甘蔗渣灰对混凝土和易性及强度的影响.pdf

2023年4月试验与研究江西建材甘蔗渣灰对混凝土和易性及强度的影响熊个伟，王四青，李文，晏雨田，谭弘俊湖南高速铁路职业技术学院，湖南衡阳421001摘要：将甘蔗渣灰替代等质量水泥，研究不同活性及掺量甘蔗渣灰对混凝土的工作性能、抗压强度的影响。试验结果表明：甘蔗渣灰掺量在30%以下时，随着甘蔗渣灰掺量的增加，混凝土拌和物的流动性逐渐降低，但降低的幅度不大；混凝土的强度随着甘蔗渣灰掺量的增加呈现出先增加后降低的趋势，甘蔗渣灰最佳掺量为10%。通过预处理过后的甘蔗渣灰，使混凝土拌和物的流动性增大，抗压强度增强，可作为辅助胶凝材料使用。关键词：甘蔗渣灰；混凝土和易性；混凝土强度中图分类号：TU528.01文献标识码：A文章编号：10 0 6-2 8 9 0（2 0 2 3）0 4-0 0 2 4-0 3The effect of Sugarcane Bagasse Ash on the Workability andStrength of ConcreteXiong Wei,Wang Siqing,Li Wen,Yan Yutian,Tan HongjunHunan Vocational College of High-speed rail,Hengyang,Hunan 421001Abstract:Replacing equal quality cement with sugarcane bagasse ash to study the effects of different activity and dosage of sugarcanebagasse ash on the workability and compressive strength of concrete.The experimental results show that when the content of sugarcanebagasse ash is below 30%,the fluidity of the concrete mixture gradually decreases with the increase of sugarcane bagasse ash content,butthe decrease is not significant;The strength of concrete shows a trend of first increasing and then decreasing with the increase of sugarcanebagasse ash content,and the optimal content of sugarcane bagasse ash is 10%.The pre-treatment of sugarcane bagasse ash increases thefluidity and compressive strength of the concrete mixture,making it suitable as an auxiliary cementitious material.Key words:Sugarcane bagasse ash;Concrete workability;Concrete strength0引言甘蔗渣在我国产量巨大、原料集中、价廉易得且可再生，是一种环保可持续的生物质资源11。2 0 18 年，我国甘蔗种植面积约为12 3万hm，产量约为1亿t，甘蔗渣约占甘蔗质量的30%，甘蔗渣资源除了极少部分用作制浆造纸和生物炼制外，主要用作糖厂燃料，用于生产蒸汽和发电，在此过程中，可产生大量的甘蔗渣灰 2-3。每吨燃烧的蔗渣可产生2 5 40 kg的蔗渣灰分 4。近年来，随着糖类和乙醇产量的需求不断增加，甘蔗渣灰产量大幅增加。仅在中国，每年生产的甘蔗渣灰可在12 5 2 0 0 万t，如果处理不当将会引起新的环境问题。鉴于以上问题，本文主要研究甘蔗渣灰对混凝土和易性及强度的影响，为甘蔗渣灰在混凝土中的应用打下基础。1材料与方法1.1原材料（1）水泥采用南方水泥生产的P042.5级普通硅酸盐水泥，其基本性能参数见表1。表1水泥的基本参数强度抗压强度/MPa抗折强度/MPa初凝时终凝时安定性等级3d28d3d28d间/min间/min42.526.543.64.98.1131190合格（2）甘蔗渣灰为广西来宾市某糖厂锅炉中甘蔗渣在700900高温下燃烧产生的灰燃。水泥及甘蔗渣灰的主要组成见表2。表2甘蔗渣灰和水泥组成表%材料SiO2CaoFe20;Al,03SO3MgOK.0P,0C1TiO2其他甘燕渣灰53.24.212.54.23.52.112.24.41.21.41.1水泥23.554.64.75.62.84.2一一一4.6作者简介：熊伟（1990-），男，湖南益阳人，硕士，讲师，主要研究方向为高性能混凝土及固体废渣利用。基金项目：湖南高速铁路职业技术学院研究课题甘蔗渣灰在混凝土中的应用初步探讨（项目编号：GTYZC2019-02）。（3）粗骨料：石子采用湘江卵石，最大粒径为2 0 mm，表观密度为2 6 50 kg/m，堆积密度为142 0 kg/m；含泥量为0.2%，针片状含量为4%。各项指标均符合规范要求。（4）粗骨料：砂子采用湘江河砂，级配区间为区的中砂，细度模数为2.7，表观密度为2 6 2 0 kg/m，堆积密度为1540kg/m；含泥量为0.4%，氯离子含量为0.0 0 2%，坚固性为252023年4月江西建材试验与研究5%，各项指标均符合规范要求。（5）外加剂：聚羧酸高性能减水剂，含固量为2 3.2 2%，密度为1.0 7 6，减水率为2 8%，pH值为4.7，氯离子含量为0.0 2%。各项指标均符合规范要求。1.2混凝土配合比设计为了对比在不同掺量下甘蔗渣灰对混凝土和易性及强度的影响，本次试验所选用的混凝土设计强度为C30，甘蔗渣灰掺量等质量替代水泥，采用JGJ55一2 0 11普通混凝土设计规程进行混凝土配合比设计，其质量配合比见表3。表3各组试件的配合比混凝土材料用量/（kg/m）甘蔗渣甘蔗渣试件甘蔗灰掺量灰类型编号水泥砂子石子水减水剂渣灰1%SOO291073912061602.910未预S10261.929.173912061602.9110处理S20232.858.273912061602.9120S30203.787.373912061602.9130SSOO291073912061602.910已预SS10261.929.173912061602.9110处理SS20232.858.273912061602.9120SS30203.787.373912061602.91301.3试验方法甘蔗渣灰预处理：先对甘蔗渣灰进行预处理，本试验的甘蔗渣灰是从糖厂锅炉中直接获取的蔗渣灰，杂质较多、尺寸较大，孔隙率比较高，所以不能直接作为混凝土的矿物掺合料来使用。为了提高其活性，先将蔗渣灰在6 0 0 8 0 0 立体高温炉下熳烧2 h，自然冷却，当温度降为室温以下后，用高速粉磨机将其粉碎，过30 0 目筛，且筛余量低于10%，得到试验中所使用的甘蔗渣灰样品。本文主要采用通过未预处理和已预处理甘蔗渣灰等质量替代10%、2 0%、30%的水泥来探讨甘蔗渣灰对混凝土拌和物和易性和混凝土强度的影响。2试验结果与分析2.1混凝土拌和物和易性测定依据混凝土拌合物相关性能检测依据GB/T500802016普通混凝土拌合物性能试验方法标准来进行测定混凝土初始落度/扩展度、1h经时损失、压力泌水率，并观察混凝土拌和物的状态。表4试验结果和易性抗压强度/MPa甘蔗渣试件落度1h落灰掺量泌水拌和物编号/扩展度/扩展度7d28d1%率B/%状态/mm/mmSOO0210/560200/5403.5良好24.828.8SOO10%200/540180/5002.7良好27.131.5S2020%190/520170/4902.5好23.327.7S3030%160/470150/4601.8偏干20.225.2SSO00220/580210/5603.3良好28.331.7SS1010%210/550200/5402.6良好31.834.9SS2020%200/540190/5202.2好29.732.6SS3030%180/510160/4801.5偏干24.428.7试验结果如表4所示，通过对比预处理后的试件SS00、SS10、SS2 0、SS30 可知。（1）当甘蔗渣灰掺量从0 增加到10%时，混凝土的落度/扩展度与1h经时损失减小，与基准混凝土相比减小达到4.5%/5.2%、4.8%/3.6%，混凝土拌和物的流动性逐渐减小，混凝土的压力泌水率逐渐减小，混凝土拌和物状态良好。（2）当甘蔗渣灰掺量从10%增加到2 0%时，混凝土的落度/扩展度与1h经时损失继续减小，减小比例为4.8%/1.8%、5.0%/3.7%，混凝土拌和物的流动性进一步减小，混凝土的压力泌水率逐渐减小，混凝土拌和物状态良好。（3）当甘蔗渣灰掺量从2 0%增加到30%时，混凝土的落度/扩展度与1h经时损失减小的最为明显，高达到10%/5.5%、15.8%/7.7%，混凝土拌和物的流动性急剧减小，混凝土的压力泌水率逐渐减小，混凝土拌和物偏干。通过对比未预处理与已预处理后的试件可知，甘蔗渣灰掺量一定时，已预处理的混凝土拌和物落度/扩展度与1h经时损失比未预处理的混凝土拌和物要大，压力泌水率要更小，混凝土拌和物的流动性要更好一些2.2混凝土立方体抗压强度的测定抗压强度是研究材料基本力学性能的重要指标，是甘蔗渣灰混凝土能否用于工程实践的关键，本试验采用JYL一2 0 0 0 压力试验机，对甘蔗渣灰混凝土的7 d、2 8 d 龄期进行抗压试验。依据混凝土物理力学性能试验方法标准GB/T500812019规定测定，即通过制作标准尺寸的混凝土抗压强度试件，每组3个试件，用压力试验机来测得最大压力值，计算公式如下。Ffou=cuA式中：eu表示混凝土立方体抗压强度（MPa），F表示破坏的最大荷载（N），A 表示试件的受力面积（mm）。40未预处理已预处理353025200102030甘蔗渣灰掺量/%图1甘蔗渣灰掺量对混凝土强度的影响通过表4和图1的试验结果分析可知。（1）甘蔗渣灰通过预处理后，掺量在0、10%、2 0%、30%配置的混凝土立方体抗压强度比未预处理配置的混凝土立方体抗压强度明显要高的多，增幅分别为10.1%、10.8%、17.7%、13.9%。（2）当甘蔗渣灰掺量在10%、2 0%、30%时，预处理过后配置的7 d龄期时的早期混凝土立方体抗压强度与基准混凝土立方体抗压强度比值为1.12%、1.0 5%、0.8 6%，而2 8 d龄期时的混凝土立方体抗压强度与基准混凝土立方体抗压强度的比值为1.10%、1.0 2%、0.91%，呈现出先增加后降低的趋势，故甘蔗渣灰最佳掺量为10%。主要原因是甘蔗渣灰中的高无定形二氧化硅含量引发火山灰反应性，甘蔗渣灰的超细颗粒尺寸显著改善（下转第2 8 页）28上接第2 5 页）2023年4月江西建材试验与研究表5复杂环境下的抗压强度MPa冻融循环钢纤维体积分数/%次数/次00.20.40.60.8078.279.582.383.585.55077.578.381.582.483.910072.673.576.878.579.215068.669.572.574.676.220063.565.468.471.573.82.3.2抗折强度在冻融-硫酸盐侵蚀环境下，钢纤维高性能混凝土的抗折强度值如表6 所示，从中可以得到，钢纤维高性能混凝土的抗折强度随着钢纤维掺量的增大而逐渐增加。钢纤维掺量为00.8vt%，经过10 0 次、2 0 0 次冻融循环后，抗折强度分别提高了9.7 8%、12.6 4%和17.7 2%，随着钢纤维掺量增加，混凝土对耐冻融硫酸盐侵蚀能力逐渐增加。此外，随着冻融循环次数的增加，不同钢纤维掺量混凝土的抗折强度随之下降，主要因为冻融环境下，内部水结冰，发生膨胀现象，体积变化较大，进而破坏了混凝土的内部致密结构，对混凝土的抗折强度造成了较大影响。表6复杂环境下的抗折强度MPa冻融循环钢纤维体积分数次数/次00.20.40.60.809.29.49.59.710.11008.78.99.29.49.82007.98.28.58.99.3微结构，导致较高的早期强度 5-8 。甘蔗渣灰混凝土早期抗压强度发展的原因可能是高甘蔗渣灰细度，填补了水泥和骨料之间的空隙，后期由于甘蔗渣灰的火山灰特性，形成了另外的硅酸钙水合物（C-S-H），改善了浆料和骨料之间的界面粘合力 9。3结论（1）甘蔗渣灰掺量在30%以下时，随着甘蔗渣灰掺量的增加，混凝土拌和物的流动性逐渐降低，但降低的幅度不大。（2）甘蔗渣灰掺量在30%以下时，混凝土的强度随着甘蔗渣灰掺量的增加呈现出先增加后降低的趋势，甘蔗渣灰最佳掺量为10%，此时混凝土强度比基准混凝土强度增加10.1%。（3）通过预处理过后的甘蔗渣灰，提高了蔗渣灰的火山灰活性，能够使混凝土拌和物的流动性增大，抗压强度增强，可以作为辅助胶凝材料替代部分水泥掺人混凝土中使用。参考文献1沈华艳，谢东，甘蔗渣生物质资源在复合材料领域的研究进展J】.现代化工，2 0 19，39（7）：5 2-5 5.2Bilba K,Ars e ne M.Silane treatment of bagasse fibre forreinforcement of cementitious composites J.Composites Part A:Applied Science and Manufacturing，2 0 0 8,39（9):148 8 -1495.3结论（1）在冻融循环硫酸盐侵蚀环境下，钢纤维高性能混凝土的质量损失率，随着侵蚀次数的增加而逐渐变大，并且在不同的冻融一硫酸盐侵蚀循环的次数下,HPC-0.8的相对动弹性模量均最高。（2）在冻融循环硫酸盐侵蚀环境，钢纤维高性能混凝土的抗压强度、抗折强，随着循环次数的增加呈现出下降的趋势，但相同冻融循环一硫酸盐侵蚀次数下，随着钢纤维掺量的增多，混凝土的耐冻融一硫酸盐侵蚀性能逐渐增强。参考文献【1】黄婷.复掺硅灰和片麻岩石粉对水工混凝土抗硫酸盐侵蚀性能的影响J水利技术监督，2 0 2 3（2）：2 6-2 9.2分余雪峰，董玉文，王钢，等。复杂环境下粉煤灰混凝土抗硫酸盐侵蚀耐久性J.混凝土，2 0 2 0（6）：5 8-6 0，6 9.3刘广斌，常山.粉煤灰掺量对纤维混凝土抗硫酸盐侵蚀能力的影响J.粉煤灰综合利用，2 0 2 2，38（4）：6 4-6 8，97.4袁晓奇.冻融循环与硫酸盐侵蚀损伤水工混凝土机理研究【J：黑龙江水利科技，2 0 2 2，5 0（6）：10-13，31.5段国伟，林双艮.混凝土抗硫酸盐腐蚀剂制备与性能研究J.粉煤灰综合利用，2 0 2 3，37（1）：8 4-8 9.【6 蒋小军，维康，曹荣国.阿合塔斯水库大坝高自密实性堆石混凝土现场试验分析J.陕西水利，2 0 2 0（11）：146-147，15 2.3 Huang Z Q,Wang N,Zhang Y J,etal.Effect of mechanicalactivation pretreatment on the properties of sugarcane bagasse/poly(vinyl chloride)composites J.Composites Part A:AppliedScience and Manufacturing,2012,43（1):114-12 0.4 Sales A,Lima S.A.Use of Brazilian sugarcane bagasse ash in concreteas sand replacement.Waste Manage.2010(30):1114-1122.5 Hussein A.A.E,Shafiq N,Nuruddin M.F,Memon F.A.Compressivestrength and microstructure of sugarcane bagasse ash concrete.Res.J.Appl.Sci.Eng.Technol.2014(7):2569-2577.6Srinivasan R.,Sathiya K.Experimental study on bagasse ash inconcrete.Int.J.Serv.Learn.Eng.2010(5):126.7Chusilp N,Chai J,Kiattikomol K.Effects of LOI of ground bagasse ashon the compressive strength and sulfate resistance of mortars.Constr.Build.Mater.2009(23):3523-3531.8Ganesan K,Rajagopal K,Thangavel K.Evaluation of bagasse ash ascorrosion resisting admixture for carbon steel in concrete.Anti-Corros.Met-hods Mater.2007(54):230-236.9 Bahurudeen A,Kanraj D,Dev V.G,Santhanam M.Performanceevaluation of sugarcane bagasse ash blended cement in concrete.Cem.Concr.Compos.2015(59):77-88.