稻殼灰在水泥混凝土中的應(yīng)用

王 亮 詹啟亮

（中機中聯(lián)工程有限公司，重慶 400039）

常用處理稻殼灰的方法是將其作肥料或焚燒發(fā)電，會造成空氣、土地和水的污染。其主要化學(xué)成分見表1。

稻殼灰的結(jié)構(gòu)呈多孔疏松狀，內(nèi)外部之間存在幾微米大小蜂窩狀的孔洞，以及由硅離子構(gòu)成的納米級的孔隙[1]。由于這些孔洞和孔隙共同作用，導(dǎo)致了稻殼灰在混凝土中具有超高的火山灰活性。

1 稻殼灰對混凝土性能的影響

1.1 稻殼灰對混凝土工作性能的影響

梁世慶等學(xué)者[2]研究了稻殼灰摻量對混凝土凝結(jié)時間的影響發(fā)現(xiàn)，摻稻殼灰的普通硅酸鹽水泥的初凝時間會明顯縮短，而終凝時間會略微延長，但K.Ganesan 等[3]學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)與梁世慶等學(xué)者的結(jié)論恰恰相反。導(dǎo)致他們結(jié)論截然相反的原因，是因為他們采用了不同生產(chǎn)工藝，不同組成成分及含量的稻殼灰，通過對稻殼灰的組成結(jié)構(gòu)及各成分的含量分析發(fā)現(xiàn)，其性能與焚燒溫度、制作工藝等因素密切關(guān)系密切。

代梅等學(xué)者[4]通過對不同W/B 的混凝土在不同摻量稻殼灰的條件下對其工作性影響研究發(fā)現(xiàn)：如圖6，當W/B 較小時，水泥混凝土的坍落度會隨著稻殼灰的摻入急劇減小，這表明對混凝土和易性影響程度較大，這與梁世慶[2]的研究結(jié)果一致；隨著W/B 增加，稻殼灰的參量對混凝土工作性的影響程度減小。當W/B 較大時，稻殼灰的參量對混凝土的施工和易性有較大的改善作用，但混凝土粘聚性能和保水性能會隨之變差。不同W/B 的混凝土的和易性對應(yīng)不同合適摻量的稻殼灰，當摻量超過此值時，混凝土的坍落度會迅速下降，同時保水性和粘聚性也會變差。

1.2 稻殼灰對混凝土強度的影響

國內(nèi)外研究實驗表明：適量稻殼灰可以等量取代水泥摻入到混凝土中，可以提高混凝土強度，其摻量受到水灰比、稻殼灰的細度等因素影響。

圖1 稻殼灰替代率與坍落度的關(guān)系

袁繼峰等[5]人通過實驗發(fā)現(xiàn)摻入稻殼灰的細度對強度的影響較大，在滿足抗壓強度比大于100%的條件下，磨細稻殼灰根據(jù)其細度不同具有不同的最佳摻量。稻殼灰的細度對混凝土強度的影響主要原因：稻殼灰的摻入可從混凝土的微觀結(jié)構(gòu)上填充各種孔隙，從而增加混凝土的密實度，其含有大量活性SiO2，起到火山灰活性作用。從鋼筋與混凝土粘結(jié)強度的角度解釋了增加混凝土強度的原因，其粘結(jié)機理：稻殼灰比表面積大，結(jié)構(gòu)疏松多孔，稻殼灰類似于粉煤灰、礦渣等具有火山灰效應(yīng)和填充效應(yīng)，鋼筋周圍漿體與鋼筋的粘結(jié)力。

1.3 稻殼灰對混凝土耐久性的影響

通過測定混凝土的滲透性可以評價是混凝土耐久性能，其影響因素可分為內(nèi)部因素（材料孔隙孔徑、分布組成和孔隙結(jié)構(gòu)特性） 和外在因素（外界溫度，濕度性及酸堿性等）。

研究發(fā)現(xiàn)，與未摻稻殼灰的混凝土相比，稻殼灰的摻入可顯著提高試件的抗凍性。隨稻殼灰的摻量（40%以內(nèi)） 的越多，混凝土的抗凍性能越好，稻殼灰摻量為0%的混凝土試件在經(jīng)過100 次凍融循環(huán)后的質(zhì)量損失率早已超過5%，表明試件已經(jīng)損壞，而稻殼灰摻量為10%和20%的混凝土試件在經(jīng)過200 次凍融循環(huán)后質(zhì)量損失率仍舊在5%以下。其原因：稻殼灰是含有較多孔隙的硅質(zhì)材料且具有巨大的比表面積，在混凝土中填充效應(yīng)（降低孔隙率和含氣量） 和吸水效應(yīng)（降低水膠比） 從而增加混凝土的耐久性。

圖2 試件質(zhì)量損失隨凍融循環(huán)次數(shù)變化曲線

2 結(jié)語

稻殼灰作為一種新型綠色材料，其焚燒溫度對稻殼灰的微觀結(jié)構(gòu)形態(tài)及組成成分影響很大，將會影響到混凝土的各種性能指標，因而需對稻殼灰的生產(chǎn)設(shè)備及生產(chǎn)工藝的深層次研究。