稻壳灰喷射混凝土的研究现状

周澳成，刘宜思

(安徽理工大学，安徽 淮南 232001)

0 前 言

我国作为一个农业大国，稻谷产量约占全世界的20%。根据国家统计局统计显示，在2018年，我国稻谷产量突破2亿t，达到了21 212.90万t，因此稻壳产量同样巨大，且在国内利用率极低，仅有少量的稻壳被利用，作为生物发电以及硅酸盐、活性炭等产品。稻壳大多被就地丢弃或焚烧，不仅污染环境，而且浪费资源，不利于绿色科学的发展理念。

喷射混凝土是利用喷射装置将混凝土拌合物通过气压喷射到岩石、土壤或者建筑表面，在速凝剂的作用下迅速凝结硬化，粘附在上述表面上的一种混凝土。由于其不需要模板，节省了成本，同时施工速度更快，提高施工进度，在矿山巷道、交通隧道、基坑边坡支护、衬砌以及一些地下、水下的构筑物进行修补中得到广泛的应用。在四川渔子溪二级电站的喷射混凝土的新工艺研究中，发现拌合料中掺入硅粉增强了粘聚性，减少了回弹率，改善了和易性。然而硅粉价格较为昂贵，不利于工程中的广泛应用，许之泳等[1]经过多年研究发现，开发出稻壳灰(RHA)材料，稻壳灰中富含大量SiO2，可以较好地取代硅粉应用到工程中。

1 研究现状

20世纪80年代，便有科学家将稻壳掺入水泥砂浆中，研究其稻壳水泥混凝土的基本力学性能。但是存在弊端，因为稻壳本身仍具有大量有机物成分，可能存在腐败，影响混凝土强度，同时稻壳个体差异较大，难以稳定控制变量，影响实验精准。但是一般燃烧后的稻壳灰，由于燃烧不充分，含有大量碳元素，可能加速混凝土碳化，影响其强度。随着后续大量研究人员的深入研究，胡恒等[2]发现了稻壳灰的最佳烧成温度是600 ℃，恒温2 h。超过600 ℃烧制的稻壳灰开始失去活性，但是在800 ℃时，所烧制的稻壳灰仍具有较高的活性，可用于工厂燃烧后的大批量生产。因此，稻壳灰烧制温度应在600 ℃～800 ℃为宜，才可以充分利用其火山灰反应。于景良[3]均认为20%的稻壳灰掺量水泥混凝土是最优掺量，同比普通为掺加稻壳灰的混凝土的早期抗压强度和后期抗压强度均显著提升。欧阳东等认为600 ℃低温燃烧所得稻壳灰有大量纳米尺度SiO2粒子和大量纳米尺度的孔隙使稻壳灰具有火山灰活性。所得稻壳灰替代水泥量在10%～20%时可提高混凝土的抗压强度，至少10 MPa以上[4-5]。刘小梅[6]经过试验研究发现最佳的制备稻壳灰工艺条件是先在水中浸泡稻壳24 h，再用1.1%的盐酸浸泡24 h，然后在马弗炉中以550 ℃进行焚烧4.5 h，可以得到最佳的稻壳灰。然而笔者认为过程较为繁琐，在工程中大批量的生产仍有待考究。王维红[7]通过大量实验得出稻壳灰的最佳粉磨时间为45 min，且掺量应少于15%为宜，掺入稻壳灰的混凝土不提高抗压强度，但是能提高劈裂抗拉强度。稻壳灰混凝土的水胶比越小，耐腐蚀性越好；稻壳灰可有效降低混凝土隔热系数，提高隔热性能。

2 展 望

综上所述，水稻在我国乃至是世界的产量都非常高，故而稻壳产量也非常丰富，而且处于初步开发阶段，开发空间很大，同时价格低廉。稻壳灰所制得温度约在600 ℃～800 ℃之间，区间相对较大，易于控制且自身也较为稳定，工厂易于批量制备，未来可以更为广泛地利用。稻壳灰可以替代部分水泥，节约混凝土生产成本，减少稻壳和水泥生产的污染。它是一种绿色建材，有利于自然的可持续发展，具有很大的发展潜力。稻壳灰可以达到纳米尺度，因此，易于应用到喷射混凝土中，同时喷射混凝土中需要的硅粉也可由稻壳灰替代。同时，国内外应用稻壳灰在喷射混凝土工程中应用的尚属罕见。

稻壳灰混凝土具有较好的耐腐蚀性和优秀的隔热性能，不仅可以作为节能新建材推广，同时对矿下高温灾害的隔绝也起到了一定的作用。因此，笔者认为，稻壳灰喷射混凝土具有很大发展潜力。由于喷射混凝土与普通混凝土的配合比存在差异，笔者将进一步对稻壳灰喷射混凝土的力学性能进行进一步的研究。

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