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《商品混凝土雜志》2014年第七期

1試驗(yàn)方法

將秸稈灰作礦物摻合料應(yīng)用于混凝土中，研究秸稈灰對(duì)混凝土性能的影響。新拌混凝土拌合物性能按照GB/T50080—2002《普通混凝土拌合物性能實(shí)驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)定；混凝土力學(xué)性能按照GB/T50081—2002《普通混凝土力學(xué)性能實(shí)驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)定。秸稈灰單摻普通混凝土采用C45強(qiáng)度等級(jí)，配合比設(shè)計(jì)見表2；研究秸稈灰、礦粉、微硅粉復(fù)摻方式以低水泥用量制備中低強(qiáng)度等級(jí)混凝土，配合比見表3；高強(qiáng)混凝土C80配合比見表4。

2試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1秸稈灰對(duì)普通混凝土性能的影響試驗(yàn)采用秸稈灰單摻方式，結(jié)果見表5。由表5、圖1可以看出，隨秸稈灰摻量的增加新拌混凝土坍落度逐漸減小，其60min坍落度損失急劇增大；而通過拌合現(xiàn)場(chǎng)發(fā)現(xiàn)，但當(dāng)摻量達(dá)到10%以上時(shí)新拌混凝土表面”硬化”較快，表面出現(xiàn)一層薄膜，和易性迅速降低。秸稈灰摻量大會(huì)嚴(yán)重影響混凝土和易性，造成坍落度損失增大，新拌混凝土“硬化”出現(xiàn)“瞬凝”趨勢(shì)。秸稈灰比表面積較大，摻入到混凝土中會(huì)吸收部分水分使混凝土坍落度有所降低。由表1可知，秸稈灰中鉀含量達(dá)到了14.72%，其次鈣、鎂、鈉、磷元素也有相當(dāng)含量，這些元素以鹽類存在于混凝土中，全部或部分溶于水分散在膠凝材料中，隨齡期增長(zhǎng)會(huì)結(jié)晶而產(chǎn)生“鹽析”現(xiàn)象，從而新拌混凝土表面出現(xiàn)一層薄膜，硬化后期表面會(huì)產(chǎn)生一層”白斑”，由于其強(qiáng)度較低所以混凝土表面質(zhì)量欠佳，可能會(huì)導(dǎo)致起砂或剝落現(xiàn)象；同時(shí)隨結(jié)晶作用增長(zhǎng)，其晶體強(qiáng)度增加會(huì)造成混凝土出現(xiàn)假硬化現(xiàn)象，導(dǎo)致坍落度損失較高；秸稈灰中含有未燃燒的固定碳，使灰的色澤較差，這些碳物質(zhì)經(jīng)過燃燒后質(zhì)地疏松、強(qiáng)度低，并且性質(zhì)穩(wěn)定，不參與化學(xué)反應(yīng)，隨秸稈灰在混凝土分散后僅僅起到填充作用，并且吸收部分水分，會(huì)造成混凝土和易性進(jìn)一步變差。從圖2可以看出，秸稈灰以5%的比例摻入到混凝土中可以較大幅度提升早期3d抗壓強(qiáng)度，其他摻量的混凝土早期強(qiáng)度也有一定程度的提高，秸稈灰對(duì)混凝土后期強(qiáng)度影響并不明顯，強(qiáng)度反而略有降低。因此，秸稈灰能夠一定程度提高混凝土早期強(qiáng)度，但對(duì)后期強(qiáng)度影響不大，在混凝土中摻量不宜過大，其最佳摻量為5%。表1顯示秸稈灰中含有68.48%二氧化硅，其中部分二氧化硅為活性狀態(tài)，其參與二次火山灰反應(yīng)消耗水化生成的Ca(OH)2，生成C-S-H凝膠填充于混凝土中，同時(shí)一定程度地加速水泥水化反應(yīng)，提高混凝土早期強(qiáng)度。但秸稈灰中活性二氧化硅含量有限，鹽類對(duì)后期強(qiáng)度有不利影響，未燃燒的碳含量較高且不參與反應(yīng)，對(duì)混凝土后期強(qiáng)度影響較小，反而可能使混凝土強(qiáng)度有所降低。

2.2秸稈灰、礦粉、微硅粉復(fù)摻對(duì)混凝土性能的影響根據(jù)表4制備混凝土，其結(jié)果如表6所示。實(shí)際工程中為使混凝土的強(qiáng)度保證率達(dá)到95%，C25、C30、C40強(qiáng)度等級(jí)混凝土的配制強(qiáng)度fcu，0應(yīng)達(dá)到33.2MPa、38.2MPa、48.2MPa。由表6可知C25強(qiáng)度等級(jí)混凝土和易性良好，均能滿足試配強(qiáng)度要求，其水泥用量低至130～140kg/m3，秸稈灰摻量分別達(dá)到了24%、18%。C30強(qiáng)度等級(jí)混凝土中，當(dāng)秸稈灰、微硅粉、礦粉三者復(fù)摻時(shí)，28d強(qiáng)度能夠滿足試配強(qiáng)度要求，C30-1編號(hào)水泥用量低至160kg/m3，而未摻礦粉的混凝土（C30-3、C30-4）強(qiáng)度未能滿足試配強(qiáng)度要求。C40強(qiáng)度等級(jí)混凝土28d抗壓強(qiáng)度未能達(dá)到試配強(qiáng)度要求，但均大于40MPa，而其水泥用量低至190kg/m3，其秸稈灰摻量分別為9.0%、8.6%，因此可以進(jìn)一步看出秸稈灰不宜在較高強(qiáng)度等級(jí)混凝土中使用，摻量不宜過大。秸稈灰與其他礦物摻合料復(fù)摻，改善其單一作用，可以較低水泥用量制備普通混凝土，但其摻量不宜過大。采用此方法一方面可降低成本，另一方面達(dá)到了固廢利用的效果，保護(hù)環(huán)境。

2.3秸稈灰作礦物摻合料試配高性能混凝土按表5配合比制備高強(qiáng)混凝土，結(jié)果如表7所示。試驗(yàn)拌合現(xiàn)場(chǎng)混凝土和易性能良好，但當(dāng)秸稈灰摻量達(dá)到10%以上時(shí)，混凝土坍落度損失依舊較大。圖3為高強(qiáng)混凝土抗壓強(qiáng)度變化規(guī)律，當(dāng)秸稈灰摻量低于10%時(shí)7d抗壓強(qiáng)度變化不大，均為72～73MPa；28d抗壓強(qiáng)度以B2（秸稈灰摻量5%）最高，但其他各組混凝土28d強(qiáng)度與B2相差較小（最大差值4.7MPa）。計(jì)算各組混凝土7d/28d抗壓強(qiáng)度比值依次為97.2%、92.8%、92.2%、93.5%、87.9%，從圖3可以直觀看出隨秸稈灰摻量增大、礦粉摻量減小，混凝土7d和28d抗壓強(qiáng)度比值呈現(xiàn)下降趨勢(shì)，不難說明秸稈灰對(duì)混凝土后期強(qiáng)度影響較小，其活性低于礦粉。根據(jù)JGJ55—2011《普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》當(dāng)混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度高于C60時(shí)，配制強(qiáng)度應(yīng)按公式（3-3）計(jì)算。當(dāng)fcu，k=60MPa時(shí)，fcu，0≥69MPa；當(dāng)fcu，k=70MPa時(shí)，fcu，0≥80.5MPa，因此上述混凝土僅達(dá)到C60強(qiáng)度等級(jí)，未能達(dá)到C80強(qiáng)度等級(jí)。綜上所述，秸稈灰對(duì)新拌混凝土坍落度影響較小，但對(duì)坍落度損失影響較大，最佳摻量為5%；膠凝活性低于礦粉，且不宜在高強(qiáng)高性能混凝土中使用。

3結(jié)論

（1）秸稈灰會(huì)加速混凝土坍落度損失，“鹽析”現(xiàn)象會(huì)使混凝土表面出現(xiàn)一層薄膜，摻量大的混凝土硬化后期表面會(huì)產(chǎn)生一層“白斑”，導(dǎo)致質(zhì)量降低；（2）適當(dāng)摻量的秸稈灰能夠在一定程度上提高普通混凝土早期強(qiáng)度，但對(duì)后期強(qiáng)度影響較小，在混凝土中的摻量宜在10%以下，最佳摻量為5%；（3）秸稈灰與微硅粉、礦粉復(fù)摻改善其單一作用，可以較低水泥用量制備普通混凝土；秸稈灰不宜在高強(qiáng)高性能混凝土中使用。

4秸稈灰應(yīng)用展望

秸稈灰是農(nóng)作物根莖經(jīng)燃燒后遺留下的產(chǎn)物，因此其中含有大量的鉀、鈣、鈉、鎂、磷等礦物質(zhì)元素，它們不僅會(huì)影響混凝土和易性，并且也不利于混凝土強(qiáng)度的發(fā)展，還會(huì)對(duì)后期耐久性能產(chǎn)生有害影響。考慮到秸稈灰中鉀元素含量大，可以通過元素分離（提取）技術(shù)從秸稈灰中提取鉀，一方面秸稈灰中鉀得到有效利用，另一方面又減少了秸稈灰作混凝土礦物摻合料中的雜質(zhì)元素。由于秸稈灰在普通燃燒方式下并不能夠充分燃燒，含有相當(dāng)數(shù)量的固定碳，對(duì)混凝土產(chǎn)生不利影響，所以可以將秸稈灰進(jìn)行煅燒急冷處理，不僅可以減少秸稈灰中固定碳含量，而且可以使其中活性二氧化硅含量增高，大大提高了秸稈灰的膠凝活性。秸稈灰中富集礦物質(zhì)元素，不失為一種良好的肥料，在中國(guó)缺少鉀資源的背景下，利用含鉀豐富的秸稈灰生產(chǎn)肥料，具有廣闊的市場(chǎng)前景，況且許多農(nóng)民都有將草木灰用作肥料的經(jīng)歷，也易于接受這種肥料,因此利用秸稈灰制作鉀肥在性價(jià)比方面具有較強(qiáng)的競(jìng)爭(zhēng)優(yōu)勢(shì)。同時(shí)，還可以利用秸稈灰配制保溫隔熱涂料，其在可見光區(qū)的最大反射率可達(dá)90%以上，平均反射率高達(dá)85%；秸稈灰作為添加劑制備免燒陶粒，不僅可以降低免燒陶粒密度，還可以使其比表面積顯著增加。以生物質(zhì)為主要燃料的火力發(fā)電正迅速發(fā)展，作為秸稈類作物燃燒的灰分，秸稈灰富含相當(dāng)數(shù)量礦物質(zhì)并具有一定化學(xué)活性，現(xiàn)有研究仍主要集中在傳統(tǒng)無機(jī)非金屬領(lǐng)域和灰本身的燃燒特性方面，而在其他領(lǐng)域研究較少，需加大研究應(yīng)用力度實(shí)現(xiàn)資源的深層次利用。

作者：陳超黃快忠單位：廈門市建筑科學(xué)研究院集團(tuán)股份有限公司