建筑学毕业论文秸秆掺量对水泥基空心砌块力学性能的影响

1、毕业论文 毕 业 论 文 题 目 秸秆掺量对水泥基空心砌块力学性能的影响 目 录 第一章第一章 概述概述1 1.1 研究背景1 1.2 研究目的及意义1 1.3 国内外秸秆建筑材料研究利用现状2 1.3.1 国外秸秆建筑材料研究利用现状2 1.3.2 国内秸秆建筑材料研究利用现状4 1.4 国内外秸秆墙体材料发展趋势5 1.4.1 国外秸秆墙体材料发展趋势5 1.4.2 国内秸秆墙体材料发展趋势5 1.5 存在问题7 1.6 研究内容8 第二章第二章 原材料及试验方法原材料及试验方法9 2.1 原材料9 2.1.1 稻秆9 2.1.2 水泥9 2.1.3 粉煤灰10 2.1.4 砂11 2.1

2、.5 碎石11 2.1.6 水11 2.1.7 外加剂11 2.2 试验设备12 2.3 试验方法14 2.3.1 抗压强度14 2.3.2 抗折强度15 2.3.3 块体气干密度16 2.4 基准配合比17 2.5 试验方案18 2.6 试块制备18 第三章第三章 秸秆掺量对秸秆水泥基空心砌块抗压强度的影响秸秆掺量对秸秆水泥基空心砌块抗压强度的影响20 3.1 秸秆掺量对秸秆水泥基空心砌块抗压强度的影响20 3.2 秸秆掺量对掺入外加剂空心砌块抗压强度的影响21 3.2.1 秸秆掺量对掺入氯化钙空心砌块抗压强度的影响21 3.2.2 秸秆掺量对掺入硫酸铝空心砌块抗压强度的影响23 3.2.3

3、 秸秆掺量对复掺氯化钙和硫酸铝空心砌块抗压强度的影响25 3.3 外加剂种类对秸秆水泥基空心砌块抗压强度影响27 3.4 本章小结28 第四章第四章 秸秆掺量对秸秆水泥基空心砌块抗折强度的影响秸秆掺量对秸秆水泥基空心砌块抗折强度的影响30 4.1 秸秆掺量对秸秆水泥基空心砌块抗折强度的影响30 4.2 秸秆掺量对掺入外加剂空心砌块抗折强度的影响31 4.2.1 秸秆掺量对掺入氯化钙空心砌块抗折强度的影响31 4.2.2 秸秆掺量对掺入硫酸铝空心砌块抗折强度的影响33 4.2.3 秸秆掺量对复掺氯化钙和硫酸铝空心砌块抗折强度的影响35 4.3 外加剂种类对秸秆水泥基空心砌块抗折强度的影响37 4

4、.4 本章小结38 第五章第五章 秸秆掺量对秸秆水泥基空心砌块块体气干密度的影响秸秆掺量对秸秆水泥基空心砌块块体气干密度的影响39 5.1 秸秆掺量对未掺外加剂空心砌块块体气干密度的影响39 5.2 秸秆掺量对掺入外加剂空心砌块块体气干密度的影响40 5.2.1 秸秆掺量对掺入氯化钙空心砌块块体气干密度的影响40 5.2.2 秸秆掺量对掺入硫酸铝空心砌块块体气干密度的影响43 5.2.3 秸秆掺量对复掺氯化钙和硫酸铝空心砌块块体气干密度的影响45 5.3 外加剂种类对秸秆水泥基空心砌块块体气干密度的影响47 5.4 本章小结48 5.5 技术经济分析48 第六章第六章 结结 论论51 致致 谢

5、谢52 附录一附录一 中文译文中文译文 附录二附录二 外文资料原文外文资料原文 摘 要 目前，我国能源不断匮乏、矿产资源不断减少及环境污染日益严重，发展绿色建 材迫在眉睫。秸秆墙体材料的研究应用是一个必然趋势，我国是一个农业大国，农业 废弃物来源广泛、资源丰富、价廉易得、成本低、有很强的市场竞争能力，并且节省 能源、减少污染、保护环境，生产的墙体板材具有重量轻、强度好、安装方便等特点， 还有无毒、无危害的优点。用农业废弃物生产的主要墙体材料包括麦秸均质板、纸面 草板、植物纤维水泥板、麦秸人造板和秸秆镁质水泥轻质等。 近年，国内外许多专家开展了秸秆墙体材料应用技术开发，虽然取得了一些成果， 但还

6、有许多需要改进的地方。(1)水泥在水化反应过程中,呈现较强碱性,使秸秆的半纤 维素发生水解,产生水溶性糖,这种糖和稻秆中的一些浸提成分会对水泥的水化反应产 生“阻凝”作用,抑制了水泥固化反应。(2)秸秆水泥基空心砌块硬化过程中,秸秆表面 的蜡质性物质使秸秆与水泥等混合基材的胶结性变差。所以，本文在试验中掺加早强 剂减少秸秆溶出物对水泥水化的影响，加强表面胶结力，改善秸秆水泥基空心砌块的 性能。 本文以普通硅酸盐水泥作为胶凝材料，以水稻秸秆作为掺合料，加入早强剂氯化 钙、硫酸铝制备空心砌块，并进行空心砌块的力学性能试验。本文主要是通过改变秸 秆在空心砌块中的掺量，研究秸秆掺量对掺入 1%氯化钙、

7、1%硫酸铝、复掺 0.5%氯化钙 和 0.5%硫酸铝的空心砌块抗折强度、抗压强度和块体气干密度等性能的影响，总结出 适合的秸秆掺量和外加剂的种类。 研究表明：在一定程度上，秸秆的掺入降低了小型空心砌块的抗压、抗折强度， 也减小了块体气干密度，降低了砌块质量。掺加氯化钙、硫酸铝的外加剂，缓解了秸 秆浸出物对水泥凝结的阻碍作用，同时与水泥水化产物反应生成微小难溶物质能使复 合材料密实，很大程度上提高了小型空心砌块的早期抗压、抗折强度。在秸秆掺量为 5%时， 选用复掺 0.5%氯化钙和 0.5%硫酸铝早强剂，能够在满足空心砌块使用的抗压抗折强度 基础上，减小了空心砌块的块体密度，减少了水泥用量和利用

8、了秸秆资源，降低了空 心砌块的成本。 关键词关键词：植物纤维；稻杆秸秆；水泥基墙体材料；空心砌块 Abstract At present, Chinas continued lack of energy, mineral resources continuing to reduce and environmental pollution continuing to grow, all of the above decide it is increasingly important to develop the green building materials. Application of s

9、traw wall materials is an inevitable trend. China is a large agricultural country. The agricultural waste has a wide variety of abundant sources whose price is so cheap and cost is low, and the sources also has a strong market competitiveness. Whats more, the resources can save energy, reduce pollut

10、ion, protect environment. The wall board has such advantages as light weight, good strength, and convenient installation,as well as non-toxic, non-hazardous advantages. The main wall materials produced by using the agricultural waste include wheat straw board, paper straw board , plant fiber cement

11、board, plywood and straw of wheat straw and other light magnesia cement. In recent years, many domestic and foreign experts conduct a straw wall materials application technology development. Although it has yielded some results, there are still many areas for improvement. First, the cement hydration

12、 process showed a strong alkaline, which made the straw hemi cellulose hydrolysis and produces water-soluble sugars. The sugar and the extraction component of the rice straw would produce condensate blocking effect to the cement hydration reaction, which inhibited the curing reaction of cement. Seco

13、nd, during the process of hollow straw cement-based hardening, the waxy substance in the surface of the straw made the mix of the straw and the cement becomes worse. Therefore, this article states that during the experiments early strength agent would be added to reduce early strength of cement hydr

14、ation, to strengthen the surface of cement strength, and to improve the performance of the cement-based hollow straw. This paper regarded Portland cement as the cementations material and the rice straw as admixture, then added early strength agent called calcium chloride, the hollow block of aluminu

15、m sulfate preparation, and conducted the mechanical experiments. By changing the content of the straw in the hollow, the article studies the effect on the anti-break strength , anti-compressive strength and air-dry bulk density properties of the hollow straw which mixed with 1% calcium chloride, 1%

16、aluminum sulfate, calcium chloride compound doped with 0.5% and 0.5% aluminum sulfate. Therefore, the article summarized the proper straw ash and the types of admixtures. The results show that: to a certain extent, the straw incorporation reduced the anti- compressive and the flexural strength of th

17、e small hollow block, and also reduced the bulk density and the block quality. By adding the admixture calcium chloride and aluminum sulfate, the eased barriers to cement the role of condensation was extracted. At the same time, the reaction of cement hydration products with small dense insoluble ma

18、terial made composite materials more dense, which greatly improved the early compressive and flexural strength of the small hollow block. In the straw content of 5%, 0.5% calcium chloride and 0.5% aluminum sulfate meet the hollow block used on the basis of compressive reduced the hollow block densit

19、y, reduced the amount of cement and the use of straw resources, reduced the cost of hollow blocks. Key words: Plant fiber; rice straw; cement-based wall materials; hollow block 秸秆掺量对水泥基空心砌块力学性能的影响秸秆掺量对水泥基空心砌块力学性能的影响 第一章 概述 1.11.1 研究背景 目前，我国能源日益缺乏，国家已把建筑节能放在非常重要的位置，而农作物废料 秸秆的利用已成为社会问题。随着农业连年丰收，秸秆数量大幅

20、度上升，每年大约7亿 余吨，绝大部分秸秆没有得到合理的利用，大多被“一烧了之”，焚烧秸秆不仅浪费了 大量的植物资源，而且，严重地破坏了生态环境，因此，秸秆的综合利用意义重大。另 外，现在我国墙体材料工业还十分落后，产品中90%(个别发达城市除外)是实心粘土砖， 每年大约需7000亿块，烧砖毁田约6666公顷，严重地影响了农业生产，为此，国家已制 定出了一系列限制红砖生产和使用的政策1。结合建材行业和农业的特点，充分利用 稻草、麦秸秆、玉米秆、棉花秆等一切农林废弃物的任何一种原料，将其物理粉碎成 植物纤维后，添加一定量的粘结剂和强化材料，可以生产一系列的绿色植物纤维秸秆建 材。这种秸秆建材在美国

21、、日本、英国、法国等欧美发达国家已经有20多年应用历史 了，现风靡全球，极具开发价值。有的国家秸秆应用于建材高达75%以上，秸秆建材产 业被各国誉为新世纪的高科技的绿色环保产业2。随着我国建材绿色进程的不断推进， 近几年来我国秸秆建材产业得以迅速推广，成为一个新型产业。 1.21.2 研究目的及意义研究目的及意义 作为我国这样一个农业大国，对于水稻、小麦、玉米、花生、葵花、甘蔗等农作 物的秸秆、壳、废渣类资源十分丰富。但是对于秸秆的有效利用，还是没有找到合理 的处理方法。现阶段其用途主要为：秸秆还田，牲畜饲料，替代能源和工业原料，约 12.7的剩余秸秆被就地焚烧或闲置，引起了越来越严重的环境污

22、染和社会问题3，因 此充分利用这些废弃资源就成了社会各界关注的问题。 秸秆类植物纤维具有长径比大、比强度高、比表面积大、密度低及可生物降解等 特点4属多孔材料，其平均孔隙率高达83.5 %(体积分数)5，可用作增强及节能保温材 料6。而水泥基材料是脆性材料，主要发展形势是改进水泥基材料的物理性能、耐腐 蚀性能，以及运用计算机模拟方法、微观结构分析理论等优化水泥基材料的组分，引入 纤维(钢纤维、尼龙纤维、碳纤维等)、硅灰、粉煤灰等混合料，改善水泥基材料的延 性、强度、耐久性等，或节约水泥用量，扩大纤维混凝土的工程应用范围等。因此，秸 秆与水泥复合，可望使水泥混凝土轻质、保温隔热且吸声，从而使水泥

23、混凝土更符合节 能型建筑结构的要求。 秸秆与水泥基复合利用的好处，一方面，就是更好的去利用秸秆这些可再生资源， 秸秆不仅是一种重要的生物资源，还可作为生态环保的建筑材料。另一方面，砌块建 筑的设计要推陈出新，精益求精。既要继承和发扬我国固有的建筑传统和建筑艺术， 又要依据砌块的特点，设计出适用、美观、经济的砌块建筑县镇和农村的建筑设计力 量相对薄弱，应针对不同地区、不同建筑条件，设计出一些适合于县镇及农村的砌块 建筑标准图例及有关技术资料，供县镇及农村推广砌块建筑时选用7。这就需要研发 一种更适合农村利用的砌块，而将秸秆加入砌块中，不仅可以合理利用秸秆资源、减 少环境污染，而且还能降低砌块生产

24、的成本，以助于更好的推广和使用。 本文通过改变秸秆掺量和外加剂种类，采用平行试验的方法，研究不同秸秆掺量 对空心砌块抗压强度、抗折强度和块体密度的影响。为了总结出适合的秸秆掺量和外 加剂的种类，使空心砌块力学性能更好，给秸秆水泥基墙体材料研究提供理论基础。 1.31.3 国内外秸秆建筑材料研究利用现状国内外秸秆建筑材料研究利用现状 1.3.11.3.1 国外秸秆建筑材料研究利用现状国外秸秆建筑材料研究利用现状 针对目前社会的状况，能源和资源的不断减少，以及环境的不断恶化。由于秸秆具 有利废、环保、再生、节能等突出特性，在市场上已经显现出极强的生命力和广泛的 发展前景8。国外许多人开始开发和利用

25、秸秆，特别是对新型建筑材料中的应用有许 多的研究。 （1）美国 国外秸秆墙体材料的发展由来已久，草砖建房技术在北美已有百年历史。早在20 世纪初就出现了利用秸秆加工生产人造板材的技术；1920年美国路易安那州建立了蔗 渣制板厂，开始采用蔗渣制板。该厂使用的湿法工艺进行蔗渣制板，但是湿法生产有着 严重的缺点。随着蔗渣板密度和厚度规格的增多及要求结构更为均匀，蔗渣板生产工 艺已改为干法。以干法制造出满意的蔗渣碎粒板，最基本的条件是恰当的蔗渣贮存时 间及有效的除髓。 自 20 世纪 80 年代开始，在美国西北部和加拿大利用小麦和燕麦秸进行制板的实 验研究，20 世纪末，已形成完整的工业生产体系，两国

26、已投产和在建的工厂达 13 个， 生产能力达六十余万立方米，另外还有 8 家公司正工筹资建厂。目前，全球已有 20 余 个国家开办了以农作物为原料的人造板生产厂家，美国和加拿大超过 50%。其中，美国 PRIML BOARD 公司，加拿大 ISOBORD 公司生产线产量均在 10 万 m3和 20 万 m3以上，美 国的麦秸板全年产量约为 1600 万 m3。由于保护森林资源和维护生态平衡的需要，各国 开始致力于开发非木材植物纤维建筑材料。自 20 世纪 80 年代以来，利用非木质植物 纤维增强水泥基材料的研究和利用成为不少发展中国家致力研发的热点。由于作为水 泥基增强材料的天然植物纤维，使用

27、较多的是只经过粗加工或未加工的原料，如稻草、 芦苇、棕榈叶、竹子等，因此发展中国家从经济的角度考虑，特别注意开发这方面的资 源，主要研究本国盛产的植物纤维。 利用稻草、玉米秆、麦秸为原料，PMDI为胶粘剂制造人造板，则始于上世纪80年代 中期。如：美国的Primeboard公司1995年6月利用瑞典Daproma的技术建了一条 50000m3/a的麦秸刨花板生产线。Daproma的第二条线是建在加拿大Wanham Albert；加 拿大Isobord公司1998年用Kvane的技术建了一条m3/a的麦秸刨花板生产线，该线采用的 是Dieffenbach的连续压机，到目前为止，它还是世界上最大的

28、秸秆板生产线；而 Daproma采用的是多层压机、有垫板工艺，这两家生产的板都属渐变结构。 （2）英国 英国Compak Systems设备公司最早开始研究采用麦秸和稻草作为板材原料，自 1990年在英国本土建立了第一个以麦秸为原料的8000m3/a试验性工厂后，经过10年努力， 成功制造出性能高于木质刨花板的Compak板在世界各地相继建立了以多种秸秆包括草 为原料的生产线9。 （3）印度 印度政府于 1993 年 4 月实施了一项禁止将实木用于建筑的法律，旨在推广以农业 废弃物，如棉花秆、甘蔗渣、豆秸和稻秸为原料的廉价的建房材料。 （4）埃及 埃及盛产棕榈树，20 世纪 90 年代中期，埃

29、及科学家选择以资源丰富的棕榈叶为研 究对象，进行了棕榈树叶纤维增强混凝土材料的研究,通过试验得出，棕榈树叶纤维混 凝土材料的实用可行性，并且发现由于棕榈树叶独特的内部结构，经过水泥溶液浸泡， 其纤维得更加稠密，使得经过水泥溶液浸泡的棕榈树叶纤维增强混凝土的抗拉强度比 未经水泥溶液浸泡的抗拉强度高10。 （5）其它一些国家对秸秆建材研发和使用 比利时在 1984 年就建成以亚麻屑为原料生产刨花板的生产线。在瑞典、斯洛伐克 和葡萄牙等国也都进行了利用木材原料、农业剩余物混合制造刨花板和纤维板生产技 术的研究与开发11。俄罗斯利用麻秆、棉秆以及麦秸制造出很好的人造板。波兰天然 纤维研究所利用亚麻、黄

30、麻和大麻的下脚料、甘蔗渣、芦苇秆、棉秆、香草根、油菜 秆、麦秸等外加锯末为原料，制造出高质量的人造板。1970 年联合国工业发展组织曾 为此主持召开了非木材植物（主要为农业剩余物）人造板学术讨论会。到 1985 年，非 木材植物的人造板已占世界人造板总产量的 3.5%。 1.3.21.3.2 国内秸秆建筑材料研究利用现状国内秸秆建筑材料研究利用现状 与国外相比，我国对秸秆墙体材料的研究起步较晚。20世纪80-90年代，利用蔗渣 制造硬质纤维板、刨花板的工厂体系在我国南方逐步出现。随着我国建筑业的革新与 进步以及建筑节能工作的深入开展,环保利废型墙体材料的生产和应用出现了快速增长 的良好局面。以

31、麦秸、稻秸等非木质材料作为原料生产制造墙体材料的技术与工艺已 成为国内多所科研院校致力研究的项目课题。其间制造出的刨花板和中纤板的物理力 学性能可以达到国家有关人造板的标准技术指标。我国广西、广东和福建地区也是秸 秆的盛产地，许多学者就秸秆增强水泥基复合材料的开发进行了探索。章希胜等研制 开发了价格低廉、防渗防漏、性能优异的植物纤维水泥复合板，取得了良好的经济效 益。针对内含钢渣的植物纤维增强水泥基复合材料，李国忠等探讨了其基体结构界面 状况对材料性能的影响。近年来，随着建材产品结构合理化以及先进生产技术的传入 与发展，国内涌现出大批生产秸秆板材的厂家，其产品市场逐步由国内拓展到海外，秸 秆墙

32、体材料开始稳步发展12。 在国内墙体材料中，农业秸秆可以有三种利用形式13-15：一是作为芯材填充在墙 体材料中，这种利用方式在墙板中运用较多；二是作为纤维材料掺入水泥基材料中； 三是烧成灰后作为掺和料掺入水泥基材料中。 作为芯材填充在墙体材料中的研究，如张长森等对“建筑垃圾-秸秆-镁水泥墙体 保温材料的试验研究”16，以氯氧镁水泥为胶结料、建筑垃圾为掺合料、秸杆为填充 料制备墙体保温材料，分析了建筑垃圾掺量与秸杆掺量对墙体保温材料性能的影响。 结果表明：以菱镁水泥为胶结料，建筑垃圾为掺合料，秸杆为保温隔热填充料，在掺入 适量的外加剂和发泡剂的情况下，可制备轻质保温墙体材料，适用于非承重围护结

33、构的 墙体保温材料。随着秸秆掺量的增加，材料的抗折强度逐渐升高，抗压强度逐渐降低； 保温性能随秸杆掺量的增加而提高。 再如，范军等，对“秸秆纤维混凝土砌块的强度和保温性能试验研究”17，首先 将小麦秸秆制作成压缩块，放入纤维混凝土空心砌块中制成秸秆混凝土砌块。而后对 纤维混凝土空心砌块进行了强度试验和保温性能试验，对秸秆混凝土砌块进行了保温 性能试验。该秸秆砌块满足强度的要求并具备更好的保温性能，为秸秆资源化利用提 供了新的途径。 作为纤维材料掺入水泥基材料中，如曹旭辉等对“稻草纤维/镁水泥复合材料的性 能研究”18，文章研究了不同粒径的稻草纤维在不同掺量下对氯氧镁水泥抗压强度、 弯曲强度以及

34、干燥收缩性的影响。结果表明：随着纤维掺量的增加，镁水泥的抗压强 度都出现不同程度的下降，其中粒径为2.5mm的纤维掺入使镁水泥的抗压强度下降较大； 稻草纤维的掺入使镁水泥的脆性得到了很大的改善，并降低了镁水泥的干燥收缩率。 造成抗压强度下降的原因，主要是纤维与基体结合较差，破坏了材料的致密性。通过1% NaOH溶液对稻草纤维进行处理，可以改善稻草纤维与镁水泥的界面结构，提高稻草纤维 与镁水泥的黏结19。植物纤维水泥复合板冷压法生产工艺流程图20，见图1-1。 图1-1 植物纤维水泥复合板冷压法生产工艺流程图 烧成灰后作为掺和料掺入水泥基材料中，由于也要对秸秆进行燃烧，同样也会带 来环境污染、二

35、次加工等，因此，不适合大量进行生产和利用。肖力光、赵露、陈景义 对“利用秸秆制造新型复合节能墙体材料的可行性研究”，通过掺加适量的外加剂, 有 效地解决了棉秆纤维增强混凝土空心砌块的胀缩问题,拓展了棉秆纤维增强混凝土砌块 的应用范围21。对于国内秸秆在建材行业的应用和开发还不断地进行中，有很好的发 展空间。 近年来，一些发达国家的科研单位，也配合发展中国家进行非木质植物纤维增强水 泥基材料的研究，并且取得了一定的进展。目前，世界不少国家已经生产与应用非木质 植物纤维增强水泥基材料22。据美国ACI544委员会的报告23，全球约有40个国家有可 能将该材料应用于建筑物中。具有百年历史的澳大利亚的

36、JamesHardie公司，专业从事 植物纤维水泥制品研制，1981年起开始生产压蒸式木纤维增强水泥，并将该项技术推广 至美国以及亚洲与非洲的某些国家24。迄今为止，其植物纤维水泥制品遍布全球，前 景良好。 1.41.4 国内外秸秆墙体材料发展趋势国内外秸秆墙体材料发展趋势 1.4.11.4.1 国外秸秆墙体材料发展趋势国外秸秆墙体材料发展趋势 目前，国外墙体材料发展相当迅速，美国、日本、加拿大、法国、德国、俄罗斯等 国，在生产与应用混凝土砌块、纸面石膏板、灰砂砖、加气混凝土、复合轻质板等居 世界领先地位。新型墙体材料以节能、节地、利废和改善建筑功能为目的，大力发展 各种轻质板材和砼砌块，开发

37、承重复合墙体材料25。大量利用秸秆废弃物，减少水泥 等资源的使用，对植物纤维板材、秸秆砌块、掺秸秆的水泥基空心砌块等性能优化的 研发是必然发展的趋势。 1.4.21.4.2 国内秸秆墙体材料发展趋势国内秸秆墙体材料发展趋势 从我国的国情和国内能源、资源、环境及新型建材研发形势分析，我国秸秆墙体 材料发展趋势可以有以下几方面： （1）随着高层建筑的增多及国家保护耕地相关法规的出台和建筑本身节能要求的不 断提高，我国住宅墙体建设将逐渐杜绝使用实心红砖。同时,一些建材因其自身缺陷将 逐渐退出市场26。以石膏墙板、粉煤灰墙板为例，由于这两种产品的强度低易潮霉， 一般2-3年即自行返潮解体，在南方地区尤

38、为严重，因此，这些建材产品已逐渐被建筑 商所淘汰。墙材市场对像植物纤维这种新型墙体材料的需求存在巨大空间。植物纤维 新型墙材以其轻质、高强、保温性能好、吸水率低、抗冻融性能高等优点和诸多特性， 势必产生巨大的经济效益和社会效益，成为未来墙体市场发展的主流。 （2）保护森林资源和开发利用秸秆资源是世界范围内的共同课题。用农作物秸秆替 代木材原料和传统的墙体材料，有助于贯彻落实天然林保护政策，实现我国林业和林 业工程的可持续发展，缓解我国木材原料供应不足的矛盾和控制烧砖毁田，农作物秸 秆利用将成为“十五”期间的热点课题，尤其在西部开发中将会大有可为27。据预测， 在“十五”期间，我国木材供应缺口将

39、达上千万立方米，不可能简单地通过增采人工 速生材和扩大进口来解决，用农作物秸秆材料替代木材原料不失为一种有发展潜力的 有效措施。 （3）作为世界上农作物秸秆纤维产量丰富的国家，我国很有必要对秸秆建筑材料 加以研究与探讨，以开拓对农业废弃物资源的利用领域。同时，秸秆等农业废弃物作 为可再生资源，符合节能、可持续发展的要求，将其作为墙体材料原料也不失为节能 利废，有效处置农业废弃物的途径，而且发挥了农村资源优势，增加了农民收入。采 用秸秆等农业废弃物作为墙体材料的原料，开辟了新的原材料来源，缓解了各地发展 墙体材料资源短缺的矛盾，更推动了各地墙材工业的发展，促进了墙材产品结构的变 革。同时，随着墙

40、材品种的增加，也将有力地推动房屋结构的变革和观念的更新，促 进建筑产业化的实现28。节能利废型秸秆墙体材料作为新型绿色环保建筑材料，将具 有广阔的工程应用前景和巨大的市场潜力，并且对于今后的国计民生有着深远的意义。 （4）农作物秸秆材料工业作为一个全新的领域，有着光明的前景，但同时也面临 着来自各方面的挑战。农作物秸秆材料工业的发展涉及到多种学科专业，要大力应用 生物技术、计算机技术、新材料技术、新能源技术等领域内的研究成果，提高农作物 秸秆材料产品的科技含量，不断增强产品在市场上的竞争能力。力争在“十五”期间 使我国农作物秸秆作为材料工业原料的利用率达到总量的10%20%。 （5）农作物秸秆

41、作为材料工业原料，自身存在着一些先天不足,通过工艺手段进行 弥补虽然是一种有效的办法，但毕竟不能从根本上解决问题，笔者认为，应当通过转 基因等遗传手段，从育种环节抓起，培育出既能提供优质高产的粮食、又能提供适合 作秸秆工业原料的新品种，重点要解决秸秆纤维长度偏短和秸秆表面含不易胶合物质 以及抽提物含量过高等问题。 （6)秸秆材料产品能否占有市场，关键取决于产品性能和价格。就产品性能而言， 重点是要提高产品的防腐、防霉以及阻燃等性能。就价格而言，关键是要降低胶粘剂 成本29，要科学地处理好产品性能与价格的关系，强化性能价格比，要针对产品的不 同用途，制定相应的检测标准，不提倡性能过剩，要通过科技

42、进步来解决改善性能和 压缩成本的矛盾。 （7)农作物秸秆材料的利用，要通过多种可能的途径，广泛宣传开发利用秸秆资源 的意义，提高人们对秸秆材料产品的认识，在关系到森林资源和环境保护等一系列重 大政策问题上，政府还应当通过宏观调控手段给予引导，不断加大对农作物秸秆材料 工业的投入，促进农作物秸秆资源利用的国际合作，使农作物秸秆材料工业健康稳步 地向前发展。 1.51.5 存在问题存在问题 通过分析空心砌块和秸秆的特性，本课题的研究，存在以下问题： （1）水泥在水化反应过程中,呈现较强碱性,使稻秆类秸秆的半纤维素发生水解,产 生水溶性糖,这种糖和稻秆中的一些浸提成分会对水泥的水化反应产生“阻凝”作

43、用, 抑制了水泥固化问题30； （2）秸秆水泥基空心砌块硬化过程中,粉碎的秸秆表面具有蜡质性物质使秸秆与水 泥等混合基材的界面结合状况不足,存在粘结性差的问题； （3）秸秆属于多孔材料，十分容易吸水，当空心砌块硬化后，秸秆中水分的挥发， 易使空心砌块内部产生空洞，导致空心砌块强度低、耐久性差的问题。 1.61.6 研究内容研究内容 为了节约水泥和更好的利用秸秆资源，本课题针对秸秆水泥基空心砌块中，秸秆 在水与碱性条件下水解木质素等物质对空心砌块力学性能影响进行研究。本文通过改 变秸秆掺量和外加剂种类，将掺加秸秆的空心砌块，进行各项力学性能（抗压强度、 抗折强度和块体气干密度等）的试验测试，研究

44、不同掺量秸秆和不同外加剂对空心砌 块力学性能的影响，具体内容如下： （1）通过掺加 1%的氯化钙，研究不同秸秆掺量（0、5%、10%、15%）对秸秆水泥基 空心砌块抗压强度、抗折强度及块体气干密度的影响； （2）通过掺加 1%的硫酸铝，研究不同秸秆掺量（0、5%、10%、15%）对秸秆水泥基 空心砌块抗压强度、抗折强度及块体气干密度的影响； （3）通过复掺 0.5%氯化钙和 0.5%硫酸铝，研究不同秸秆掺量 （0、5%、10%、15%）对秸秆水泥基空心砌块抗压强度、抗折强度及块体气干密度的影 响； 第二章第二章 原材料及试验方法原材料及试验方法 2.12.1 原材料原材料 2.1.12.1.1

45、 稻秆稻秆 稻秸秆是由大量的纤维素类物质、可溶性糖类、少量的无机盐及水构成，纤维素 类物质包括纤维素、半纤维素和木质素等。纤维素是植物细胞壁的主要成分，在作物 秸秆中含量达40%50%。半纤维素是戊糖、己糖和多糖醛酸及其甲酯的缩合物，其主 要成分是戊聚糖，一般不溶于热水，而溶于稀酸。木质素是苯丙烷及其衍生物为基本 单位构成的高分子芳香醇，它常常与半纤维素、纤维素镶嵌在一起，极不易分开，稻 秆纤维成分见表2-1。 图 2-1 稻杆的生长状态 本试验使用秸秆来自沈阳市浑南新区古城子，稻秆为一年生水稻秋天收割获得的 秸秆，稻秆经自然风干后，由粉碎机破碎，长度控制在 10-40mm 范围内。 表2-1

46、 稻秸秆纤维的成份（%） 脂蜡质 水溶物果胶物 半纤维素纤维素木质素灰分 4.122.351.3625.28 31.5115.4 11.2 2.1.22.1.2 水泥水泥 本实验采用沈阳苏家冀东水泥厂生产的盾石牌普通硅酸盐水泥，P.O42.5，水泥化 学成分见表 2-2，按硅酸盐水泥、普通硅酸盐水泥 （GB 175-1999）的要求，对水泥 的凝结时间、安定性、细度和水泥胶砂的抗压强度、抗折强度等有关技术指标进行了 检验，结果见表 2-3。 表 2-2 水泥化学成分（%） SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOSO3R2OLoss 21.725.814.3362.411.732.560.50

47、1.47 表 2-3 冀东盾石牌 P.O42.5 水泥技术指标 2.1.32.1.3 粉煤灰粉煤灰 粉煤灰：燃煤发电站锅炉房中煤粉充分燃烧后所产生的细颗粒灰尘，即通常所说 的飞灰。本试验采用的粉煤灰是由沈海热电厂生产，粉煤灰的等级为“”级，化学 成分见表 2-4 表 2-4 粉煤灰化学成分（%） SiO2Al2O3Fe2O3CaOMgOK2ONa2OLoss 56.2626.183.572.751.203.050.305.77 按国家 GB1596-91 测试其性能如表 2-5 所示 表 2-5 粉煤灰性能指标（%） 凝结时间（h：min）抗压强度（MPa） 抗折强度 （MPa） 品种细度安定

48、性 初凝终凝3d28d3d28d P.O42.53.0合格1:054:5727.852.53.58.5 测试项目 细度（45m 筛余 量） 需水量比烧失量SO3 标准规定值 实测值 20 15 105 95 8.0 6.5 3.0 0.4 从表 2-5 可知：细度、需水量、烧失量及 SO3等各项指标均符合国家对级粉煤灰 的相应标准。 2.1.42.1.4 砂砂 本试验采用的砂是指由自然条件作用形成的，公称粒径小于 5.00mm 的岩石颗粒。 按其产源不同，可分为河砂、海砂、山砂。此次试验用砂为河砂，砂的模数为 2.35， 在 2.33.0 范围内，属于中砂，其主要参数见表 2-6。 表 2-6

49、 砂子的主要参数 品种模数 含泥量 （%） 表观密度 （gm-3） 堆积密度 （gm-3） 级配 （mm） 河沙2.351.02.651.545 以下 2.1.52.1.5 碎石碎石 本试验采用的碎石是指由天然岩石破碎、筛分而得到的，公称粒径大于 5.00mm 的岩石颗粒。其主要参数见表 2-7。 表 2-7 碎石的主要参数 硫化物及硫酸盐 （%） 针片状颗粒 含量（%） 含泥量 （%） 表观密度 （gm-3） 堆积密度 （gm-3） 级配 （mm） 0.60.91.02.551.385-22.5 2.1.62.1.6 水水 本试验用水采用普通自来水，在本实验的作用是使水泥、粉煤灰的水化，溶解

50、无机 助剂氯化钙和硫酸铝。 2.1.72.1.7 外加剂外加剂 本试验用工业氯化钙：无色立方结晶。一般为白色或白色多孔状或粒状、蜂窝状。 无臭、味微苦。相对密度 2.15(25)。熔点 782。沸点 1600以上。吸湿性极强， 暴露于空气中极易潮解。易溶于水，同时放出大量的热，其水溶液呈微酸性。溶于醇、 丙酮、醋酸。与氨或乙醇作用，分别生成 CaCl28NH3和 CaCl24C2H5OH 络合物。在常 温下由水溶液结晶而析出的常为六水物，逐渐加热至 30时则溶解在自身的结晶水中， 继续加热逐渐失水，至 200时变为二水物，再加热至 260则变为白色多孔状的无水 氯化钙。根据 HG/T2327-

51、92 测试标准，测得氯化钙技术指标见表 2-7。 表 2-7 工业级氯化钙技术指标 氯化钙 (CaCl2) （%） 镁及碱金属氯化 物（%） (以氯化钠计) 水不溶物 （%） 碱度(以 Ca(OH) 2 计) （%） 硫酸盐 (以 CaSO4 计) （%） PH 值 95.040.10.350.18-10 工业硫酸铝：（化学式：Al2(SO4)3）固体工业硫酸铝为白色、浅灰绿色或浅黄色 片状或块状固体，是一个被广泛运用的工业试剂，通常会与明矾混淆。硫酸铝通常被 作为絮凝剂，用于提纯饮用水及污水处理设备当中，也用于造纸工业。其主要技术参 数见表2-8。 表2-8 工业级硫酸铝技术指标 氧化铝（%

52、） (Al2O3) 铁（%） (以 Fe 计) 水不溶物 （%） 砷（As） （%） 碱金属（%） (以硫酸盐计) PH 值 （1%水溶液） 16.003.00.30.350.253.0 萘系高效减水剂：经化工合成的非引气型高效减水剂。化学名称萘磺酸盐甲醛缩 合物，它对于水泥粒子有很强的分散作用。对配制大流态砼，有早强、高强要求的现 浇砼和予制构件，有很好的使用效果，可全面提高和改善砼的各种性能，广泛用于公 路、桥梁、大坝、港口码头、隧道、电力、水利及工民建工程、蒸养及自然养护予制 构件等。其主要技术指标见表 2-9。 表 2-9 萘系高效减水剂主要技术指标 固体含量（%）净浆流动度（mm）

53、硫酸钠含量（%）氯离子含量（%）掺量范围（%） 422359.00.51.5-2.5 2.22.2 试验设备试验设备 1、压力试压机机 本试验空心砌块抗压试验，使用 NYL-2000D 型压力试验机，精度等级 2，出厂编号： 260，出厂时间：1994 年 12 月，生产厂家：中国建材装备总公司无锡市建筑材料机械 厂。 2、抗折试验机 本试验空心砌块抗折试验，使用 WE-300 型液压式万能试验机，最大试验力 300 千牛 顿；出厂编号：2011；出厂时间：1995 年 9 月；生产厂家：济南试验机厂制造，见图 2-2。 图 2-2 WE-300 型液压式万能试验机 3、强制式搅拌机 本试验强

54、制式搅拌机：由料筒、机架、电机、减速机、中心轴、转动臂、搅拌铲、 清料刮板、上压板、立柱、行走轮等构成。由于搅拌铲与转动臂之间采用十字轴总成 相连接，并设置拉杆或螺杆调控搅拌铲的工作间隙，可基本消除硬质物料卡住现象， 以降低运转阻力，减少磨损。搅拌铲的工作面在垂直和水平二个方向上与前进方向的 夹角为钝角，可加强搅拌效果，提高搅拌质量。出料口设在料筒的侧壁，料筒相对机 架可横向摆动，并设置清料刮板，可加快出料，并更加彻底，还可减少泥浆渗漏。行 走轮拆装方便，且轮距可调，使搅拌机移动方便。 4、混凝土空心砌块成型机 本试验使用 YB-4 型固定式空心砌块成型机，其主要技术参数：成型块数 4 块/次

55、， 砌块规格：390190190（mm） ，成型周期 35 秒/次，班产 2000 块，整机功率： 4.4KW，设备外形见图 2-3。 图 2-3 YB-4 型固定式空心砌块成型机 2.32.3 试验方法试验方法 2.3.12.3.1 抗压强度抗压强度 根据混凝土空心砌块检验方法国家标准 GB411183 1、试件尺寸：390mm190mm190mm（长宽高） 2、试件处理： （1）抗压强度实验要求试块数量为五个砌块。 （2）处理试件的坐浆面和铺浆面，使成互相平行的平面。将钢板置于稳固的底座 上，平整面向上，用水平尺调至水平。在钢板上先薄薄地涂一层机油，或铺一张湿纸， 然后铺一层以 1 份重量

56、的 325 号以上水泥和 2 份细砂，加入适量的水调成的砂浆，将 试件的坐浆面或铺浆面平稳地压人砂浆层内，使砂浆层尽可能均匀，厚度为 35mm。 将多余的砂浆沿试件棱边刮掉，静置 24 小时以后，再按上述方法处理试件的另一面。 为使上下两面能彼此平行，在处理第二面时，应将水平尺置于现已向上的第一面上调 至水平。在 10以上静置 3 天后做抗压强度试验。 （3）为缩短时间，也可在第一个砂浆层处理后，不经静置，立即在向上的面上铺 一层砂浆，压上事先涂油的玻璃平板，边压边观察砂浆层，将气泡全部排除，并用水 平尺调至水平，直至砂浆层平而均匀，厚度达 35mm。 （4）试件表面处理用的水泥砂浆，急需时可

57、掺入适量熟石膏。也可用纯熟石膏浆 处理表面。 3、测试步骤 （1）按长度在条面的中间，快读在顶面的中间，高度在顶面的中间的方法测量每 个试件的长度和宽度，分别求出各个方向的平均值，精确至lmm。 （2）将试件置于试验机承压板上，使试件的轴线与试验机压板的压力中心重合， 以10-30kN/s的速度加荷，直至试件破坏。记录最大破坏荷载P。若试验机压板不足以 覆盖试件受压面时，可在试件的上、下承压面加辅助钢压板。辅助钢压板的表面光洁 度应与试验机原压板同，其厚度至少为原压板边至辅助钢压板最远角距离的三分之一。 4、结果计算与评定 （1）每个试件的抗压强度按式(2-1)计算，精确至0.1MPa： 2-

58、1 P R LB 式中R试件的抗压强度(MPa)； P破坏荷载(N)； L受压面的长度(mm)； B受压面的宽度(mm)。 （2）试验结果以五个试件抗压强度的算术平均值和单块最小值表示，精确至 0.1MPa 2.3.22.3.2 抗折强度抗折强度 1、试件尺寸：390mm190mm190mm（长宽高） 2、试件处理 （1）抗压强度实验要求试块数量为五个砌块。 （2）处理试件的坐浆面和铺浆面，使成互相平行的平面。将钢板置于稳固的底座 上，平整面向上，用水平尺调至水平。在钢板上先薄薄地涂一层机油，或铺一张湿纸， 然后铺一层以 1 份重量的 325 号以上水泥和 2 份细砂，加入适量的水调成的砂浆，

59、将 试件的坐浆面或铺浆面平稳地压人砂浆层内，使砂浆层尽可能均匀，厚度为 35mm。 将多余的砂浆沿试件棱边刮掉，静置 24 小时以后，再按上述方法处理试件的另一面。 为使上下两面能彼此平行，在处理第二面时，应将水平尺置于现已向上的第一面上调 至水平。在 10以上静置 3 天后做抗压强度试验。 （3）为缩短时间，也可在第一个砂浆层处理后，不经静置，立即在向上的面上铺 一层砂浆，压上事先涂油的玻璃平板，边压边观察砂浆层，将气泡全部排除，并用水 平尺调至水平，直至砂浆层平而均匀，厚度达 35mm。 （4）试件表面处理用的水泥砂浆，急需时可掺入适量熟石膏。也可用纯熟石膏浆 处理表面。表面处理后应将试件

60、孔洞处的抹面层打掉。 3、试验步骤 （1）将抗折支座置于材料试验机内，调整钢棒轴线间的距离，使其等于试件长度 减一个坐浆面处的肋厚，再使抗折支座的中线与试验机压板的压力中心重合。 （2）将试件的坐浆面置于抗折支座上。 （3）在试件的上部二分之一长度处放置一根钢棒（见图 2-4） 。 1-钢棒；2-试件；3-抗折支座 图 2-4 抗折试验 （4）以每秒 250N/s 的速度加荷，直至试件破坏。记录最大破坏荷重 P。 4、结果计算和评定 （1）每个试件的抗折强度按式（2-2）计算，精确至 0.1MPa： 2-2 2 3 2 Z PL R BH 式中：Rz试件的抗折强度(MPa)； P破坏荷重（N）