普通燒制稻殼灰對水泥膠砂強度的影響①

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(宿遷學院 建筑工程系，江蘇 宿遷 223800)

引言

我國是世界上種植水稻最多的國家，稻殼資源十分豐富。稻殼中含有約20%無定形態(tài)的SiO2(蛋白石或硅膠)，是一種有價值的礦物[1-2]。稻殼如在低溫下焚燒，可以獲得無定形態(tài)的SiO2，它比表面積巨大，具有超高的火山灰活性，對水泥混凝土具有強烈的增強改性作用[3]。雖然稻殼灰潛在的價值巨大，但國內(nèi)外對稻殼灰資源化應用的研究均很有限。國外僅將稻殼灰用作低強度等級的水泥，我國在建筑上利用稻殼灰的比例也幾乎是空白。造成這種狀況的原因是，稻殼灰不是現(xiàn)成的火山灰材料，它必須在控制條件下焚燒才能制得。根據(jù)加里佛尼亞大學的報道，當?shù)練ぴ?00～700 ℃下燃燒并保持較長時間，或者在700～800 ℃下燃燒并保持較短時間，可獲得最佳性能的稻殼灰。但當燃燒溫度>800 ℃時，由于燒結(jié)作用，無定形SiO2會大量轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶SiO2，活性大大降低[4]。因此，對于大量的普通燒制稻殼灰摻入混凝土后，如何影響水泥的水化性能是稻殼灰在建筑上應用的當務之急，需要進一步的研究。

1 試驗

1.1 稻殼灰的燒制

設計如圖1所示的簡易燒制裝置。選用自然晾干后的稻殼，平鋪在設有細孔徑篩的焚燒鐵架上，厚度控制在3 cm左右。為保證稻殼充分燃燒，在稻殼上灑少許酒精助燃，并通過焚燒架下的通風口徐徐吹入空氣。待稻殼充分燃燒后，將稻殼灰收集在裝置底部的盤中冷卻。然后在球磨機中研磨120 min，即成為稻殼灰成品，如圖2所示。

圖1 稻殼灰燒制裝置

圖2 磨細后的稻殼灰

1.2 試驗方法

試驗所用水泥為P·O 32.5水泥，砂采用標準砂。水泥膠砂強度試驗參照GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法(ISO法)》進行。部分水泥用同等質(zhì)量的稻殼灰代替，替代比例分別為2%、4%和8%。將澆筑的標準膠砂試件放在養(yǎng)護箱中養(yǎng)護24 h后，拆模，再放入水中繼續(xù)養(yǎng)護。分別測試3 d、7 d和28 d的抗折強度和抗壓強度。

2 膠砂強度試驗結(jié)果及分析

水泥膠砂強度的試驗結(jié)果列于表1。不同替代率膠砂試塊的抗折強度和抗壓強度隨齡期變化的趨勢如圖3和圖4所示。

表1 水泥膠砂強度試驗結(jié)果

由表1可以看出，隨著齡期的增加，空白膠砂試件和3種稻殼灰替代率的試塊膠砂強度均有不同程度的增長。如空白膠砂試件，相對于3 d抗折強度，其7 d和28 d抗折強度分別增長45.5%和120.8%，抗壓強度分別增長24.8%和102.8%；稻殼灰替代率為2%的試塊，其7 d和28 d抗折強度分別比3 d抗折強度增長36.6%和130.9%，抗壓強度則分別增長28.0%和128.0%；替代率為4%的試塊，其7 d和28 d抗折強度分別比3 d抗折強度增長56.1%和147.5%，抗壓強度則分別增長36.7%和102.9%；替代率為8%的試塊，7 d和28 d抗折強度分別比3 d抗折強度增長47.2%和127.6%，抗壓強度則分別增長42.9%和107.9%。稻殼灰等量替代水泥后，對膠砂試件早期強度的影響較大，28 d后試件的抗折強度和抗壓強度均有較大程度的增長。

圖3 不同齡期膠砂試塊抗折強度

圖4 不同齡期膠砂試塊抗壓強度

從圖3和圖4可以看出，稻殼灰不同替代率對膠砂試件抗折強度和抗壓強度的影響趨勢基本一致。稻殼灰替代率為2%時，試件28 d抗折強度和抗壓強度均高于空白膠砂試件，分別提高6.2%和10.9%，這表明摻入少量的稻殼灰有一定的增強作用。稻殼灰替代率為4%時，對試件的早期和后期強度影響不明顯。但是，稻殼灰替代率為8%時，試件的抗折強度和抗壓強度比空白試件均有所降低，28 d齡期強度分別降低16.1%和10.9%。根據(jù)本文的研究，普通燒制的稻殼灰替代率<2%時，試件28 d抗折強度和抗壓強度均有一定程度的提高；稻殼灰替代率>8%后，水泥的膠砂強度有較大幅度的降低。

另外，比較稻殼灰等量替代水泥對膠砂試件抗折強度和抗壓強度的影響程度，在養(yǎng)護早期，抗折強度受稻殼灰替代率的影響程度大于抗壓強度，28 d齡期時，對抗折強度和抗壓強度的影響程度基本一致。

3 結(jié)論

3.1 普通燒制的稻殼灰等量替代水泥后，當替代率為2%時，試件28 d抗折強度和抗壓強度均高于空白膠砂試件，表明摻入少量的稻殼灰有一定的增強作用；當替代率為4%時，對膠砂試件的強度影響不明顯；當替代率>8%后，膠砂強度降低幅度較大。

3.2 由于燒制稻殼灰時溫度控制過高，導致活性SiO2結(jié)晶化，影響了稻殼灰活性的發(fā)揮。但是，低替代率稻殼灰在水泥混凝土中應用還是可行的。

參考文獻：

[1] Jauberthie R，Rendell F，Tamba S，etal.Origin of the pozzolanic effect of rice husks[J].ConstructionandBuildingMaterials，2000，14(8)：419-423.

[2] 黃寶祥.稻殼利用現(xiàn)狀綜述[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2007(6)：113-115.

[3] Metha P K.Properties of blended cement made from rice husk ash[J].ACIMaterialsJournal，1977，74(9)：440-442.

[4] 歐陽東.用稻殼灰開發(fā)混凝土高活性摻合料[J].糧油食品科技，2003，11(4)：41-43.