王 紅，朱 丹，婁小利，吳福飛，郭 爽

(貴州師范大學(xué) 材料與建筑工程學(xué)院，貴州 貴陽 550025)

0 前 言

生態(tài)節(jié)能建筑是當(dāng)今社會(huì)一個(gè)非常熱的話題，隨著經(jīng)濟(jì)的快速發(fā)展，人們從追求數(shù)量到追求質(zhì)量，從追求舒適到追求環(huán)保。這就意味著不管什么行業(yè)都在朝著生態(tài)節(jié)能的方向發(fā)展，當(dāng)然混凝土這個(gè)耗能較大的行業(yè)也不例外。于是各種各樣新型綠色環(huán)保的材料大規(guī)模運(yùn)用在建筑行業(yè)上。邢珊珊等[1]發(fā)現(xiàn)在水泥砂漿中添加低溫稻殼灰，試件的吸水率、保水率、稠度增大，而抗壓強(qiáng)度減小。Banjo Ayobami Akinyemi等[2]發(fā)現(xiàn)利用植物產(chǎn)生的農(nóng)業(yè)廢物作為纖維增強(qiáng)劑在水泥中應(yīng)用可以獲得較好性能。

雖然我國(guó)自然資源非常豐富，但多數(shù)屬于不可再生的資源，在這樣的發(fā)展背景之下，能源的需求量與時(shí)代發(fā)展的步伐就會(huì)出現(xiàn)不匹配的情況[3]。隨著社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷發(fā)展和城鎮(zhèn)化的不斷加快，城鎮(zhèn)產(chǎn)生的生活垃圾數(shù)量逐年增加，已經(jīng)成為影響人體健康和環(huán)境安全的重要因素，也是城市亟需解決的關(guān)鍵問題之一。對(duì)于生活垃圾的無害化和減量化等的處理手段主要是焚燒，這在一定程度會(huì)造成空氣污染。為了有效使用這些生活垃圾，使其成為一種資源，本研究針對(duì)生活垃圾中的紅色胡蘿卜，將其通過榨汁機(jī)制備成汁來進(jìn)行試驗(yàn)。探索紅色胡蘿卜汁替代水對(duì)水泥基材料抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度、孔隙率和吸水率等指標(biāo)的影響規(guī)律，并探索孔隙率與其他3個(gè)指標(biāo)之間的相互關(guān)系，分析紅色胡蘿卜汁替代水制備水泥基材料的可能性，達(dá)到在水泥基材料中使用生活垃圾的目的，為后期生態(tài)水泥基材料的制備提供試驗(yàn)參考。

1 材料與方法

1.1 原材料

水泥采用貴州P·O42.5級(jí)的普通硅酸鹽水泥，胡蘿卜汁采用廢棄紅胡蘿卜通過榨汁機(jī)榨出胡蘿卜汁后，過80 μm篩網(wǎng)濾汁后裝瓶備用。砂粒徑為0.16～4.75 mm的河砂，減水劑則采用高效聚羧酸減水劑，水則采用實(shí)驗(yàn)室的自來水。

1.2 試驗(yàn)方法

經(jīng)過多次試配，對(duì)照組配合比如表1所示。試驗(yàn)參考《水工混凝土試驗(yàn)規(guī)程》(SL 352—2019)的相關(guān)方法成型，試件成型24h后拆模，并對(duì)試件進(jìn)行編號(hào)，在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室(溫度為(20±2)℃，相對(duì)濕度≥95%)進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，養(yǎng)護(hù)到相應(yīng)的齡期后參照《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(GB/T 50081—2016)等標(biāo)準(zhǔn)測(cè)試其抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度和不同時(shí)間的吸水量，并參考文獻(xiàn)[4]計(jì)算出砂漿的吸水率和孔隙率。

表1 對(duì)照組配合比

2 結(jié)果與分析

2.1 抗折強(qiáng)度

本研究采用紅胡蘿卜汁替代一定量的水，試驗(yàn)結(jié)果如圖1所示。由圖1(a)可以看出，紅胡蘿卜汁在摻量1%～20%時(shí)水泥基材料的抗折強(qiáng)度高于空白組抗折強(qiáng)度，在齡期為7 d時(shí)分別高于空白組20.82%、32%、17.46%、8.03%，在齡期為28 d時(shí)分別高于空白組26.36%、28.00%、15.89%、14.57%。摻量為30%和50%時(shí)水泥基材料的抗折強(qiáng)度明顯低于空白組的抗折強(qiáng)度，28 d時(shí)較空白組分別降低了23.55%、64.87%。水膠比為0.30時(shí)紅胡蘿卜汁替代水制備的水泥基材料抗折強(qiáng)度影響規(guī)律與水膠比為0.45時(shí)的影響規(guī)律一致，即當(dāng)摻量為5%時(shí)水泥基材料的抗折強(qiáng)度達(dá)到最高。齡期為7 d時(shí)抗折強(qiáng)度較同齡期空白組增加了18%，28 d時(shí)增加了11%。

(a)水膠比為0.45

(b)水膠比為0.30圖1 砂漿的抗折強(qiáng)度

2.2 抗壓強(qiáng)度

紅胡蘿卜汁替代率對(duì)砂漿抗壓強(qiáng)度的影響規(guī)律如圖2所示。當(dāng)水膠比為0.45時(shí)，無論是7 d還是28 d，紅胡蘿卜汁的摻量≤20%時(shí),水泥基材料的抗壓強(qiáng)度都高于空白組的抗壓強(qiáng)度。當(dāng)摻量為30%和50%時(shí),水泥基材料的抗壓強(qiáng)度低于空白組的抗壓強(qiáng)度。且當(dāng)摻量為5%時(shí)抗壓強(qiáng)度最高，7 d和28 d分別達(dá)到了46.83、57.03 MPa，較空白組強(qiáng)度分別提高了12.31、14.4 MPa。當(dāng)水膠比為0.3時(shí)，紅胡蘿卜汁替代水制備的水泥基材料抗壓強(qiáng)度影響規(guī)律與水膠比為0.45時(shí)的影響規(guī)律一致，都隨摻量的增加呈現(xiàn)出先增加后減少的趨勢(shì)，且在替代率為5%時(shí)水泥基材料的抗壓強(qiáng)度最高，與空白組相比7 d時(shí)增長(zhǎng)了10%，28 d時(shí)增長(zhǎng)了15%。當(dāng)紅胡蘿卜汁的摻量為1%、5%、10%時(shí)水泥基材料的抗壓強(qiáng)度高于空白組的抗壓強(qiáng)度，28 d時(shí)較空白組分別增加了9.23 MPa。當(dāng)摻量為20%、30%、50%時(shí)水泥基材料的抗壓強(qiáng)度低于空白組的抗壓強(qiáng)度。

(a)水膠比為0.45

(b)水膠比為0.30圖2 砂漿的抗壓強(qiáng)度

2.3 吸水率

紅胡蘿卜汁對(duì)水泥基材料的吸水率的影響規(guī)律如圖3所示。紅胡蘿卜汁替代水制備的水泥基材料的吸水率都隨齡期的增加而減小，隨著摻量的增加呈先減小后增加的趨勢(shì)。且當(dāng)紅胡蘿卜汁的摻量為5%時(shí)水泥基材料的吸水率達(dá)到最低，7 d 時(shí)的吸水率減小了2.32%，28 d時(shí)的吸水率減小了3.65%。并且根據(jù)兩條折線的距離可以看出，摻入紅胡蘿卜汁的水泥基材料7 d到28 d的吸水率變化相對(duì)較小，尤其在28 d較為突出。當(dāng)水膠比為0.3時(shí)，紅胡蘿卜汁替代水制備水泥基材料吸水率與水膠比為0.45的水泥基材料吸水率的影響規(guī)律基本一致，隨著摻量的增加呈先減小后增加的趨勢(shì)。

(a)水膠比為0.45

(b)水膠比為0.30圖3 砂漿的吸水率

2.4 孔隙率

紅胡蘿卜汁對(duì)水泥基材料孔隙率的影響規(guī)律如圖4所示，當(dāng)水膠比為0.45時(shí)，水泥基材料的孔隙率隨著紅胡蘿卜汁摻量增加呈先減小后增加的趨勢(shì)，且紅胡蘿卜汁在摻量為5%時(shí)孔隙率最低，7 d時(shí)與空白組相比減小了4.72%，28 d時(shí)與空白組相比減小了7.15%，并且28 d的孔隙率均小于7 d的孔隙率。當(dāng)水泥基材料的水膠比為0.3時(shí)，紅胡蘿卜汁替代水制備水泥基材料孔隙率的影響規(guī)律與水膠比為0.45時(shí)水泥基材料的影響規(guī)律基本一致，均是摻量為5%時(shí)孔隙率最低，在7 d時(shí)較空白組減小了6.52%，28 d時(shí)較空白組減小了7.15%。

(a)水膠比為0.45

(b)水膠比為0.30圖4 砂漿的孔隙率

3 結(jié) 論

水泥基材料的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度隨摻量增加均呈現(xiàn)出先增大后降低的趨勢(shì)。水泥基材料的抗折強(qiáng)度在替代率為1%～20%時(shí)和抗壓強(qiáng)度在1%～15%時(shí)高于空白組。

紅胡蘿卜汁替代水制備的水泥基材料的吸水率和孔隙率隨養(yǎng)護(hù)齡期的延長(zhǎng)而減小，隨摻量的不斷增加呈先減小后增加的趨勢(shì)。在替代率為5%時(shí)，水泥基材料的吸水率和孔隙率最小。

綜合研究發(fā)現(xiàn)，采用1%～15%紅胡蘿卜汁替代拌和用水制備水泥基材料是可行的，能在一定程度上改善水泥基材料的力學(xué)性能、孔隙率和吸水率等指標(biāo)。

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