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(宿遷學(xué)院 建筑工程系，江蘇 宿遷 223800)

引言

我國(guó)是世界上種植水稻最多的國(guó)家，稻殼資源十分豐富。稻殼中含有約20%無定形態(tài)的SiO2(蛋白石或硅膠)，是一種有價(jià)值的礦物[1-2]。稻殼如在低溫下焚燒，可以獲得無定形態(tài)的SiO2，它比表面積巨大，具有超高的火山灰活性，對(duì)水泥混凝土具有強(qiáng)烈的增強(qiáng)改性作用[3]。雖然稻殼灰潛在的價(jià)值巨大，但國(guó)內(nèi)外對(duì)稻殼灰資源化應(yīng)用的研究均很有限。國(guó)外僅將稻殼灰用作低強(qiáng)度等級(jí)的水泥，我國(guó)在建筑上利用稻殼灰的比例也幾乎是空白。造成這種狀況的原因是，稻殼灰不是現(xiàn)成的火山灰材料，它必須在控制條件下焚燒才能制得。根據(jù)加里佛尼亞大學(xué)的報(bào)道，當(dāng)?shù)練ぴ?00～700 ℃下燃燒并保持較長(zhǎng)時(shí)間，或者在700～800 ℃下燃燒并保持較短時(shí)間，可獲得最佳性能的稻殼灰。但當(dāng)燃燒溫度>800 ℃時(shí)，由于燒結(jié)作用，無定形SiO2會(huì)大量轉(zhuǎn)變?yōu)榻Y(jié)晶SiO2，活性大大降低[4]。因此，對(duì)于大量的普通燒制稻殼灰摻入混凝土后，如何影響水泥的水化性能是稻殼灰在建筑上應(yīng)用的當(dāng)務(wù)之急，需要進(jìn)一步的研究。

1 試驗(yàn)

1.1 稻殼灰的燒制

設(shè)計(jì)如圖1所示的簡(jiǎn)易燒制裝置。選用自然晾干后的稻殼，平鋪在設(shè)有細(xì)孔徑篩的焚燒鐵架上，厚度控制在3 cm左右。為保證稻殼充分燃燒，在稻殼上灑少許酒精助燃，并通過焚燒架下的通風(fēng)口徐徐吹入空氣。待稻殼充分燃燒后，將稻殼灰收集在裝置底部的盤中冷卻。然后在球磨機(jī)中研磨120 min，即成為稻殼灰成品，如圖2所示。

圖1 稻殼灰燒制裝置

圖2 磨細(xì)后的稻殼灰

1.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)所用水泥為P·O 32.5水泥，砂采用標(biāo)準(zhǔn)砂。水泥膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)參照GB/T 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO法)》進(jìn)行。部分水泥用同等質(zhì)量的稻殼灰代替，替代比例分別為2%、4%和8%。將澆筑的標(biāo)準(zhǔn)膠砂試件放在養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)24 h后，拆模，再放入水中繼續(xù)養(yǎng)護(hù)。分別測(cè)試3 d、7 d和28 d的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度。

2 膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果及分析

水泥膠砂強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果列于表1。不同替代率膠砂試塊的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度隨齡期變化的趨勢(shì)如圖3和圖4所示。

表1 水泥膠砂強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

由表1可以看出，隨著齡期的增加，空白膠砂試件和3種稻殼灰替代率的試塊膠砂強(qiáng)度均有不同程度的增長(zhǎng)。如空白膠砂試件，相對(duì)于3 d抗折強(qiáng)度，其7 d和28 d抗折強(qiáng)度分別增長(zhǎng)45.5%和120.8%，抗壓強(qiáng)度分別增長(zhǎng)24.8%和102.8%；稻殼灰替代率為2%的試塊，其7 d和28 d抗折強(qiáng)度分別比3 d抗折強(qiáng)度增長(zhǎng)36.6%和130.9%，抗壓強(qiáng)度則分別增長(zhǎng)28.0%和128.0%；替代率為4%的試塊，其7 d和28 d抗折強(qiáng)度分別比3 d抗折強(qiáng)度增長(zhǎng)56.1%和147.5%，抗壓強(qiáng)度則分別增長(zhǎng)36.7%和102.9%；替代率為8%的試塊，7 d和28 d抗折強(qiáng)度分別比3 d抗折強(qiáng)度增長(zhǎng)47.2%和127.6%，抗壓強(qiáng)度則分別增長(zhǎng)42.9%和107.9%。稻殼灰等量替代水泥后，對(duì)膠砂試件早期強(qiáng)度的影響較大，28 d后試件的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均有較大程度的增長(zhǎng)。

圖3 不同齡期膠砂試塊抗折強(qiáng)度

圖4 不同齡期膠砂試塊抗壓強(qiáng)度

從圖3和圖4可以看出，稻殼灰不同替代率對(duì)膠砂試件抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度的影響趨勢(shì)基本一致。稻殼灰替代率為2%時(shí)，試件28 d抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均高于空白膠砂試件，分別提高6.2%和10.9%，這表明摻入少量的稻殼灰有一定的增強(qiáng)作用。稻殼灰替代率為4%時(shí)，對(duì)試件的早期和后期強(qiáng)度影響不明顯。但是，稻殼灰替代率為8%時(shí)，試件的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度比空白試件均有所降低，28 d齡期強(qiáng)度分別降低16.1%和10.9%。根據(jù)本文的研究，普通燒制的稻殼灰替代率<2%時(shí)，試件28 d抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均有一定程度的提高；稻殼灰替代率>8%后，水泥的膠砂強(qiáng)度有較大幅度的降低。

另外，比較稻殼灰等量替代水泥對(duì)膠砂試件抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度的影響程度，在養(yǎng)護(hù)早期，抗折強(qiáng)度受稻殼灰替代率的影響程度大于抗壓強(qiáng)度，28 d齡期時(shí)，對(duì)抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度的影響程度基本一致。

3 結(jié)論

3.1 普通燒制的稻殼灰等量替代水泥后，當(dāng)替代率為2%時(shí)，試件28 d抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度均高于空白膠砂試件，表明摻入少量的稻殼灰有一定的增強(qiáng)作用；當(dāng)替代率為4%時(shí)，對(duì)膠砂試件的強(qiáng)度影響不明顯；當(dāng)替代率>8%后，膠砂強(qiáng)度降低幅度較大。

3.2 由于燒制稻殼灰時(shí)溫度控制過高，導(dǎo)致活性SiO2結(jié)晶化，影響了稻殼灰活性的發(fā)揮。但是，低替代率稻殼灰在水泥混凝土中應(yīng)用還是可行的。

參考文獻(xiàn)：

[1] Jauberthie R，Rendell F，Tamba S，etal.Origin of the pozzolanic effect of rice husks[J].ConstructionandBuildingMaterials，2000，14(8)：419-423.

[2] 黃寶祥.稻殼利用現(xiàn)狀綜述[J].現(xiàn)代農(nóng)業(yè)科技，2007(6)：113-115.

[3] Metha P K.Properties of blended cement made from rice husk ash[J].ACIMaterialsJournal，1977，74(9)：440-442.

[4] 歐陽(yáng)東.用稻殼灰開發(fā)混凝土高活性摻合料[J].糧油食品科技，2003，11(4)：41-43.