稻殼灰噴射混凝土的研究現(xiàn)狀

周澳成，劉宜思

(安徽理工大學(xué)，安徽 淮南 232001)

0 前 言

我國(guó)作為一個(gè)農(nóng)業(yè)大國(guó)，稻谷產(chǎn)量約占全世界的20%。根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局統(tǒng)計(jì)顯示，在2018年，我國(guó)稻谷產(chǎn)量突破2億t，達(dá)到了21 212.90萬(wàn)t，因此稻殼產(chǎn)量同樣巨大，且在國(guó)內(nèi)利用率極低，僅有少量的稻殼被利用，作為生物發(fā)電以及硅酸鹽、活性炭等產(chǎn)品。稻殼大多被就地丟棄或焚燒，不僅污染環(huán)境，而且浪費(fèi)資源，不利于綠色科學(xué)的發(fā)展理念。

噴射混凝土是利用噴射裝置將混凝土拌合物通過(guò)氣壓噴射到巖石、土壤或者建筑表面，在速凝劑的作用下迅速凝結(jié)硬化，粘附在上述表面上的一種混凝土。由于其不需要模板，節(jié)省了成本，同時(shí)施工速度更快，提高施工進(jìn)度，在礦山巷道、交通隧道、基坑邊坡支護(hù)、襯砌以及一些地下、水下的構(gòu)筑物進(jìn)行修補(bǔ)中得到廣泛的應(yīng)用。在四川漁子溪二級(jí)電站的噴射混凝土的新工藝研究中，發(fā)現(xiàn)拌合料中摻入硅粉增強(qiáng)了粘聚性，減少了回彈率，改善了和易性。然而硅粉價(jià)格較為昂貴，不利于工程中的廣泛應(yīng)用，許之泳等[1]經(jīng)過(guò)多年研究發(fā)現(xiàn)，開發(fā)出稻殼灰(RHA)材料，稻殼灰中富含大量SiO2，可以較好地取代硅粉應(yīng)用到工程中。

1 研究現(xiàn)狀

20世紀(jì)80年代，便有科學(xué)家將稻殼摻入水泥砂漿中，研究其稻殼水泥混凝土的基本力學(xué)性能。但是存在弊端，因?yàn)榈練け旧砣跃哂写罅坑袡C(jī)物成分，可能存在腐敗，影響混凝土強(qiáng)度，同時(shí)稻殼個(gè)體差異較大，難以穩(wěn)定控制變量，影響實(shí)驗(yàn)精準(zhǔn)。但是一般燃燒后的稻殼灰，由于燃燒不充分，含有大量碳元素，可能加速混凝土碳化，影響其強(qiáng)度。隨著后續(xù)大量研究人員的深入研究，胡恒等[2]發(fā)現(xiàn)了稻殼灰的最佳燒成溫度是600 ℃，恒溫2 h。超過(guò)600 ℃燒制的稻殼灰開始失去活性，但是在800 ℃時(shí)，所燒制的稻殼灰仍具有較高的活性，可用于工廠燃燒后的大批量生產(chǎn)。因此，稻殼灰燒制溫度應(yīng)在600 ℃～800 ℃為宜，才可以充分利用其火山灰反應(yīng)。于景良[3]均認(rèn)為20%的稻殼灰摻量水泥混凝土是最優(yōu)摻量，同比普通為摻加稻殼灰的混凝土的早期抗壓強(qiáng)度和后期抗壓強(qiáng)度均顯著提升。歐陽(yáng)東等認(rèn)為600 ℃低溫燃燒所得稻殼灰有大量納米尺度SiO2粒子和大量納米尺度的孔隙使稻殼灰具有火山灰活性。所得稻殼灰替代水泥量在10%～20%時(shí)可提高混凝土的抗壓強(qiáng)度，至少10 MPa以上[4-5]。劉小梅[6]經(jīng)過(guò)試驗(yàn)研究發(fā)現(xiàn)最佳的制備稻殼灰工藝條件是先在水中浸泡稻殼24 h，再用1.1%的鹽酸浸泡24 h，然后在馬弗爐中以550 ℃進(jìn)行焚燒4.5 h，可以得到最佳的稻殼灰。然而筆者認(rèn)為過(guò)程較為繁瑣，在工程中大批量的生產(chǎn)仍有待考究。王維紅[7]通過(guò)大量實(shí)驗(yàn)得出稻殼灰的最佳粉磨時(shí)間為45 min，且摻量應(yīng)少于15%為宜，摻入稻殼灰的混凝土不提高抗壓強(qiáng)度，但是能提高劈裂抗拉強(qiáng)度。稻殼灰混凝土的水膠比越小，耐腐蝕性越好；稻殼灰可有效降低混凝土隔熱系數(shù)，提高隔熱性能。

2 展 望

綜上所述，水稻在我國(guó)乃至是世界的產(chǎn)量都非常高，故而稻殼產(chǎn)量也非常豐富，而且處于初步開發(fā)階段，開發(fā)空間很大，同時(shí)價(jià)格低廉。稻殼灰所制得溫度約在600 ℃～800 ℃之間，區(qū)間相對(duì)較大，易于控制且自身也較為穩(wěn)定，工廠易于批量制備，未來(lái)可以更為廣泛地利用。稻殼灰可以替代部分水泥，節(jié)約混凝土生產(chǎn)成本，減少稻殼和水泥生產(chǎn)的污染。它是一種綠色建材，有利于自然的可持續(xù)發(fā)展，具有很大的發(fā)展?jié)摿?。稻殼灰可以達(dá)到納米尺度，因此，易于應(yīng)用到噴射混凝土中，同時(shí)噴射混凝土中需要的硅粉也可由稻殼灰替代。同時(shí)，國(guó)內(nèi)外應(yīng)用稻殼灰在噴射混凝土工程中應(yīng)用的尚屬罕見。

稻殼灰混凝土具有較好的耐腐蝕性和優(yōu)秀的隔熱性能，不僅可以作為節(jié)能新建材推廣，同時(shí)對(duì)礦下高溫災(zāi)害的隔絕也起到了一定的作用。因此，筆者認(rèn)為，稻殼灰噴射混凝土具有很大發(fā)展?jié)摿?。由于噴射混凝土與普通混凝土的配合比存在差異，筆者將進(jìn)一步對(duì)稻殼灰噴射混凝土的力學(xué)性能進(jìn)行進(jìn)一步的研究。

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