生物炭对混凝土力学性能收缩的影响(共4246字).doc

生物炭对混凝土力学性能收缩的影响(共4246字)摘要：为研究玉米芯生物炭混凝土的力学性能及收缩性能的影响，采用经过４５０℃、５００℃和５５０℃高温裂解后的玉米芯生物炭，替换１％、４％和８％砂制备混凝土，测试其抗压、抗折强度和收缩性能试验得出：５５０℃下制备出的玉米芯生物炭在掺量为４％时，相比掺量为０的内养护性效果更好，抗压强度增加１１．０％，抗折强度增加１７．２％，自收缩减小１４％证明玉米芯生物炭对混凝土的力学性能及收缩性能能够产生一定影响关键词：玉米芯生物炭混凝土；抗折强度；抗压强度；自收缩混凝土的早期收缩是导致混凝土早期开裂现象的主要原因之一对于现在大量应用的普遍掺加减水剂混凝土，尤其是对泵送混凝土和低水胶比的高强高性能混凝土来说，早期收缩的影响非常显著，这与混凝土的早期养护和条件具有一定关系混凝土是水硬性材料，在其强度增长期必须保持构件表面的湿润，以保证水泥充分水化［１］传统的养护方式，如水养护、喷涂养护剂、塑料膜覆盖等保湿方法，一般很难使水完全湿润到混凝土内部，这就造成低水胶比的高性能混凝土的自收缩变形增大针对传统养护方式的弊端，提出了混凝土“自养护”，亦即向混凝土中添加养护剂，均匀地分散在混凝土中，起到内部蓄水的作用，养护剂一般是高吸水材料，如饱水轻集料（ＬＷＡ）和高吸水树脂（ＳＡＰ）［２］。

Ｂｅｎｔｕｒ等［３］对轻集料进行预湿处理，掺加到混凝土中，可以改善混凝土的收缩变形胡曙光等［４］等研究了连通率、吸水率高的轻集料经预湿后可明显提高混凝土的工作性，但是轻集料的吸水量有限，往往不能为水泥水化提供足量的水分［５］，不能满足混凝土强度上的要求而高吸水树脂利用其特殊的结构和性能，能够起到蓄水作用，达到内养护的目的国内外对ＳＡＰ进行了大量研究，Ｊｅｎｓｅｎ等［６－７］提出在混凝土中加入ＳＡＰ进行内养护，可以明显提高混凝土强度和抗裂性生物炭的结构与物理性质同高吸水树脂相似，高吸水树脂（ＳＡＰ）能够改善混凝土的内养护性，使混凝土的强度提高、自收缩减小，但生物炭是否同样可以拥有高吸水树脂的性能，有待进一步研究现已有对生物炭影响砂浆性能和混凝土性能的研究，李赫等［８］将不同质量分数的污泥生物炭替代水泥制备污泥生物炭混凝土，当生物炭替代量在５％以内时Ｃ３０和Ｃ４０污泥生物炭混凝土的力学性能均高于或相当于未掺污泥生物炭的对照组本文针对生物炭替代砂对混凝土力学性能的影响问题做出了研究生物炭是指在无氧或限氧环境下，通过高温裂解将木材、草、玉米秆或其他农作物废物碳化得到的富炭产物生物炭具有疏松多孔的结构，比表面积大，其分子细密多孔，质地坚硬，有很强的吸附能力，若周围环境湿度大时，可吸收水分；若周围环境干燥，则可释放水分。

而玉米作为中国的主要农作物及粮食之一，每年的出产量也相当高，据国家统计局对２０１８年粮食播种面积、总产量及单位面积产量情况统计，玉米的播种面积最大，总产量最多，单位面积产量最多，可知玉米作为中国主要粮食及农作物之一的重要性但是，玉米作物废弃物的随意丢弃、焚烧等粗放处理方式使环境污染加剧，成为制约生态环境与农业可持续发展的瓶颈之一将玉米废弃物玉米芯在缺氧或限氧下制成生物炭是处理废弃物的方法之一，现已广泛用于固碳减排、水源净化、重金属吸附和土壤改良等但目前，尚未见到以玉米芯生物炭来改善混凝土内养护性、提高混凝土的力学性能为目的的针对性研究１材料与方法１．１实验原材料混凝土原材料采用Ｐ Ｏ４２．５级水泥，其化学成分见表１；中砂；自来水；高效聚羧酸减水剂；粗骨料（５～１０、１０～２０ｍｍ）；通过三相电炉高温裂解出的４５０℃、５００℃、５５０℃三种玉米芯生物炭，将其研磨至满足中砂的要求１．２试件制备混凝土配合比是混凝土制备的基础，设计出合理的配合比才能为后续计划做好准备经过多次试验得知，当水胶比同为０．４５，减水剂分别为２．７８ｇ（占０．５％）和３．８９ｇ（占０．７％）时配制玉米芯生物炭混凝土，在掺入１％的生物炭时两种减水剂状态下的混凝土坍落度相差不大，但随着生物炭量的增加，减水剂为２．７８ｇ状态下制备出的混凝土的坍落度差，粘聚性低。

因为其生物炭的吸附能力强，所以需要的水更多，但水胶比过高会影响混凝土的强度因此，增加一定量的减水剂来减少水的用量当减水剂为３．８９ｇ时，生物炭混凝土的坍落度符合要求，最终决定以水胶比０．４５，水２５０ｇ，水泥５５１．６７ｇ，砂４４７．２８ｇ，粗骨料（５～１０ｍｍ）３１３．１０ｇ，粗骨料（１０～２０ｍｍ）７３０．５５ｇ，减水剂３．８９ｇ为空白组的配合比，在空白组基础上用生物炭替代砂，占比分别为１％、４％和８％制作玉米芯生物炭混凝土，作为实验组生物炭混凝土的尺寸为１００ｍｍ×１００ｍｍ×１００ｍｍ，每组混凝土制作３个试块若是测其抗折强度，将其每组混凝土所需的材料质量各乘以３制作尺寸为１００ｍｍ×１００ｍｍ×３００ｍｍ的试块，每组需制作３个１．３试验方法生物炭混凝土抗压、抗折强度的测试将养护１４ｄ生物炭混凝土放在压力试验机上进行抗压、抗折强度测试自收缩测试采用游标卡尺测在标准条件下养护的７、１４ｄ后的生物炭混凝土的长、宽、高，为保证数据精确选择光滑平面分别进行两次测量，求得两次平均值并估读到小数点后两位通过公式计算其自收缩量自收缩量＝（１００－ａ）（１００－ｂ）（１００－ｃ）式中，ａ，ｂ，ｃ分别表示测得长，宽，高的平均值，ｍｍ。

２结果与分析２．１生物炭对混凝土自收缩的影响７ｄ后，测得的玉米芯生物炭混凝土自收缩如图１（ａ）所示，当生物炭的掺量为１％时，混凝土自收缩比掺量为０大０～０．０２ｍｍ；当掺量为４％时，５００℃、５５０℃自收缩比掺量为０％小０．０１～０．０４ｍｍ，说明５００℃、５５０℃制备出的生物炭在掺量为４％时能有效减小混凝土的自收缩１４ｄ后只有５５０℃时掺量为４％混凝土的自收缩比掺量为０％的小（小０．０６ｍｍ），如图１（ｂ）所示虽然７ｄ４５０℃下制备出的生物炭混凝土减小了其自收缩，但在１４ｄ后增加了混凝土的自收缩，综合考虑并比较７、１４ｄ时５５０℃下制备出的生物炭对混凝土的影响后得出，５５０℃下制备出的生物炭占砂４％时对混凝土自收缩影响效果好，１４ｄ掺量为４％的混凝土的自收缩比生物炭掺量为０时小０．０８ｍｍ，证明生物炭在一定条件下能够改善混凝土的自收缩因在混凝土养护期间，水泥水化需要大量的水分并散热，这样内部相对湿度降低，产生收缩变形，而掺入部分生物炭，能够提高混凝土的内部湿度，从而减小混凝土的自收缩２．２生物炭对混凝土抗压强度的影响图２（ａ）为生物炭对混凝土抗压强度的影响生物炭混凝土１４ｄ的抗压强度比生物炭掺量为０高出１．５～８ＭＰａ，约４．３％～２３．３％。

对于不同煅烧温度生物炭制备的混凝土，不会随着温度的升高，混凝土的强度增大，在温度为５００℃时混凝土强度比其他两个温度高而随着生物炭占比的增大，混凝土的抗压强度在０～１％的占比中增大，在１％～８％的占比中强度逐渐减小综上所述，在５００℃下制备出的玉米芯生物炭用于混凝土，其抗压效果最好，且在占砂含量的１％时，抗压强度最高２．３生物炭对混凝土抗折强度的影响混凝土１４ｄ的抗折强度如图２（ｂ）所示掺量为１％、４％玉米芯生物炭混凝土的抗折强度比掺量为０的混凝土抗折强度要高，增长了８．２％～１７．２％三种不同温度等量的生物炭制备出的混凝土，在４５０℃～５５０℃中，其抗折强度在５５０℃时最大同时，随着生物炭占比的增大，只有５５０℃抗折强度在随之增大，在１％～４％时只增加了０．０２ＭＰａ，在０～１％时增加了０．６７ＭＰａ综合４５０℃、５００℃、５５０℃可知，５５０℃下制备出的生物炭在掺量为４％时强度最大１）混凝土自收缩与生物炭掺量的多少联系不大，但５５０℃时７、１４ｄ的玉米芯生物炭混凝土的自收缩相比普通混凝土的自收缩有所下降，使后期玉米芯生物炭混凝土强度比普通混凝土强度高２）综合三种温度下制备出的玉米芯生物炭对混凝土强度和收缩性能的影响，５５０℃下制备出的玉米芯生物炭在掺量为４％时，相比掺量为０的内养护性效果更好，分别增加抗压强度１１．０％，抗折强度１７．２％，减小了自收缩程度１４％。

玉米芯生物炭确实能够增加其混凝土的抗压、抗折强度，达到内养护的效果参考文献：［１］富恩久，吴村，黄荣辉，等．混凝土养护方法的选择［Ｊ］．混凝土，２００５，２７（４）：１０－１１．［２］刘成虎，王辉，任冶，等．高吸水树脂（ＳＡＰ）对砂浆与混凝土性能的影响［Ｊ］．武汉理工大学学报，２０１５，３９（６）：１９０－１９３．［４］胡曙光，周宇飞，王发洲，等．高吸水性树脂颗粒对混凝土自收缩与强度的影响［Ｊ］．华中科技大学学报，２００８，３６（５）：１－４，１６．［５］新伟，李学英，焦贺军，等．强吸水聚合物在砂浆与混凝土中的应用研究［Ｃ］／／第六届全国高强与高性能混凝土会议论交集，２００７．［８］李赫，王震洪．污泥生物炭混凝土性能及环境效益研究［Ｊ］．环境科学与技术，２０１９，４２（１１）：１４７－１５３．第 8 页 共 8 页。