普通烧制稻壳灰对水泥胶砂强度的影响①

2014-03-25□□，，，

建材技术与应用 2014年1期

□□ ，，，

(宿迁学院建筑工程系，江苏宿迁 223800)

引言

我国是世界上种植水稻最多的国家，稻壳资源十分丰富。稻壳中含有约20%无定形态的SiO2(蛋白石或硅胶)，是一种有价值的矿物[1-2]。稻壳如在低温下焚烧，可以获得无定形态的SiO2，它比表面积巨大，具有超高的火山灰活性，对水泥混凝土具有强烈的增强改性作用[3]。虽然稻壳灰潜在的价值巨大，但国内外对稻壳灰资源化应用的研究均很有限。国外仅将稻壳灰用作低强度等级的水泥，我国在建筑上利用稻壳灰的比例也几乎是空白。造成这种状况的原因是，稻壳灰不是现成的火山灰材料，它必须在控制条件下焚烧才能制得。根据加里佛尼亚大学的报道，当稻壳在500～700 ℃下燃烧并保持较长时间，或者在700～800 ℃下燃烧并保持较短时间，可获得最佳性能的稻壳灰。但当燃烧温度>800 ℃时，由于烧结作用，无定形SiO2会大量转变为结晶SiO2，活性大大降低[4]。因此，对于大量的普通烧制稻壳灰掺入混凝土后，如何影响水泥的水化性能是稻壳灰在建筑上应用的当务之急，需要进一步的研究。

1 试验

1.1 稻壳灰的烧制

设计如图1所示的简易烧制装置。选用自然晾干后的稻壳，平铺在设有细孔径筛的焚烧铁架上，厚度控制在3 cm左右。为保证稻壳充分燃烧，在稻壳上洒少许酒精助燃，并通过焚烧架下的通风口徐徐吹入空气。待稻壳充分燃烧后，将稻壳灰收集在装置底部的盘中冷却。然后在球磨机中研磨120 min，即成为稻壳灰成品，如图2所示。

图1 稻壳灰烧制装置

图2 磨细后的稻壳灰

1.2 试验方法

试验所用水泥为P·O 32.5水泥，砂采用标准砂。水泥胶砂强度试验参照GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》进行。部分水泥用同等质量的稻壳灰代替，替代比例分别为2%、4%和8%。将浇筑的标准胶砂试件放在养护箱中养护24 h后，拆模，再放入水中继续养护。分别测试3 d、7 d和28 d的抗折强度和抗压强度。

2 胶砂强度试验结果及分析

水泥胶砂强度的试验结果列于表1。不同替代率胶砂试块的抗折强度和抗压强度随龄期变化的趋势如图3和图4所示。

表1 水泥胶砂强度试验结果

由表1可以看出，随着龄期的增加，空白胶砂试件和3种稻壳灰替代率的试块胶砂强度均有不同程度的增长。如空白胶砂试件，相对于3 d抗折强度，其7 d和28 d抗折强度分别增长45.5%和120.8%，抗压强度分别增长24.8%和102.8%；稻壳灰替代率为2%的试块，其7 d和28 d抗折强度分别比3 d抗折强度增长36.6%和130.9%，抗压强度则分别增长28.0%和128.0%；替代率为4%的试块，其7 d和28 d抗折强度分别比3 d抗折强度增长56.1%和147.5%，抗压强度则分别增长36.7%和102.9%；替代率为8%的试块，7 d和28 d抗折强度分别比3 d抗折强度增长47.2%和127.6%，抗压强度则分别增长42.9%和107.9%。稻壳灰等量替代水泥后，对胶砂试件早期强度的影响较大，28 d后试件的抗折强度和抗压强度均有较大程度的增长。

图3 不同龄期胶砂试块抗折强度

图4 不同龄期胶砂试块抗压强度

从图3和图4可以看出，稻壳灰不同替代率对胶砂试件抗折强度和抗压强度的影响趋势基本一致。稻壳灰替代率为2%时，试件28 d抗折强度和抗压强度均高于空白胶砂试件，分别提高6.2%和10.9%，这表明掺入少量的稻壳灰有一定的增强作用。稻壳灰替代率为4%时，对试件的早期和后期强度影响不明显。但是，稻壳灰替代率为8%时，试件的抗折强度和抗压强度比空白试件均有所降低，28 d龄期强度分别降低16.1%和10.9%。根据本文的研究，普通烧制的稻壳灰替代率<2%时，试件28 d抗折强度和抗压强度均有一定程度的提高；稻壳灰替代率>8%后，水泥的胶砂强度有较大幅度的降低。

另外，比较稻壳灰等量替代水泥对胶砂试件抗折强度和抗压强度的影响程度，在养护早期，抗折强度受稻壳灰替代率的影响程度大于抗压强度，28 d龄期时，对抗折强度和抗压强度的影响程度基本一致。