紅胡蘿卜汁替代水制備水泥基材料的可行性研究

王 紅，朱 丹，婁小利，吳福飛，郭 爽

(貴州師范大學 材料與建筑工程學院，貴州 貴陽 550025)

0 前 言

生態節能建筑是當今社會一個非常熱的話題，隨著經濟的快速發展，人們從追求數量到追求質量，從追求舒適到追求環保。這就意味著不管什么行業都在朝著生態節能的方向發展，當然混凝土這個耗能較大的行業也不例外。于是各種各樣新型綠色環保的材料大規模運用在建筑行業上。邢珊珊等[1]發現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，而抗壓強度減小。Banjo Ayobami Akinyemi等[2]發現利用植物產生的農業廢物作為纖維增強劑在水泥中應用可以獲得較好性能。

雖然我國自然資源非常豐富，但多數屬于不可再生的資源，在這樣的發展背景之下，能源的需求量與時代發展的步伐就會出現不匹配的情況[3]。隨著社會經濟的不斷發展和城鎮化的不斷加快，城鎮產生的生活垃圾數量逐年增加，已經成為影響人體健康和環境安全的重要因素，也是城市亟需解決的關鍵問題之一。對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，本研究針對生活垃圾中的紅色胡蘿卜，將其通過榨汁機制備成汁來進行試驗。探索紅色胡蘿卜汁替代水對水泥基材料抗壓強度、抗折強度、孔隙率和吸水率等指標的影響規律，并探索孔隙率與其他3個指標之間的相互關系，分析紅色胡蘿卜汁替代水制備水泥基材料的可能性，達到在水泥基材料中使用生活垃圾的目的，為后期生態水泥基材料的制備提供試驗參考。

1 材料與方法

1.1 原材料

水泥采用貴州P·O42.5級的普通硅酸鹽水泥，胡蘿卜汁采用廢棄紅胡蘿卜通過榨汁機榨出胡蘿卜汁后，過80 μm篩網濾汁后裝瓶備用。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，水則采用實驗室的自來水。

1.2 試驗方法

經過多次試配，對照組配合比如表1所示。試驗參考《水工混凝土試驗規程》(SL 352—2019)的相關方法成型，試件成型24h后拆模，并對試件進行編號，在標準養護室(溫度為(20±2)℃，相對濕度≥95%)進行養護，養護到相應的齡期后參照《普通混凝土力學性能試驗方法標準》(GB/T 50081—2016)等標準測試其抗折強度、抗壓強度和不同時間的吸水量，并參考文獻[4]計算出砂漿的吸水率和孔隙率。

表1 對照組配合比

2 結果與分析

2.1 抗折強度

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

(a)水膠比為0.45

(b)水膠比為0.30圖1 砂漿的抗折強度

2.2 抗壓強度

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

(a)水膠比為0.45

(b)水膠比為0.30圖2 砂漿的抗壓強度

2.3 吸水率

紅胡蘿卜汁對水泥基材料的吸水率的影響規律如圖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。且當紅胡蘿卜汁的摻量為5%時水泥基材料的吸水率達到最低，7 d 時的吸水率減小了2.32%，28 d時的吸水率減小了3.65%。并且根據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的吸水率變化相對較小，尤其在28 d較為突出。當水膠比為0.3時，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律基本一致，隨著摻量的增加呈先減小后增加的趨勢。

(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

紅胡蘿卜汁對水泥基材料孔隙率的影響規律如圖4所示，當水膠比為0.45時，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，且紅胡蘿卜汁在摻量為5%時孔隙率最低，7 d時與空白組相比減小了4.72%，28 d時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。當水泥基材料的水膠比為0.3時，紅胡蘿卜汁替代水制備水泥基材料孔隙率的影響規律與水膠比為0.45時水泥基材料的影響規律基本一致，均是摻量為5%時孔隙率最低，在7 d時較空白組減小了6.52%，28 d時較空白組減小了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 論

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

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護齡期的延長而減小，隨摻量的不斷增加呈先減小后增加的趨勢。在替代率為5%時，水泥基材料的吸水率和孔隙率最小。

綜合研究發現，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性能、孔隙率和吸水率等指標。

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