.氯氧鎂水泥的研究進展[J].鹽湖研究，2008（1）：60-66.

[6]Li Chengdong，Yu Hongfa.Influence of fly ash and silica fume on water-resistant property of magnesium oxychloride cement[J]. Journal of Wuhan University of Technology（Materials Science Edition），2010（4）：721-724.

[7]李青.建筑干粉保溫砂漿制備及性能研究[D].長沙：湖南大學(xué)，2008.

[8]ZHANG C M，DENG D H.Research on the water-resistance of magnesium oxychloride cement I：the stability of the reaction products of magnesium oxychloride cement in water[J].Journal of Wuhan University of Technology（Materials Science Edition），1994（3）：51-59.

[9]張琳，劉福勝，任淑霞，等.玻化微珠-小麥秸稈復(fù)合保溫砂漿配合比的正交試驗研究[J].混凝土，2013（10）：139-141.

Orthogonal test research of wheat straw-MOC composite insulation mortar

FENG Lingzhu，LIU Fusheng，YUE Qiang，WEN Fusheng，WU Yixin
（College of Water Conservancy and Civil Engineering，Shandong Agricultural University，Tai'an 271000，China）

Aim at the bad binding of ordinary cement and wheat straw，using magnesium oxychloride cement（MOC）as binding material，glazed hollow bead as lightweight aggregate，coal ash as admixture and adding wheat straw，water reducing agent and other admixtureprepared the insulation mortar.By orthogonal experiment，studying the influence of glazed hollow bead，wheat straw，coal ash and water reducing agent on the compressive strength，dry density，coefficient of heat conductivity and softening coefficient of MOC insulation mortar.The results show that the wheat straw is the key factor of influencing the compressive strength，dry density，coefficient of heat conductivity and softening coefficient of MOC insulation mortar，water reducing agent is the secondary factor，it can reduce the dosage of glazed hollow bead and increase the dosage of water reducing agent for increasing the content of straw and the performance of MOC insulation mortar.Adding straw in mortar can increase the insulation performance，expand the application approach and benefit environmental protection.

insulation mortar，orthogonal test，wheat straw，magnesium cement

TU55+1；TQ177.6+4

A

1001-702X（2016）10-0069-04

國家科技支撐計劃項目（2015BAB07B05）；山東省農(nóng)業(yè)重大應(yīng)用技術(shù)創(chuàng)新項目（SDNYCX1531963）

2016-03-21；

2016-06-09

封凌竹，女，1990年生，山東濰坊人，碩士研究生，研究方向為工程結(jié)構(gòu)鑒定與加固改造。