電廠稻殼灰不同摻量對混凝土性能影響的試驗(yàn)研究①

楊迎春, 姚興貴, 吳照學(xué)

(安徽農(nóng)業(yè)大學(xué)，安徽 合肥 230036)

0 引 言

近年來，很多生物質(zhì)燃料發(fā)電廠開始嘗試?yán)棉r(nóng)業(yè)廢棄物稻殼燃燒發(fā)電,由此就產(chǎn)生了大量的電廠稻殼灰，為這些電廠稻殼灰找到合適的應(yīng)用途徑有著很大的現(xiàn)實(shí)意義。研究表明[1～6]，稻殼在600°C以下焚燒所得的低溫稻殼灰中SiO2含量很高,具有很高的火山灰活性, 與粉煤灰、粒狀高爐礦渣等火山灰材料一樣,能夠明顯改善水泥和混凝土的性能，是一種理想的綠色環(huán)?；炷粱钚缘V物摻料。文獻(xiàn)7中指出生物質(zhì)燃料發(fā)電廠氣化爐內(nèi)的溫度大約為600°C-850°C，并且稻殼在燃燒成灰的整個過程中經(jīng)歷高溫區(qū)域的時間很短, 電廠稻殼灰中的SiO2依然具有一定火山灰活性。因此嘗試將電廠稻殼灰摻入混凝土中，研究不同摻量的電廠稻殼灰對混凝土性能的影響，探索電廠稻殼灰作為混凝土活性摻合料的最佳摻加比例。

1 試 驗(yàn)

本文的試驗(yàn)過程是將電廠稻殼灰等質(zhì)量替代水泥(替代率分別采用3%、5%、8%、10%)，按照一定配合比制成水泥膠砂試件和混凝土試塊，分別測試各試件的強(qiáng)度及工作性能，并與相應(yīng)的空白試件進(jìn)行比較，研究電廠稻殼灰作為混凝土摻合料的最佳摻量。

1.1 試驗(yàn)材料

試驗(yàn)所選用的水泥為P.O32.5級水泥。砂子為天然河砂，細(xì)度模數(shù)2.76。石子為人工開采碎石，最大粒徑為27mm，連續(xù)級配。

試驗(yàn)中所選用的稻殼灰由山西某稻殼灰發(fā)電廠提供，文獻(xiàn)8中指出機(jī)械粉磨可以激發(fā)稻殼灰的活性，而稻殼灰最適宜的粉磨時間為30min，故試驗(yàn)開始前對電廠稻殼灰先經(jīng)30min研磨后，再通過直徑為80μm的篩子篩選出所用稻殼灰。

2.2 水泥膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)

水泥膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)參照GB/T17671-1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO法) 》進(jìn)行。分別用0%、3%、5%、8%、10%的稻殼灰等質(zhì)量替代水泥， 制成試樣并尺寸為40mm×40mm×160mm的標(biāo)準(zhǔn)膠砂試件，在養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)，在抗壓抗折一體機(jī)上分別測定7d和28d的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。試驗(yàn)結(jié)果見圖1和圖2。

通過水泥膠砂試驗(yàn)結(jié)果可以看出，電廠稻殼灰的摻入使得水泥基試塊的抗壓和抗折強(qiáng)度降低，但電廠稻殼灰摻量為3%、5%的水泥基試塊相比較空白組強(qiáng)度相差不大，而當(dāng)電廠稻殼灰摻量達(dá)到8%時，混凝土強(qiáng)度下降較大。由此可推測，5%以下的稻殼灰摻入量對水泥膠砂強(qiáng)度影響較小，是較適合的摻加量。

1.3 混凝土坍落度及強(qiáng)度試驗(yàn)

為研究電廠稻殼灰摻入后對混凝土性能的影響，將經(jīng)過粉磨并篩選出的稻殼灰分別以0、3%、5%、8%、10%的替代率替代水泥配制水灰比為0.44的混凝土，參考 GB/T50080-2016中的試驗(yàn)方法,用混凝土坍落度來標(biāo)定新拌混凝土的流動性。然后按照GB/T50010-2010的規(guī)定,將混凝土拌合物在標(biāo)準(zhǔn)模具中制作成邊長為150mm的立方體試塊, 每組分別制作3個試塊,在標(biāo)準(zhǔn)條件下養(yǎng)護(hù)至實(shí)驗(yàn)所需的齡期,然后利用試驗(yàn)機(jī)測出各試塊的立方體抗壓強(qiáng)度值。各組混凝土的各組分配合比和測得的坍落度、強(qiáng)度值如表1所示。

表1 混凝土配合比及相應(yīng)稻殼灰混凝土試件性能試驗(yàn)結(jié)果

由表1可知，在水灰比不變的情況下，隨著稻殼灰替代水泥摻量的增加，混凝土的坍落度逐漸下降，當(dāng)替代率超過8%時，混凝土流動性明顯變差，坍落度僅為34mm。這主要是因?yàn)榈練せ伊Ｗ又泻写罅磕軌蛭交炷翝{體中水分的蜂窩狀纖維網(wǎng)絡(luò)孔[9]，這些孔隙吸附了混凝土中的自由水[10]，從而使混凝土拌和物流動性下降。此外，稻殼灰比表面積大，需水量也相應(yīng)增加。

圖1 水泥膠砂抗折強(qiáng)度

圖2 水泥膠砂抗壓強(qiáng)度

試驗(yàn)結(jié)果顯示在水灰比一定的情況下，隨著電廠稻殼灰替代水泥摻量的增加，混凝土的早期強(qiáng)度和28天強(qiáng)度總體均呈逐漸下降的趨勢。當(dāng)替代率不超過5%時，強(qiáng)度下降不明顯；當(dāng)替代率超過8%時，強(qiáng)度下降較為明顯。這當(dāng)然與電廠稻殼灰摻量增大導(dǎo)致拌和物的流動性下降，使試件不易振搗密實(shí)成型有部分關(guān)系。但同時也說明電廠稻殼灰摻量過大混凝土強(qiáng)度可能得不到保證。因此，稻殼灰替代率不超過5%時，對混凝土性能影響較小，因此將電廠稻殼灰以低于替代率5%應(yīng)用于水泥混凝土中是可行的。若電廠稻殼灰替代量超過5%時，建議適當(dāng)加入減水劑，以保證混凝土有足夠的流動性。

3 結(jié) 語

通過水泥膠砂試驗(yàn)和混凝土坍落度試驗(yàn)及強(qiáng)度試驗(yàn)研究的結(jié)果可以得出，隨著電廠稻殼灰替代水泥量的逐漸增加，水泥膠砂強(qiáng)度及混凝土強(qiáng)度都有逐漸下降的趨勢，但電廠稻殼灰摻量不超過5%時，強(qiáng)度下降不明顯。因此將電廠稻殼灰以低于替代率5%應(yīng)用于水泥混凝土中是電廠稻殼灰再利用的一種途徑。同時由于隨著電廠稻殼灰的摻入，混凝土流動性降低，建議在實(shí)際應(yīng)用中可以適當(dāng)增加混凝土減水劑的用量，以改變混凝土拌合物的流動性能。

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