邱泰瑞 毛小軒 王云龍 孫 毅

(東北林業(yè)大學(xué)土木工程學(xué)院,黑龍江 哈爾濱 150040)

0 引言

由于森林資源的日益枯竭，各國不斷探索廢舊木材回收利用技術(shù)。日本將木質(zhì)碎料作為一種新型的道路鋪裝材料，由于其經(jīng)濟(jì)環(huán)保、輕質(zhì)節(jié)能的優(yōu)點(diǎn)在人行道、公園和廣場等場所得到了廣泛應(yīng)用。國內(nèi)學(xué)者曹冰冰對水泥基木質(zhì)碎料道路鋪裝材料進(jìn)行了力學(xué)性能進(jìn)行測試和分析[1]。高昱在研究中提出木質(zhì)纖維在干混砂漿中具有提高砂漿的初期抗開裂性、降低砂漿的失水率及干縮率的功能[2]。法國學(xué)者Pascale Coatanl提出用水玻璃溶液浸泡木質(zhì)碎料可以解決木質(zhì)碎料與水泥的粘聚性不好的問題[3]。

國內(nèi)學(xué)者馮德成等從緩解城市熱島效應(yīng)的角度提出保水式和熱阻式路面材料[4]，黃衛(wèi)東等從發(fā)展海綿城市的概念中提出自冷式混凝土路面[5]，而木質(zhì)纖維具備這些研究所要求的良好的保水性和阻熱性。同時(shí)，木質(zhì)碎料質(zhì)輕柔軟，彈性較大，道路鋪裝材料中摻入木質(zhì)碎料能夠在行走時(shí)提供較好的舒適性。因此，將廢舊木質(zhì)碎料作為節(jié)能環(huán)保的新型道路鋪裝材料具有進(jìn)一步發(fā)展和研究的價(jià)值。

我們結(jié)合國內(nèi)外現(xiàn)有的摻入木制碎料的新型鋪裝材料的研究分析，采用水玻璃溶液浸泡木質(zhì)碎料至飽和的方法，并在實(shí)驗(yàn)試件中摻入減水劑，通過對不同配合比的水泥基木質(zhì)碎料試件不同養(yǎng)護(hù)齡期的力學(xué)性能進(jìn)行試驗(yàn)和分析，從而進(jìn)一步了解此類新型道路鋪裝材料的特性。

1 試驗(yàn)方案

1.1 試驗(yàn)材料

實(shí)驗(yàn)所用水泥為天鵝牌P.O42.5普通硅酸鹽水泥，砂采用粒徑范圍在0.075 mm～0.6 mm之間的普通河砂，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室篩分析法測定細(xì)度模數(shù)為2.84，屬中砂(細(xì)度模數(shù)3.0～2.3)。水玻璃采用市售密度40°Be的水玻璃溶液，減水劑采用聚羧酸系減水劑。廢棄木質(zhì)碎料取自哈爾濱市天安木材廠，平均長約1 cm，寬0.5 cm，呈柔軟長條狀，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室在60 ℃恒溫下烘干24 h至恒重，測定木制碎料的含水率為55.2%，見圖1。

1.2 試驗(yàn)方法

本實(shí)驗(yàn)選取兩組變量，通過參考現(xiàn)有相關(guān)文獻(xiàn)，保持水灰比為1.36不變，改變灰集比和木砂比，對7 d,14 d,28 d齡期的試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)。

1.3 試件制備

制備試驗(yàn)試件要考慮木質(zhì)碎料的高含水率，取用水玻璃溶液加水稀釋至100 g/L，并放入廢棄木料浸泡24 h，去除雜質(zhì)瀝干備用(水玻璃溶液被水稀釋后濃度不大可近似為水的質(zhì)量)。砂經(jīng)實(shí)驗(yàn)室在105 ℃恒溫下烘干24 h至恒重備用。通過前期預(yù)實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)當(dāng)控制灰集比在0.35～0.45之間、木砂比大于1/8時(shí)，所有試件均無法成形，同時(shí)未經(jīng)水玻璃溶液浸泡的木質(zhì)碎料制成的試件也均未成形。減小木砂比，選擇木砂比1/11，1/12，1/13，1/14，1/16，1/18，灰集比0.35，0.40，0.45，參照實(shí)驗(yàn)規(guī)范，選用70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm的帶底塑料試模，將混合料放入水泥砂漿攪拌機(jī)內(nèi)進(jìn)行充分?jǐn)嚢韬蟮谷霕?biāo)準(zhǔn)試模中，通過振搗臺充分振搗，放置24 h后凝結(jié)脫模，放入養(yǎng)護(hù)室分別進(jìn)行7 d,14 d,28 d的養(yǎng)護(hù)(養(yǎng)護(hù)溫度20 ℃±1 ℃，相對濕度大于90%)。

2 試驗(yàn)結(jié)果分析

試驗(yàn)選取相同配合比制備較優(yōu)組試件，分別對其養(yǎng)護(hù)至7 d,14 d與28 d后進(jìn)行抗壓強(qiáng)度測試(試件抗壓強(qiáng)度值見表1)，繪制養(yǎng)護(hù)齡期對抗壓強(qiáng)度的影響曲線如圖2，圖3所示。

2.1 不同木砂比時(shí)養(yǎng)護(hù)齡期對抗壓強(qiáng)度的影響

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，在灰集比一定、木砂比不同時(shí)，所有配合比的試件抗壓強(qiáng)度普遍呈現(xiàn)隨養(yǎng)護(hù)齡期增加而上升的趨勢，且14 d與28 d時(shí)抗壓強(qiáng)度數(shù)值相近，并大于養(yǎng)護(hù)齡期為7 d時(shí)的抗壓強(qiáng)度，從圖3中可以清晰看出絕大部分配合比的試件在14 d內(nèi)抗壓強(qiáng)度增長速度很快，但同時(shí)發(fā)現(xiàn)部分配合比的試件在28 d時(shí)甚至在14 d時(shí)抗壓強(qiáng)度略有下降，這種現(xiàn)象在灰集比為0.35時(shí)尤為明顯。

考慮試件早強(qiáng)性主要與水玻璃溶液提前浸泡木質(zhì)碎料有關(guān)，水玻璃與水泥接觸會發(fā)生化學(xué)反應(yīng)，具有粘結(jié)、速凝和早強(qiáng)的作用，此外木質(zhì)素同樣具有早強(qiáng)效應(yīng)，因此在14 d左右，大部分試件的抗壓強(qiáng)度會達(dá)到或接近28 d時(shí)試件的強(qiáng)度。此外，木質(zhì)碎料的摻入會導(dǎo)致試件孔隙率增加，長時(shí)間在潮濕環(huán)境中養(yǎng)護(hù)致使試件孔隙中充滿水分，最終可能會使部分試件出現(xiàn)養(yǎng)護(hù)齡期增加而抗壓強(qiáng)度略有降低的現(xiàn)象。

表1 各控制因素下不同齡期的試件抗壓強(qiáng)度

2.2 不同灰集比時(shí)養(yǎng)護(hù)齡期對抗壓強(qiáng)度的影響

根據(jù)試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析發(fā)現(xiàn)，灰集比為0.35和0.45時(shí)，試件強(qiáng)度普遍隨養(yǎng)護(hù)齡期增長呈現(xiàn)先上升后下降的趨勢且灰集比為0.45時(shí)普遍低于其他灰集比時(shí)的強(qiáng)度；灰集比為0.40時(shí)，試件強(qiáng)度普遍隨養(yǎng)護(hù)齡期增長而上升或趨于穩(wěn)定且普遍高于其他灰集比時(shí)的強(qiáng)度。由此可發(fā)現(xiàn)，灰集比過高或過低都會使試件強(qiáng)度出現(xiàn)隨養(yǎng)護(hù)齡期增長而下降的現(xiàn)象。

當(dāng)灰集比較小時(shí)，木質(zhì)碎料相對較多接觸面積增大，水泥漿無法完全包裹集料同時(shí)產(chǎn)生較多空隙，在后期養(yǎng)護(hù)時(shí)強(qiáng)度會有所下降；灰集比過大時(shí)，水泥含量相對較多考慮木質(zhì)碎料具有強(qiáng)吸水性導(dǎo)致部分水泥無法充分水化，水泥凝結(jié)作用不佳進(jìn)而導(dǎo)致試件抗壓強(qiáng)度在達(dá)到峰值后下降。

3 結(jié)語

1)在灰集比一定、木砂比不同時(shí)，所有配合比的試件抗壓強(qiáng)度普遍呈現(xiàn)隨養(yǎng)護(hù)齡期增加而上升的趨勢且14 d強(qiáng)度接近28 d強(qiáng)度，考慮水玻璃及木質(zhì)素作為早強(qiáng)劑促進(jìn)了試件在早期強(qiáng)度的發(fā)展。2)灰集比過高或過低都會使試件強(qiáng)度出現(xiàn)隨養(yǎng)護(hù)齡期增長而下降的現(xiàn)象，考慮木質(zhì)碎料的比例起到了決定性因素。3)水泥基木質(zhì)碎料作為一種剛剛起步的新型節(jié)能環(huán)保型道路鋪裝材料，本文僅就抗壓強(qiáng)度這一力學(xué)性質(zhì)進(jìn)行試驗(yàn)分析，其耐久性、舒適性、施工和易性以及適應(yīng)未來發(fā)展海綿城市概念的熱阻性及蓄水性等問題都有待于進(jìn)一步的試驗(yàn)研究。