邢珊珊, 董 莪, 劉杰勝

(武漢輕工大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院，湖北 武漢 430023)

低溫稻殼灰水泥砂漿制備及性能研究

邢珊珊, 董 莪, 劉杰勝

(武漢輕工大學(xué) 土木工程與建筑學(xué)院，湖北 武漢 430023)

稻殼灰作為一種新型綠色環(huán)保節(jié)能的材料，在建筑材料中有廣闊的發(fā)展前景。本研究在水泥砂漿中添加低溫稻殼灰，與空白組進(jìn)行對比，系統(tǒng)性的研究了試件的基本性能。試驗(yàn)結(jié)果表明，摻加稻殼灰的水泥砂漿試樣較空白組，吸水率、保水率、稠度增大，而抗壓強(qiáng)度減小，且隨著稻殼灰摻加比例的增加，低溫稻殼灰水泥砂漿的吸水率、保水率、稠度逐漸變大，而抗壓強(qiáng)度有所降低。

稻殼灰；吸水率；保水率；稠度；抗壓強(qiáng)度

1 引言

稻殼灰是一種新型綠色環(huán)保材料，具有環(huán)保、節(jié)能的特點(diǎn)，同時(shí)，我國年產(chǎn)稻殼數(shù)量龐大，因此制備建筑材料過程中，充分有效利用稻殼灰具有顯著意義?？傮w來說，稻殼灰是綠色、環(huán)保、價(jià)格低廉、性能良好的建筑材料，在建筑材料上的發(fā)展應(yīng)用應(yīng)得到建筑界的高度重視，對其進(jìn)行全面開發(fā)利用。我國作為年消耗稻米和混凝土都非常大的發(fā)展中國家，稻殼灰在國內(nèi)的發(fā)展?jié)摿艽骩1]。

稻殼灰中含有較多的SiO2，煅燒良好的無定形稻殼灰具有很高的活性。以往研究表明，稻殼灰與粒狀高爐礦渣、硅灰及粉煤灰等礦物質(zhì)一樣，可以對水泥和混凝土的性能起到明顯的改善作用[2]。

本文通過系統(tǒng)性地研究低溫稻殼灰水泥砂漿的基本性能，為稻殼灰作為綠色環(huán)保節(jié)能材料在建筑材料中的廣泛應(yīng)用提供參考。

2 試驗(yàn)材料及試驗(yàn)方法

2.1 試驗(yàn)材料與所用儀器

2.1.1 試驗(yàn)原材料

稻殼：采用湖北省本地所產(chǎn)的稻殼，放入立體高溫爐之前過篩，除去其中的雜質(zhì)和灰塵；

水泥：華新水泥，規(guī)格為P.O42.5普通硅酸鹽水泥；

砂：選用普通河砂；

水：試驗(yàn)全程采用自來水。

2.1.2 儀器

水泥砂漿攪拌機(jī)，立體高溫爐，高速粉碎機(jī)，稠度儀，壓力試驗(yàn)機(jī)，水泥抗折抗壓試驗(yàn)機(jī)，電子稱。

2.2 試驗(yàn)試樣制備

2.2.1 低溫稻殼灰制備

稻殼過篩去除雜質(zhì)和灰塵后，放入立體高溫爐中，溫度設(shè)置為400度，開始加熱。溫度達(dá)到400度后，煅燒3個(gè)小時(shí)斷開儀器開關(guān)。將稻殼灰取出在室內(nèi)冷卻，溫度降至室溫后，用高速粉碎機(jī)將稻殼灰磨碎，過180目篩，制備試驗(yàn)需要的低溫稻殼灰原材料。

2.2.2 低溫稻殼灰水泥砂漿制備

水泥、砂、水依照1:2:0.4的比例配比，稻殼灰按照水泥量的5%、8%、10%三個(gè)比例摻入，制備稻殼灰水泥砂漿。并以《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》(GB50081)為依據(jù)，將低溫稻殼灰水泥砂漿試樣標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)28天，測試其基本物理性能[3]。

2.3 試驗(yàn)方法

2.3.1 吸水率

本研究中吸水率試驗(yàn)方法參照GB/T11970—1997，時(shí)長48 h，公式如下：

W—水泥砂漿吸水率，%；

m0—水泥砂漿試樣烘干后的初始質(zhì)量(將養(yǎng)護(hù)28天的水泥砂漿試樣放入電熱鼓風(fēng)干燥箱內(nèi)，溫度為75℃，放置4 h后測試的質(zhì)量)，g；

mg—水泥砂漿試樣吸水后的質(zhì)量(將烘干的試塊在水中浸泡48 h后測得的質(zhì)量)，g。

2.3.2 保水率

本試驗(yàn)參考DIN1555-7中無機(jī)膠凝材料砂漿的保水率檢驗(yàn)方法，測試新拌水泥砂漿經(jīng)濾紙吸水5 min后試樣保留的水量與吸水前試塊本身含水量的比值。計(jì)算公式如下：

R—保水率，100%；

Z—試驗(yàn)初始用水量，g；

X—吸水后濾紙重量，g；

V—吸水前濾紙重量，g。

2.3.3 稠度

參考JGJ/T70—2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測試[4]。

2.3.4 抗壓強(qiáng)度

抗壓強(qiáng)度測試的試樣尺寸為70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm，根據(jù)GB/T50081-2002《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中的檢測方法，采用壓力試驗(yàn)機(jī)對水泥砂漿試塊進(jìn)行測試，并記錄試塊所能承受的最大壓力值，根據(jù)抗壓強(qiáng)度公式求出抗壓強(qiáng)度值[5]。

3 結(jié)果與討論

3.1 吸水率

表1 吸水率試驗(yàn)結(jié)果

摻加稻殼灰比例吸水率平均值(%)不摻加稻殼灰7．295%7．358%7．4110%7．89

表1為低溫稻殼灰水泥砂漿吸水率試驗(yàn)結(jié)果，由該表可以看出，低溫稻殼灰水泥砂漿試件組較空白樣試件吸水率變大，且隨著稻殼灰的摻加量逐漸增大，吸水率也隨之增加?？瞻捉M水泥砂漿試樣的吸水率為7.29%，當(dāng)?shù)練せ覔郊颖壤黾拥?0%時(shí)，低溫稻殼灰水泥砂漿的吸水率增大為空白組的8%左右?？赡茉蚴堑練ぶ泻屑s20%的無定形硅，低溫煅燒下的稻殼灰，具有很好的微集料填充效應(yīng)，且稻殼灰自身為吸水材料，稻殼灰摻量越多，水泥砂漿的空隙越大，吸水率就會(huì)相應(yīng)地增大[6]。

3.2 保水率

表2 保水率試驗(yàn)結(jié)果

保水率是指經(jīng)濾紙吸水后新拌砂漿保留的水量與新拌水泥砂漿初始含水量的比值，作為砂漿的一個(gè)重要指標(biāo)，砂漿的保水性能不僅可以讓砂漿與基層之間產(chǎn)生良好的粘結(jié)，而且可以使水泥充分水化[7]。表2為低溫稻殼灰水泥砂漿保水率試驗(yàn)結(jié)果，由該表可知，隨著稻殼灰摻加比例的增加，低溫稻殼灰水泥砂漿保水率逐漸增加。稻殼灰能有效提升新拌水泥砂漿保水率，空白組水泥砂漿試樣的保水率為95.7%，摻加10%的稻殼灰時(shí)，新拌水泥砂漿保水率已在 98%以上。

可能歸因于被磨細(xì)后的稻殼灰，較水泥顆粒能“裹附”更多的水，使得摻加稻殼灰的低溫稻殼灰水泥砂漿保水率較空白組水泥砂漿而言更大，且隨著稻殼灰摻加比例的增加逐漸增大。

3.3 稠度

表3為低溫稻殼灰水泥砂漿稠度試驗(yàn)結(jié)果，稠度代表水泥砂漿的流動(dòng)性，稠度值越大表示砂漿流動(dòng)性也越大。由該表可以看出，不摻加稻殼灰的水泥砂漿稠度為1.45 cm，摻加稻殼灰之后，隨著稻殼灰摻加比例的增大，稠度呈不斷增加的趨勢。水泥砂漿稠度越大，表示越稀，即其流動(dòng)性越大。由于稻殼灰中的二氧化硅排列疏松，在水泥砂漿中形成一定的空隙，使得低溫稻殼灰水泥砂漿的稠度增加。本試驗(yàn)制備的水泥砂漿稠度在合理范圍內(nèi)，具有良好的工作性能[8]。

表3 稠度試驗(yàn)結(jié)果

3.4 抗壓強(qiáng)度

雖然水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度指標(biāo)相對于其他性能指標(biāo)而言要求相對校低，但力學(xué)性能是其最基本也是最重要的性能指標(biāo)之一，試驗(yàn)結(jié)果見表4。

表4 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

摻加稻殼灰比例14d抗壓強(qiáng)度平均值(MPa)28d抗壓強(qiáng)度平均值(MPa)不摻加稻殼灰4554．05%44．852．18%44．650．710%44．449．2

由表4可以看出摻加稻殼灰的水泥砂漿與空白組水泥砂漿相比，14天和28天的抗壓強(qiáng)度均有所下降，并且隨著稻殼灰摻加量的增加，14天和28天的抗壓強(qiáng)度均隨之減小。由表中數(shù)據(jù)可以看出，14天的空白組水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度已經(jīng)達(dá)到28天的百分之八十左右，14天的抗壓強(qiáng)度受稻殼灰摻加比例的影響較28天相對弱一些。

摻入稻殼灰后水泥砂漿的14天和28天的抗壓強(qiáng)度均有所降低，而且隨著稻殼灰摻加量的增加，14天和28天的水泥砂漿抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)降低的趨勢。其可能原因是由于稻殼灰的加入，水泥砂漿的孔隙率提高，且稻殼灰材料密度較水泥、砂石骨料小，分散在砂漿內(nèi)部，使得水泥砂漿整體的密實(shí)度降低，導(dǎo)致水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度降低[9]。

4 結(jié)論

稻殼灰是一種火山灰質(zhì)膠凝材料，一方面可以利用稻殼灰制備過程中的熱能，另一方面能夠增加生產(chǎn)水泥的原料來源，減少建筑材料成本，可以說是充分利用稻殼資源、減少環(huán)境污染的好方法[10]。本文在水泥砂漿中摻加經(jīng)400度溫度煅燒的稻殼灰，以水泥砂漿中稻殼灰的摻加比例為變量，對低溫稻殼灰水泥砂漿的基本性能進(jìn)行系統(tǒng)性的試驗(yàn)研究。試驗(yàn)結(jié)果表明：水泥砂漿中稻殼灰摻加比例逐漸增加，隨之，稻殼灰水泥砂漿的吸水率增大，保水率增加，稠度變大，抗壓強(qiáng)度減小。

[1] 侯貴華,許仲梓.稻殼制備高性能材料研究進(jìn)展[J].硅酸鹽學(xué)報(bào)，2006,34(2)：204-208.

[2] 劉杰勝,張娟,馮彪等.相變儲(chǔ)能保溫砂漿的制備、性能與應(yīng)用研究[J].武漢輕工大學(xué)學(xué)報(bào)，2014,33(3):84-86.

[3] 木子佳靚,劉杰勝,李繼祥等.有機(jī)硅聚合物防水抗裂砂漿性能研究[J].武漢輕工大學(xué)學(xué)報(bào)，2014,33(1):81-84.

[4] 侯貴華,許仲梓.稻殼制備高性能材料研究進(jìn)展[J].硅酸鹽學(xué)報(bào)，2006,34(2):204-209.

[5] 梁至柔,王培銘,張國防.聚合物干粉改性EPS保溫砂漿及實(shí)用性研究[J].新型建筑材料，2004(10) : 48-51.

[6] 劉數(shù)華,閻培渝.石灰石粉對水泥漿體填充效應(yīng)和砂漿孔結(jié)構(gòu)的影響[J].硅酸鹽學(xué)報(bào)，2008(1) : 69-72.

[7] 余其俊,趙三銀,馮慶革等.活性稻殼灰對混凝土強(qiáng)度和耐久性的影響[J].武漢理工大學(xué)學(xué)報(bào)，2003,25(2):15-19.

[8] 莊一舟,鄭海彬,季韜,梁詠寧.稻殼灰替代硅灰對超高性能混凝土性能影響的試驗(yàn)研究[J].混凝土與水泥制品，2012,6:10-14.

[9] Chmielewsha B,Czarnechi L,Sustersic J,et al.The influence of silane coupling agents on the polymer mortar[J].Cem Concr Compos，2006(28) : 803-810．

[10] 李振國,張亞芬,王小鵬等.摻納米 SiO2 /稻殼灰 /粉煤灰水泥基材料性能的試驗(yàn)研究[J].硅酸鹽通報(bào)，2013,32(6):1017-1021.

The preparation and performance of low temperature RHA cement mortar

XING Shan-shan,DONG E,LIU Jie-sheng

(School of Engineering and Architecture，Wuhan Polytechnic University，Wuhan 430023，China)

Rice husk ash as a new type of green environmental protection and energy saving materials, has a wide development prospect in building materials. In this paper, the low temperature rice husk ash is added in the cement mortar,and compared with the blank group, the basic properties of the low temperature rice husk ash cement mortar has carried on with the systematic research. Test results show that adding rice husk ash cement mortar specimens compared with blank group, water absorption,water retention and consistency increased, and the compressive strength reduced. With the increase of rice husk ash mixed with proportion, the low temperature rice husk ash cement mortar water absorption,water retention and consistency increases gradually, and the compressive strength reduced.

rice husk ash; water absorption; water retention rate; consistency; compressive strength

2016-05-31. 回修日期：2016-11-09.

邢珊珊(1994-)，女，碩士研究生， E-mail:2427213669@qq.com

2095-7386(2016)04-0058-03

10.3969/j.issn.2095-7386.2016.04.011

TU 528.72

A