稻壳灰作混凝土掺合料的试验研究.pdf

2 0 1 4年第 5期 5月 混 凝 土 与 水 泥 制 品 CHI NA CONCRETE AND CEMENT PRODUCTS 2 01 4 No 5 Ma v 稻壳灰作混凝土掺合料的试验研究 明 阳， 李 杰 ， 张凯峰， 孙 冲 ， 向佳瑜 ( 中建商品混凝土有限公司， 武汉 4 3 0 0 7 0 ) 摘要 ： 通过试验分析 了高温稻壳灰 的各项性 能， 并通过研 究稻 壳灰粉磨 细度和活性确定 了稻壳灰粉磨 时间为 3 0 mi n ， 通过 胶砂 和混凝土试验确定 了稻 壳灰作 混凝 土掺合 料的适宜掺量为 2 O ， 采 用电通量 法研 究 了稻壳灰对 混 凝土氯 离子渗透性的影响 ， 结果表 明， 掺 2 O 稻壳灰后混凝土抗氯离子 渗透性 能得到 改善 。 关键词 ： 稻 壳灰 ； 混凝 土； 掺合料 ； 氯 离子渗透 Ab s t r a c t ： T h p e r f o r ma n c e o f h i g h - t e mp e r a t u r e ri c e h u s k a s h i s a n a l y z e d I t i s d e t e r mi n e d t h a t t h e g r i n d i n g t i me i s 3 0 mi n u t e s b y s t u d y i n g t h e a c t i v i t y a n d g ri n d i n g f i n e n e s s o f ri c e h u s k a s h ，a n d t h e o p t i ma l c o n t e n t o f ri c e h u s k a s h i s 2 0 i n t h e c e me n t i t i o u s ma t e r i a l b y mo r t a r a n d c o n c r e t e t e s t s I n a d d i t i o n t h e c h l o ri d e i o n p e n e t r a t i o n o f c o n c r e t e i S s t u d i e d u s i n g t h e e l e c t ri c fl u x me t h o d T h e r e s u h s h o ws t h a t t h e c h l o r i d e i o n p e n e t r a t i o n o f c o n c r e t e i s i mp r o v e d wh e n 2 0 o f t h e ri c e h u s k a s h i s a d d e d i n c o n c r e t e Ke y wo r d s ： Ri c e h u s k a s h ； C o n c r e t e ； Ad mi x t u r e ； C h l o ri d e i o n p e n e t r a t i o n 中图分类号 ： T U 5 2 8 文献标识码 ： A 文章编号 ： 1 0 0 0 4 6 3 7 ( 2 0 1 4) 0 5 8 8 一 O 3 0前言 随着建筑行业 的繁荣 ，混凝土产量不断增大 ， 需要的矿物掺合料越来越多， 传统的硅灰 、 矿粉 、 粉 煤灰资源变得 紧张f 1 ， 这些传统的废弃 物早 已变为 资源， 价格不断飙升， 寻求新的掺合料势在必行 。 稻壳是稻谷加工 中最主要的副产品 。 产量大价 格低。 稻壳通过煅烧后残留物中的无定形 S i O 含量 较高 ， 具有很高的火 山灰活性 ， 对水泥基材料有强 烈 的增强改性作用翻 。但 由于焚烧温度对稻壳灰 的 活性影响非常大【 ， 再加上现有 电厂焚烧稻壳不纯 等原因 ， 造成稻壳灰 中无定形 S i O 含量偏低 ， 各 电 厂稻壳灰质量参差不齐 ， 故综合利用率不高。本试 验 以电厂生产 的高温掺杂稻壳灰为原材料 ， 研究确 定其作为混凝土掺合料的制备及配制技术 。 1 原材 料及 方 法 1 1试验原 材料 水泥选用 P 0 4 2 5级水泥 ：砂为天然河砂 。 细 度 模数 2 7 ； 碎 石 为 矿 山开 采 ， 粒 径 5 - 2 5 mm连 续 级 配 ； 高效减水剂为聚羧酸高效减水剂 ， 含 固量 2 0 ； 矿粉为武钢产 ， 比表面积 4 0 0 m V k g ： 稻壳灰的主要化 学成 分见 表 1 ， 矿 物组 成见 图 1 。 分析可 知 ，稻 壳灰 的主要 化学 成分 为 S i O ： 、 C a O、 A 1 0 3 ，还有较高含量的 Mg O、 F e 0 3 、 K 2 0等 ， 由 于 目前电厂焚烧物质不是单纯稻壳 ，掺有秸秆等 ， 表 1 稻壳灰的化学成 分 S i O 2 A 1 2 0 3 F e z 0 3 C a O Mg O K 2 0 N a 2 0 S 0 3 1 ) 2 0 5 C 1 6 6 3 9 7 49 302 1】2 7 4 7 6 264 0 70 0 6 】73 0 3 8 8一 1 s i 0 I 2 俄 满 柏 长 石 3 K C l 2 jl 。 1 L 1 O 2 O 3O 4 0 5 O 6 O 7O 8 O 2 0 。 图 1稻 壳 灰 的 XRD图 谱 所 以 S i O 含量偏 低 ；该稻 壳灰 主要 矿 物组成 为 S i O ： 、 低温钠长石 、 K C 1 等 ， 由于高温煅烧工艺和掺 杂秸秆等 ， 不像纯稻壳低温煅烧那样绝大部分为非 晶态 S i O ， 相当一部分发生了晶型转变 ， 由图谱上 的 弥散衍射峰可看 出， 仍有部分 S i O ： 处于非晶状态。 使用 日本产 J S M一 5 6 1 0 L V型扫描电子显微镜对 粉磨 3 0 m i n的稻壳灰进行微观形貌分析 如图 2所 示。由图 2可以看 出， 粉磨后 的稻壳灰粉体颗粒呈 不规则形 状 ， 由大小不一 的颗粒堆积 而成 ， 粉体颗 粒粒径在几 m到几十 m之间 ，从高放大倍数图 ( a ) 放大 1 0 0 0倍 ( b ) 放大 1 0 0 0 0倍 图 2 稻壳灰放大不 同倍数 的 S E M照片 0 O O O O O O O 吣 吣 7 6 5 4 3 2 1 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 明 阳， 李杰 ， 张凯峰 ， 等 稻壳灰作混凝土掺合料的试验研究 片可以看到 。稻壳灰超细粉 团聚在大颗粒周围 ， 由 于焚烧后稻壳灰易磨性极佳 且稻壳灰 内部多呈松 散结构密度较低 ， 所以极易被吸附。 1 2 试 验 方法 参 照 G B T 8 0 7 4 -2 0 0 8 水 泥 比表 面积 测 定 方 法( 勃氏法 ) 测试粉体 比表面积 ； 参照 G B T 1 7 6 7 1 1 9 9 9 4 水泥胶砂强度检验方法 ( I S O法 ) 测试胶砂力 学性能 ： 参照 G B T 5 0 0 8 0 -2 0 0 2 ( 普通混凝 土拌合 物性能试验方法标准测试混凝土拌合物性能 ； 参 照G B T 5 0 0 8 1 -2 0 0 2 普通混凝土力学性能试验方 法标准 测试各龄期 的 昆 凝 土力学性能 ； 参 照 G B T 5 0 0 8 2 -2 0 0 9 普通混凝土长期性能和耐久性能试 验方法标准 测试混凝土耐久性能 。 2试 验结 果及 讨论 2 1 粉 磨 时 间对 细度 的影 响 采用球磨机对稻壳灰进行粉磨 ， 通过激光粒度 测试及 4 5 1x m筛余来评价粉磨稻壳灰细度及粉磨时 间对稻壳灰细度影响 ， 试验结果见表 2 。 表 2不 同粉磨时间对稻壳灰细度 的影响 由表 2可 以看 出 ，随着稻 壳灰粉磨时 间的延 长 稻壳灰 D 5 0粒径和 4 5 p m筛余均逐渐 降低 。 稻 壳灰越来越细 ， 粉磨 2 0 mi n稻壳灰 比原灰 明显细得 多 但粉磨 4 0 mi n的稻壳灰 比粉磨 3 0 m i n的稻壳 灰 4 5 1x m筛余 只下降 0 5 ，也就是说粉磨达到一定时 间， 稻壳灰 的细度很难再增加 。从激光粒度和筛余 结果来看 ， 稻壳灰粉磨时间不宜超过 3 0 mi n ， 粉磨 时 间过 长 只会 造 成 电耗 大幅度 增 加 。 2 2 不同粉磨时间稻壳灰对胶砂强度的影响 矿物掺合料的细度对其活性的发挥至关重要 ， 将分别粉磨 0 mi n 、 2 0 m i n 、 3 0 m i n 、 4 0 r n i n的稻壳灰统 一 替代 3 0 水泥进行胶砂试验 ， 各龄期强度测试结 果 见表 3 由表 3可以看 出， 随着粉磨 时间的增加 ， 胶砂 各龄期强度不断增加 ，说 明随着粉磨时间的增 加 ， 表 3 不 同粉磨时 间稻壳灰胶砂试验结果 稻壳灰 的活性逐渐增加 。掺未粉磨稻壳灰胶砂各龄 期强度明显低于粉磨后稻壳灰胶砂 ， 说明机械粉磨 对稻壳灰的物理激发作用明显。不 同粉磨时间试验 结果对 比发现 ， 随着粉磨 时间的延长虽然各龄期强 度不断增加 ， 但 当粉磨时间超过 3 0 m i n后各龄期强 度 增 幅 较小 ， 说 明随 着粉 磨 时 间 的增 加稻 壳 灰 的 活 性并不是直线增长 ， 达到一定 细度后其活性很难再 提高 ， 所以稻壳灰适宜粉磨时间为 3 0 m i n 。 2 _ 3 不 同掺量 稻壳 灰 对胶砂 强 度 的影 响 由于矿物掺合料 自身不能水化 必须在有水 泥 熟料水化产生足够 的 C a ( O H) 条件下逐渐发挥其 火 山灰效应 ， 所以 ， 矿物掺合料替代水泥量是有一 定限度的 ，为寻找磨细稻壳灰的适宜替代范围， 开 展 了不 同掺量稻壳灰对胶砂强度影响试 验 ， 试验选 取 5 3 0 不 同掺量进行试验 ， 试验结见表 4 。 表 4 不 同掺量 稻壳 灰胶砂试验 由试 验结果 可见 ，随着磨细稻壳灰掺量 的增 加 ， 胶砂各龄期抗折 、 抗压强度均不断降低 ， 但一定 掺量范 围内， 随着磨细稻壳灰掺量的增加其强度下 降幅度较低 。从试验结果看 ，当稻壳灰掺量超过 2 0 时胶砂强度下降幅度增加明显 ，推测稻壳灰作 为混凝土掺合料掺量宜控制在 2 0 以内。 2 4 磨细稻壳灰对混凝土性能的影响 为研究磨细稻壳灰对混凝土性能的影响 ， 试验 选取 C 6 0混凝土为研究对象 ， 采用粉磨 3 0 rai n稻壳 灰进行 试验 ，稻壳灰掺量 以 2 0 作为参考进行调 整 ， 表 5为混凝 土配合 比及相应的试验结果。 从 试 验 结 果 可 以看 出 随着 稻 壳 灰 掺 量 的 增 加 ， 混 凝 土强 度先 增加 后减 小 ， 当掺 量为 1 0 0 k g时各 龄期抗压强度达到最大 ， 这可能和磨细稻壳灰 的物 理特性和化学活性有关 粉磨 3 0 m i n的稻壳灰颗粒 主要集中在 4 t x m以下 少量磨细稻壳灰可以填充在 水泥颗粒 和粗矿粉颗 粒之间I 51 ， 使胶材体系更加 密 实 ， 从而使混凝土 的整体密实度增加 ： 同时 ， 稻壳灰 在水泥水化产生的 C a ( O H)： 激发下能发生火 山灰 反应 ，稻壳灰的水化产物也能给混凝土提供强度 。 随着磨细稻壳灰掺量 的增加 ， 过多 的超细粉不仅不 能起到 密实作用嘲， 还导致粉体 比表面积增大需水 一 8 9 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m 2 0 1 4年第 5期 混凝土与水泥制品 总第 2 1 7期 量增大，表现为混凝土坍落度和扩展度大 幅减小 ， 此外 ， 稻壳灰的水化活性远不及水泥， 所 以， 大量掺 加磨细稻壳灰势必降低混凝土强度 。 虽然稻壳灰多孔有较大的内比表面积 但通过 超细粉磨破坏 内部结构后 在高效减水剂的作用下 仍能保持 良好的工作性能。 从试验结果来看 ， C 6 0混 凝土最适宜配合比为 ：水泥 3 0 0 k m 、磨细稻壳灰 l O O k m。 、 矿粉 1 0 0 k # m 、 碎石 1 0 5 0 k g m 、 砂 7 6 0 k # m 、 水 1 5 0 k g ms 外加剂 7 5 k g m 。 2 5 稻壳灰对混凝土氯离子渗透性的影响 钢筋对混凝土结构耐久性 的影响至关重要 ， 据 统计 ， 4 0 以上混凝土结构破坏因钢筋锈蚀而引起 ， 而造成钢筋锈蚀的主要原 因是氯离子侵蚀同 。故氯 离子扩散性能直接关系到混凝土结构 的服役寿命 。 本试验采用 电通量法对基准混凝土和稻壳灰混凝 土进行氯离子渗透性对比试验。表 6为电通量试验 用混凝土配合 比、 坍落度 、 5 6 d强度及相应混凝土试 件标准养护 5 6 d后电通量试验结果。 表 6电通量试验用混凝土配合 比及试验结果 由试验结果可知， 掺 2 0 稻壳灰和 2 0 矿粉的 混凝土标养 5 6 d后 ， 6 h电通量值 明显低于基准混凝 土。根据电通量法试验结果评价标准可知 ， 该混凝 土的氯离子渗透性很低 。由此可知 ， 掺磨 细稻壳灰 后混凝土的抗氯离子渗透性能大大提高。这跟磨细 稻壳灰有大量超细粉有关 ， 超细粉可填充在水泥颗 粒和矿粉颗粒之间 ， 增加粉体 间的密实度 ， 氯离子 主要是通过混凝土 中细孔及缺陷渗透到混凝 土内 部用 ， 故浆体密实可提高混凝土的抗氯离子渗透性。 3结论 ( 1 ) 高温稻壳灰主要矿物组成为 S i O 、 低温钠长 石、 K C 1 等 ， S i O 相当一部分发生 了晶型转变 ，粉磨 后粉体颗粒呈不规则形状 ，粒 径在几 x m到几 十 m之间， 易吸附团聚。 ( 2 ) 机械粉磨对稻壳灰 的物理激发作用 明显 ， 但粉磨时间不宜超过 3 0 m i n ，达到一定细度后其活 性很难再通过物理激发提高。 ( 3 ) 少量磨细稻壳灰可填充在水泥颗粒之 间 ， 使胶材体系更加密实， 但过多的超细粉会使粉体 比 表面积增大而增大需水量 ，表现为混凝 土坍落度 、 扩展度大幅减小和混凝土强度降低 稻壳灰作掺合 料配制混凝土的适宜掺量为 2 0 。 ( 4 ) 采用磨细稻壳灰做掺合料配制混凝土充分 一 9 0一 发挥了稻壳灰的填充作用和火山灰活性 ， 大大提高 了混凝土的抗氯离子渗透性。 参考文献 ： 1 】 明阳， 陈平， 刘荣进， 等 不 同砖渣掺量混凝土试验研究 J 混 凝土 2 0 1 2 ( 1 ) ： 1 2 3 1 2 5 【 2 】 P K M e h t a R i c e H u s k A s h A u n i q u e s u p p l e m e n t a r y C e m e n t i n g m a t e ri a l f J 1 A d v a n c e s i n C o n c r e t e T e c h n o l o g y 【 C A - t h e n s ， Gr e e c e ， 1 9 9 2 ： 4 0 7 4 3 1 3 J S o u s a C o u t i n h o n e c o mb i n e d b e n e fi t s o f G P F a n d R H A i n i mp r o v i n g t h e d u r a b i l i t y of c o n c r e t e s t r u c t u r e s J C e m e n t C o n c r e t e C o mp o s i t e s ， 2 0 0 3 ， 2 5 ： 5 1 - 5 9 【 4 姚燕 ， 王玲， 田培 高性能混凝 土【 M 】 北京： 化学 工业 出版社 ， 2 00 6 f 5 杨静， 李 滢 矿物 掺合料 的颗粒级 配对 高性 能混凝土浆 体 材料力学性能的影响 J 工业建筑，2 0 0 3 ， 3 3 ( 6 ) ： 5 5 5 8 【 6 】 李春秋， 李克 非 干湿交替下表层混凝土 中氯 离子传输 ： 原 理、 试验和模拟 J 硅酸盐学报， 2 0 1 0 ， 3 8 ( 4 ) ： 5 8 1 5 8 8 7 】肖佳， 邓德华， 唐咸燕， 等 矿渣和石灰石粉双掺对混凝 土抗 氯离子渗透性 能影 响的试验 J 工业建 筑， 2 0 0 7 ， 3 7 ( 1 0 ) ：7 3 7 5 收稿 日期 ： 2 0 1 4 0 3 2 5 作者简介 ： 明阳( 1 9 8 6 一 ) ， 男 ， 硕士研 究生。 通讯地址 ： 武汉市洪 山区珞狮南路 2 4 8号 联 系电话 ： 1 8 1 7 1 4 5 1 3 0 8 E - ma i l ： my 5 7 4 0 8 1 6 6 71 2 6c o m 学兔兔 w w w .x u e t u t u .c o m