稻壳灰混凝土的耐久性研究

刘利锋

(大连华兴国典装饰工程有限公司,辽宁大连 116024)

稻壳灰混凝土的耐久性研究

刘利锋

(大连华兴国典装饰工程有限公司,辽宁大连 116024)

采用稻壳灰,0-30%等量替代水泥后配制工作性能优良的新拌混凝土中,并研究了28天养护后混凝土的耐久性能。研究结果表明,混凝土中掺加了稻壳灰后,混凝土的28天抗压强度能够达到100MPa, 稻壳灰混凝土的抗渗性能够得到显著提高。同时稻壳灰混凝土的抗硫酸盐侵蚀和抗冻性均得到有效改善,400次冻融循环动弹模损失不超过10%,质量损失不超过0.5%。

混凝土 稻壳灰 耐久性

20世纪以来，凭借其价格低廉、制备简单、原材料丰富、良好的耐久性和抗压强度等优点，水泥混凝土成为当今世界最主要的建筑材料[1～2]。然而，随着资料的消耗，传统的发展方式正得到制约，人们对水泥混凝土材料的各方面要求也逐步得到提高，水泥混凝土正逐步向高强高性能、绿色、多功能化方向发展。研究绿色高性能混凝土与资源环境的相互作用具有重要的现实意义。

我国每年会产生5000万吨的稻壳废渣[3～4]，除了极小部分用于动物饲料、酿酒发酵、田间肥料等用途外，绝大部分作为废弃物或焚烧，对环境和交通运输安全造成了极大的危害[5]。如何解决稻壳垃圾已经成为了急需解决的问题。国内外研究学者发现，稻壳中含有约30%的无定型硅，在适当的条件下进行焚烧而制备的稻壳灰具有很好的微集料填充效应和火山灰活性，可以取代粉煤灰和高炉矿渣[6～7]。解决了稻壳资源利用问题的同时，也很好的改善了水泥混凝土的性能。与此同时掺加稻壳灰能够让稻壳灰水泥混凝土能够更好的反射阳光的浅色，可以降低建筑能耗，抵御全球气候变暖[8]。国内外的研究学者已经对稻壳灰混凝土进行了较为细致的研究。A.A. IkPong和D.C. OkPala[9]研究了低温稻壳灰混凝土的性能(低温稻壳灰部分取代水泥，取代量为20%和30%)。研究结果表明在达到相同的工作性，掺加稻壳灰的混凝土拌合物的需水量比未掺加稻壳灰的混凝土拌合物的需水量要大。M.S. Ismail和A.M. Waliuddi[10]研究了稻壳灰的细度和掺量对高强混凝土工作性的影响。研究表明稻壳灰的细度对混凝土的工作性基本没影响，但混凝土的塌落度和密度随着稻壳灰掺量的增加而降低。P.Chindaprasirt[11]对稻壳灰砂浆的抗硫酸盐侵蚀性能进行了细致的试验研究质量分数为20%～40%的稻壳灰部分替代水泥)。结果表明稻壳灰砂浆的抗硫酸盐侵蚀性能得到了改善。通过进一步的观察和分析发现，正是由于Ca(OH)2含量和C/S比例的降低才提高了稻壳灰砂浆的抗硫酸盐侵蚀性能。欧阳东[12]对纳米SiO2低温稻壳灰混凝土进行了研究，研究表明低温稻壳灰对高强混凝土有增强改性的作用，当低温稻壳灰10～20%替代水泥时，可以提高高强混凝土抗压强度10MPa以上。这种增强效果远胜于其它掺合料。冯庆革[13]等研究了不同龄期下高活性稻壳灰混凝土的强度特性和孔结构。结果表明随着稻壳灰掺量的不断增加，稻壳灰混凝土的强度显著增加。7d龄期和28d龄期下的稻壳灰混凝土获得了较高的强度增长率。稻壳灰部分替代水泥后，混凝土的孔结构得到显著改善，孔隙率降低，无害孔增多。稻壳灰混凝土强度提高的主要原因来自于Ca(OH)2量的减少以及混凝土孔结构的改善。

本文通过使用稻壳灰(0-30%)等量替代水泥后，掺入制备成稻壳灰混凝土。并通过试验方法研究了稻壳灰混凝土的耐久性。

1 试验部分

1.1 试验原材料

水泥，本试验使用的水泥为大连小野田P.O 42.5R水泥，水泥的化学组成如表1所示。试验用砂为河砂，其颗粒级配如表2所示。砂的细度模数为2.9。试验所用碎石为5-16mm和16-26.5mm两种粒径碎石掺配使用。大、小碎石级配和性能如表3，4所示。两种碎石的掺配比例为大：小=6：4。

表1 水泥原材料化学组成Tab.1 Chemical proportion of P.O 42.5R cement

表2 河砂的级配Tab.2 Grading of prepared sand

表3 碎石的级配Tab.3 Grading of prepared gravel

表4 碎石的性能指标Tab.4 Properties indices of prepared gravel

1.2 试验方法

本实验采用0.25水胶比，水泥用量为480kg/m3，砂率为40%，细集料用量为650kg/m3，粗集料用量为1050kg/m3，稻壳灰由南京苏曼源科技有限公司提供。外加剂为大连铭源全有限公司生产的聚羧酸型高效减水剂。成型100×100×100mm混凝土试件，混凝土配合比如表5所示。

表5 混凝土配合比设计Tab.5 Mixing proportion of prepared concrete

采用标准测试方法分别测试了7d、14d和28d稻壳灰混凝土的抗压强度。与此同时，稻壳灰混凝土渗透性试验采用电通量法进行测定。抗硫酸盐侵蚀试验根据国标GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》进行，评价指标为稻壳灰混凝土质量损失率和抗压强度耐蚀系数。抗冻性测试试验根据国标GB/T50082-2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验测试方法标准》中的快冻法进行。主要测试指标和计算指标为外观质量观察、相对动弹模和稻壳灰混凝土质量损失率。

2 试验结果与讨论

2.1 稻壳灰混凝土力学性能

稻壳灰混凝土的抗压强度结果如表6所示。掺加了稻壳灰后，稻壳灰混凝土试件28d抗压强度均可超过100MPa。同龄期中相较于混凝土空白试件，抗压强度均有不同程度的增强。当稻壳灰掺量为10%时，抗压强度的增强效果达到最佳。由于稻壳灰的吸水性，新拌混凝土的工作性受到了一定程度的影响。稻壳灰具有较高的活性，因此在水泥水化反应过程中起到促进的作用，从而提高稻壳灰混凝土的早期强度。随着水化的不断进行，稻壳灰还会在混凝土孔隙中起到填充作用，降低混凝土中的孔隙率，改善系统的孔隙结构，继而对后期的抗压强度起到了增强的效果[14]。

表6 稻壳灰混凝土的抗压强度Tab.6 Compressive strength of rice husk ash concrete

2.2 稻壳灰混凝土抗渗透性性能

稻壳灰混凝土的抗氯离子渗透性测试结果如图1所示。相较于空白混凝土试件C0，稻壳灰的掺入对混凝土的抗氯离子渗透性有很好的改善作用。试件C1，C2和C3的电通量分别降低了53.9%、42.3%和33.9%。稻壳灰凭借其活性、密实堆等效应共同作用，使得稻壳灰混凝土的孔隙情况得到有效的优化，毛细孔含量和连通孔隙率降低，水化产物分布更加均匀。这些微观尺度的改善最终有效的改善了稻壳灰混凝土的渗透性[15]。

图1 稻壳灰混凝土的抗氯离子渗透性Fig.1 Impermeability performance of rice husk ash concrete

2.3 稻壳灰混凝土的抗硫酸盐侵蚀性性能

稻壳灰混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能力如图2所示。由图2可知，稻壳灰混凝土受到硫酸盐侵蚀后，其质量损失率受稻壳灰的影响较大。掺有稻壳灰的混凝土，质量损失率较空白混凝土试件有显著的下降。稻壳灰能够有效的改善混凝土的微观结构，最终改善稻壳灰混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能力。

图2 稻壳灰混凝土的抗硫酸盐侵蚀性能Fig.2 Sulfate resistance performance of rice husk ash concrete

2.4 稻壳灰混凝土的抗冻性

稻壳灰混凝土在冻融循环条件下相对动弹模和质量损失率试验结果如图3和4所示。由图3所示，稻壳灰混凝土在经过400次冻融循环后，其相对动弹模仍在90%以上。试件C0、C1、C2和C3的相对动弹模分别为88.7%、94.8%、92.4%和90.8%。这一结果表明低水胶比的混凝土本身具有较高的本征抗冻性。当稻壳灰进一步的加入到混凝土中，其动弹模损失进一步减少。

图3 稻壳灰混凝土冻融循环相对动弹模结果Fig.3 Elastic mode loss of rice husk ash concrete after 400 freeze-thaw cycles

图4 稻壳灰混凝土冻融循环质量损失率结果Fig.4 Mass loss of rice husk ash concrete after 400 freezethaw cycles

从稻壳灰混凝土质量损失率结果分析可知，标准养护条件下稻壳灰混凝土经过400次冻融循环后质量变化不大，4组混凝土质量损失率均未超过0.5%。质量损失最少的为试件C1，可见稻壳灰的掺入显著提高了混凝土材料的抗冻融循环能力。

3 结语

本文通过使用稻壳灰等量替代水泥，掺入水泥混凝土中，对稻壳灰混凝土进行了力学、耐久性方面的研究。采用该方法制备的稻壳灰混凝土具有良好的工作性，同时稻壳灰的掺入增强了混凝土的抗压强度，28天抗压强度可达到100MPa以上。同时，稻壳灰混凝土的抗渗性、抗硫酸盐侵蚀以及抗冻性均有明显的改善情况。其中稻壳灰10%的等量替代水泥的效果最佳，力学性能、抗渗性、抗硫酸盐侵蚀以及抗冻性的改善效果最为明显。

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刘利锋,男,汉族,大连华兴国典装饰工程有限公司员工。