□□ 詹翔宇，杨敬林，高廉镇，寇 渊，苏 盛，阳 辉，李 铮，高睿泽

(湖南农业大学 水利与土木工程学院，湖南 长沙 410128)

引言

大米是我国南方的主要粮食之一，伴随大米产生的农副作物稻草秸秆作为重要的物质资源逐渐受到人们的重视。据统计，每年我国的稻草秸秆产量达1.20×108t。目前这些稻草秸秆或作为废弃物焚烧或沤制发酵制肥，这不仅造成了自然资源的浪费，也严重地污染了环境。另一方面，传统的建筑材料碎石和砂等持续大量开采，极大地破坏了自然生态，造成大量的资源浪费和环境污染。有数据表明，2010年中国的水泥及水泥基材料的资源消耗量已达到1.54×1010t[1]，每生产1 t水泥(P·I 52.5、P·O 42.5和P·S 32.5)大约排放295.4～445.6 kg的CO2[2]，加剧了温室效应。利用农业废弃物作为发展新型墙体材料的新途径，不仅可以充分利用大量待利用的天然植物纤维，而且还可以减少稻草秸秆带来的环境污染。目前，秸秆在墙体材料中的应用已经取得了一定的进展，通过机械压力简单压制的秸秆砌块为构造或者为非构造墙体而建造的房屋起源于20世纪初的美国内布拉斯加州，至今已被许多国家推广应用，其具有保温隔热、造价低廉、生态环保、隔声、抗震性能好、室内环境舒适等优点，其中保温隔热的性能最为突出。

李碧雄等[3]对麦秸秆纤维混凝土实心砖的抗压、抗折强度和导热系数、干缩性能进行了试验研究。研究表明，由于秸秆纤维的掺入，秸秆纤维混凝土实心砖的大面抗压强度较普通的混凝土实心砖低，但能满足MU20的强度要求，可作为承重材料应用于中低层建筑的承重墙中；随着秸秆纤维掺量的增加，导热系数继续降低，保温隔热性能不断增强。李超飞等[4]通过对同一混凝土配合比不同掺量、不同形状稻草纤维混凝土的物理力学性能进行试验，结果表明，加入稻草纤维后混凝土的抗压强度、劈裂抗拉强度、抗折强度有所下降，但是其抗冲击性能有所提高。刘丹等[5]研究了稻草秸秆水泥基砌块材料墙板的延性性能，认为该砌块可在一定程度上提高结构的抗震能力。王佳慧等[6]分析发现，在单轴受压试验中相同应变下的棉花秸秆水泥基砌块较普通混凝土的残余强度高，抗震性能好。

综上可见，秸秆纤维与水泥的复合是可行的，二者复合生产的新型墙体材料的保温隔热、抗拉强度、抗震性等性能均较好。本文以稻草秸秆纤维代替部分水泥和全部骨料生产稻草秸秆纤维水泥基实心砖，研究水泥和秸秆的配合比，并将其与普通混凝土实心砖对比，测试二者的大面抗压、抗折、保温隔热等性能，以期为秸秆纤维的应用推广提高借鉴。

1 原材料及试验方法

1.1 原材料及处理

稻草秸秆纤维的预处理：试验选用秸秆纤维为干稻草，通过铡草机对干稻草进行切割，将稻草切割成20 mm左右的小段，再将其在自来水中浸泡48 h，然后过滤得到预处理过的稻草秸秆纤维，如图1所示。经多次试验计算得出，稻草经浸泡过后不出现滴水状态时，其质量增大为原来的5.62倍，即含水率为462%。

图1 浸泡了48 h的稻草秸秆纤维

水泥：印山台牌P·C 32.5R水泥。

GCB：按C30配合比设计生产，粗骨料为碎石，粒径为16～38 mm，细骨料为河砂。

1.2 RSFCB的配合比设计

经测试，水泥堆积密度为1 286 kg/m3；稻草秸秆密度为0.6 kg/m3。稻草秸秆和水泥的配合比通过试验调配得出，所用稻草秸秆纤维为水泥质量20%的经预处理后的湿稻草秸秆。

1.3 试件制备及试验方法

用于强度测试的试件每组按照配合比制作10个试件，RSFCB和GCB两种砖共20个试件，尺寸均为255 mm×125 mm×70 mm。其中GCB-1～ GCB-5和RSFCB-1～RSFCB-5用于对比两种砖的抗压试验，另外两组即GCB-6～GCB-10、RSFCB-6～ RSFCB-10进行抗折性能试验。

隔热保温性能试验的试件尺寸为300 mm×300 mm×40 mm，每种实心砖制作3个试件，共6个隔热保温性能测试试件。

试件静置24 h后拆模，在标准养护条件下养护28 d后进行试验。

1.4 物理性能计算

采用精确度为0.1 g的电子天平称出两组实心砖的质量，计算两种实心砖的表观密度。

1.5 力学性能试验

根据GB/T 21144—2007《混凝土实心砖》，试件尺寸要满足高度≥40 mm、<90 mm的要求，采用叠块试件。试件叠块是将两块试件用找平材料水泥净浆进行重叠粘结，叠块时，在砖的大面上均匀涂抹水泥净浆，涂抹厚度≯3 mm，两块试样边缘对齐重叠，然后用水平仪和直角靠尺进行调整，保持试件的壁面至少有两个相邻侧面是平整的，以上操作完成后需要养护1 d，然后对上下承压面找平，用水准尺确保这两个承压面相互平行，再养护2 d，使用万能材料自动试验机以0.1 MPa/s的加载速度进行试件的抗压试验加载，以0.2 MPa/s的速度进行试件的抗折试验加载。

1.6 保温隔热性能试验

按照GB/T 10295—2008《绝热材料稳态热阻及有关特性的测定 热流计法》，采用JTRG-Ⅲ导热系数测试仪进行试件热阻试验，测养护28 d的试件导热系数。

2 试验结果与分析

2.1 实心砖的密度

表1为两组砖的质量和密度的测试数据，GCB的密度为2 351.73 kg/m3，而RSFCB密度仅为1 171.90 kg/m3，RSFCB密度为GCB密度的49.83%，故RSFCB在密度方面较部分其他砖砌建材有优势，有着轻质的优点，如用作墙材用于建筑结构，将会大大减小建筑物本身的自重。

表1 实心砖质量及密度

2.2 实心砖的大面抗压强度

两种实心砖的大面抗压破坏形态如图2和图3所示。可以看出，GCB侧面出现大量竖向和斜向的裂缝，侧面上分离的水泥块体大量滑落。RSFCB的抗压试验中表现为侧面渐渐鼓起，裂缝较GCB的少，分离的混凝土块体因为稻草秸秆纤维的拉结力没有掉落，试验结束试件仍具有较好的整体性，这表明加入稻草纤维能有效控制裂缝的发展，改善块体内部抗压强度的不足。

图2 GCB的大面抗压破坏形态

图3 RSFCB的大面抗压破坏形态

表2为实心砖大面抗压强度的测试值，RSFCB抗压强度平均值低于GCB，这是因为RSFCB中含有较多的稻草，造成水泥和稻草秸秆纤维之间、稻草秸秆纤维之间存在空隙，另外稻草秸秆纤维是天然的植物纤维，表面附有一层光滑蜡质层，阻止了秸秆纤维与水泥更好的粘结，从而降低了RSFCB的强度。RSFCB的大面平均抗压强度为10.4 MPa，离散性小，根据GB/T 21144—2007《混凝土实心砖》的要求，可以认为RSFCB符合非承重墙墙砖的要求，能够作为非承重材料用于建筑物的非承重墙中。GCB的抗压强度平均值为30.3 MPa，单块抗压强度均>26 MPa，故GCB的强度等级确定为MU30。

表2 实心砖大面抗压强度

2.3 实心砖的大面抗折

RSFCB的折断面起伏不平，破坏面极少数一两根秸秆被拔出，绝大部分是被拉断，说明稻草秸秆纤维与水泥石的粘结良好。GCB的断面多为碎石粗骨料的断面或者拉脱界面，其余部分为砂浆断面。表3为实心砖的抗折强度测试值，结果显示RSFCB的抗折强度平均值为3.1 MPa，GCB的抗折强度平均值为4.2 MPa，相比两者的抗压强度差异，其抗折强度差异不大，这是由于稻草秸秆纤维本身具有很强的抗拉强度，且与水泥石的粘结效果较好，在未出现裂缝和出现裂缝后的整个抗折过程中稻草秸秆纤维发挥了抗拉作用，抵抗RSFCB的折断。

表3 实心砖抗折强度

2.4 保温隔热性能测试

表4为两组实心砖的导热系数测试值，可以看出RSFCB的导热系数平均值为0.73 W/(m·K)，GCB的导热系数平均值为1.67 W/(m·K)，RSFCB的导热系数较GCB小，这主要是由于RSFCB中的稻草秸秆纤维导热性能比混凝土弱，其次RSFCB中的秸秆纤维还带入了少许空气，而空气的导热系数(0 ℃的空气导热系数为0.24 W/(m·K))极低，因此，RSFCB有着良好的隔热保温性能。

表4 实心砖的导热系数

3 结论

本文研制的RSFCB具有一定的抗压强度和抗折强度，且具备轻质、保温隔热等性能，将其作为非承重墙用于建筑结构，不仅能提高农作废弃物稻草秸秆的利用附加值，还能减少因为各种建材资源开采和加工制作所带来的环境问题和能源消耗的不利影响。