电厂稻壳灰不同掺量对混凝土性能影响的试验研究①

杨迎春, 姚兴贵, 吴照学

(安徽农业大学，安徽 合肥 230036)

0 引 言

近年来，很多生物质燃料发电厂开始尝试利用农业废弃物稻壳燃烧发电,由此就产生了大量的电厂稻壳灰，为这些电厂稻壳灰找到合适的应用途径有着很大的现实意义。研究表明[1～6]，稻壳在600°C以下焚烧所得的低温稻壳灰中SiO2含量很高,具有很高的火山灰活性, 与粉煤灰、粒状高炉矿渣等火山灰材料一样,能够明显改善水泥和混凝土的性能，是一种理想的绿色环保混凝土活性矿物掺料。文献7中指出生物质燃料发电厂气化炉内的温度大约为600°C-850°C，并且稻壳在燃烧成灰的整个过程中经历高温区域的时间很短, 电厂稻壳灰中的SiO2依然具有一定火山灰活性。因此尝试将电厂稻壳灰掺入混凝土中，研究不同掺量的电厂稻壳灰对混凝土性能的影响，探索电厂稻壳灰作为混凝土活性掺合料的最佳掺加比例。

1 试 验

本文的试验过程是将电厂稻壳灰等质量替代水泥(替代率分别采用3%、5%、8%、10%)，按照一定配合比制成水泥胶砂试件和混凝土试块，分别测试各试件的强度及工作性能，并与相应的空白试件进行比较，研究电厂稻壳灰作为混凝土掺合料的最佳掺量。

1.1 试验材料

试验所选用的水泥为P.O32.5级水泥。砂子为天然河砂，细度模数2.76。石子为人工开采碎石，最大粒径为27mm，连续级配。

试验中所选用的稻壳灰由山西某稻壳灰发电厂提供，文献8中指出机械粉磨可以激发稻壳灰的活性，而稻壳灰最适宜的粉磨时间为30min，故试验开始前对电厂稻壳灰先经30min研磨后，再通过直径为80μm的筛子筛选出所用稻壳灰。

2.2 水泥胶砂强度试验

水泥胶砂强度试验参照GB/T17671-1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法) 》进行。分别用0%、3%、5%、8%、10%的稻壳灰等质量替代水泥， 制成试样并尺寸为40mm×40mm×160mm的标准胶砂试件，在养护箱中养护，在抗压抗折一体机上分别测定7d和28d的抗折强度和抗压强度。试验结果见图1和图2。

通过水泥胶砂试验结果可以看出，电厂稻壳灰的掺入使得水泥基试块的抗压和抗折强度降低，但电厂稻壳灰掺量为3%、5%的水泥基试块相比较空白组强度相差不大，而当电厂稻壳灰掺量达到8%时，混凝土强度下降较大。由此可推测，5%以下的稻壳灰掺入量对水泥胶砂强度影响较小，是较适合的掺加量。

1.3 混凝土坍落度及强度试验

为研究电厂稻壳灰掺入后对混凝土性能的影响，将经过粉磨并筛选出的稻壳灰分别以0、3%、5%、8%、10%的替代率替代水泥配制水灰比为0.44的混凝土，参考 GB/T50080-2016中的试验方法,用混凝土坍落度来标定新拌混凝土的流动性。然后按照GB/T50010-2010的规定,将混凝土拌合物在标准模具中制作成边长为150mm的立方体试块, 每组分别制作3个试块,在标准条件下养护至实验所需的龄期,然后利用试验机测出各试块的立方体抗压强度值。各组混凝土的各组分配合比和测得的坍落度、强度值如表1所示。

表1 混凝土配合比及相应稻壳灰混凝土试件性能试验结果

由表1可知，在水灰比不变的情况下，随着稻壳灰替代水泥掺量的增加，混凝土的坍落度逐渐下降，当替代率超过8%时，混凝土流动性明显变差，坍落度仅为34mm。这主要是因为稻壳灰粒子中含有大量能够吸附混凝土浆体中水分的蜂窝状纤维网络孔[9]，这些孔隙吸附了混凝土中的自由水[10]，从而使混凝土拌和物流动性下降。此外，稻壳灰比表面积大，需水量也相应增加。

图1 水泥胶砂抗折强度

图2 水泥胶砂抗压强度

试验结果显示在水灰比一定的情况下，随着电厂稻壳灰替代水泥掺量的增加，混凝土的早期强度和28天强度总体均呈逐渐下降的趋势。当替代率不超过5%时，强度下降不明显；当替代率超过8%时，强度下降较为明显。这当然与电厂稻壳灰掺量增大导致拌和物的流动性下降，使试件不易振捣密实成型有部分关系。但同时也说明电厂稻壳灰掺量过大混凝土强度可能得不到保证。因此，稻壳灰替代率不超过5%时，对混凝土性能影响较小，因此将电厂稻壳灰以低于替代率5%应用于水泥混凝土中是可行的。若电厂稻壳灰替代量超过5%时，建议适当加入减水剂，以保证混凝土有足够的流动性。

3 结 语

通过水泥胶砂试验和混凝土坍落度试验及强度试验研究的结果可以得出，随着电厂稻壳灰替代水泥量的逐渐增加，水泥胶砂强度及混凝土强度都有逐渐下降的趋势，但电厂稻壳灰掺量不超过5%时，强度下降不明显。因此将电厂稻壳灰以低于替代率5%应用于水泥混凝土中是电厂稻壳灰再利用的一种途径。同时由于随着电厂稻壳灰的掺入，混凝土流动性降低，建议在实际应用中可以适当增加混凝土减水剂的用量，以改变混凝土拌合物的流动性能。

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