中國的農業生產每年產生大量水稻殼。牛、羊、馬等動物不喜食稻殼,稻殼返田后也難以腐爛,堆存又會占用較多土地。目前,稻殼的處置方式主要是焚燒,焚燒后的稻殼灰利用率很低,一般直接排放到水渠里或農田里,這不僅造成土地污染,同時焚燒過程中所產生的細小顆粒加劇了空氣污染,被專家看作霧霾“元兇”之一。
為此,許多專家學者致力于開發稻殼的資源化綜合利用技術。本文主要介紹稻殼灰的組成和結構,以及稻殼灰對混凝土性能的影響,并對稻殼灰的發展前景進行展望。
稻殼灰新應用
2 稻殼灰的組成結構與性能
稻殼灰主要由二氧化硅和未燃盡的碳組成,其中二氧化硅的含量一般都超過80%。稻殼灰具有巨大的比表面積(50000-100000)m2/Kg和超高的火山灰活性。研究發現,稻殼灰吸收Ca(OH)2的能力與硅灰相當,強于粉煤灰和石粉等。
3 稻殼灰對混凝土性能的影響
3.1 稻殼灰對水泥性能的影響
研究發現,摻稻殼灰的普通硅酸鹽水泥的初凝時間會顯著縮短,而終凝時間稍微延長。摻加稻殼灰會延長水泥初凝時間,縮短終凝時間。
稻殼灰作為調凝組分加入到聚合物/水泥復合膠凝材料中,稻殼灰可以加快丁苯聚合物水泥復合膠凝材料的水化進程,縮短水化誘導期、加速期,并提高早期水化程度。
3.2 稻殼灰對混凝土工作性能的影響
研究發現,稻殼灰對不同水灰比的混凝土工作性影響不同:當水灰比較小時,稻殼灰的摻入會嚴重影響混凝土的和易性;隨著水灰比增加,稻殼灰對混凝土的坍落度影響逐漸減小。當水灰比較大時,稻殼灰可以改善混凝土的和易性,減輕混凝土粘聚性和保水性差的情況。不同水灰比的混凝土都有一個相對應的稻殼灰的臨界摻量,達到該摻量時會使混凝土的坍落度急劇下降。
3.3 稻殼灰對混凝土力學性能的影響
大量研究表明:在混凝土中摻入一定量的低溫焚燒(600℃)稻殼灰以等量取代水泥,可以顯著提高混凝土的強度,而稻殼灰的最佳摻量因使用的水泥、稻殼灰及聚羧酸系減水劑等水泥外加劑有顯著差異,同時還受到養護齡期和水灰比的影響。
3.4 稻殼灰對混凝土耐久性的影響
混凝土的滲透性能對于處于不利環境下的混凝土耐久性是至關重要的,混凝土的滲透性能主要取決于孔隙結構特征,孔隙孔徑、分布和連通性。
相對于空白混凝土,稻殼灰混凝土的質量變化率較低。稻殼灰的摻入可有效地改善了混凝土的內部結構,使結構更密實。
在水灰比為0.45、0.55和0.65情況下,摻入10%、20%低溫稻殼灰的混凝土具有良好的抗凍融性,但是摻入30%稻殼灰時,混凝土的抗凍融性能下降,在其研究范圍內,低溫稻殼灰的摻量上限為20%。
4 結語
當摻入的稻殼灰不是低溫焚燒稻殼灰時,它們對混凝土性能的影響并不確定。焚燒溫度更低的稻殼灰,由于氧化不完全,會有大量未焚燒的碳殘留,殘留的碳必然會影響到混凝土的性能;焚燒溫度更高的稻殼灰會將二氧化硅由無定型轉變為晶質型,使稻殼灰比表面積降低,孔隙率下降,活性降低。因此,稻殼灰要作為一種合格的摻合料加入到混凝土中,首先得解決其生產問題,需要開發合適的焚燒設備來控制其焚燒溫度,提高低溫焚燒稻殼灰的產量。
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