CN112521036A - 一种高活性低温稻壳灰及掺有该稻壳灰的高性能混凝土 - Google Patents

一种高活性低温稻壳灰及掺有该稻壳灰的高性能混凝土 Download PDF

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Abstract

本发明公开一种高活性低温稻壳灰及掺有该稻壳灰的高性能混凝土。该活性低温稻壳灰由如下方法制得：将稻壳在1％的盐酸中沸水浴1h，水洗后再晒干，除去其中杂质；将预处理完的稻壳在炉内600～700℃下烧制30～60min，随后冷却；将烧制后的稻壳灰在500～800转/分钟的球磨机中球磨10～30min，得到SiO2含量超过90wt％的高活性低温稻壳灰。掺有该高活性低温稻壳灰的高性能混凝土，由如下重量百分含量的原料组成：硅酸盐水泥15％～20％，高活性低温稻壳灰5％～10％，粉煤灰10％～15％，河砂20％～30％，玄武岩石子25％～35％，水6％～12％，减水剂0.4％～1％。本发明的稻壳灰具有高纯度和高活性，可有效替代硅灰作为矿物掺合料，制备的高性能混凝土力学性能优异，提高稻壳利用率的同时大大降低了水泥用量，降低了混凝土成本。

Description

一种高活性低温稻壳灰及掺有该稻壳灰的高性能混凝土
技术领域
本发明涉及一种高性能低温稻壳灰及掺有该稻壳灰的高性能混凝土，属于建筑材料技术领域。
背景技术
随着全球经济的飞速发展、大规模基础建设工程的不断推进，对混凝土建筑材料的强度、韧性、安全性和耐久性提出了越来越多的要求。高性能混凝土材料以其优异的力学性能、耐久性能和安全可靠性能在高层、大跨、海洋、防护、严酷环境等工程中得到越来越广泛的应用。建筑工程中对高性能混凝土的要求也日益提高，在混凝土性能调控上，不断要求减小孔隙率、优化孔结构、提高密实度，其中，将高活性矿物掺合料掺入水泥基材料，从微观角度出发改善水泥浆体的微结构、优化孔结构以提高高性能混凝土的力学性能是一种有效的技术途径，也是当前的研究热点。
当今混凝土科学与工程界已充分认识到，粉煤灰、硅灰和磨细矿渣等矿物掺合料是制备高性能混凝土不可缺少的组分，又是节能、节省资源和保护生态环境的重要举措，在重要和重大工程建造中用它来取代水泥熟料已为众所公认。目前，优质粉煤灰和磨细矿渣微粉，尽管产量年有增加，但依然满足不了工程的需求，已出现了供不应求的局面，甚至用II级灰来充实用量。研究者发现，其他矿物掺合料如稻壳灰、偏高岭土、赤泥、尾矿粉、稻秆灰、电厂灰渣等工业或农业生产中大量产生的废渣，这些物质均富含有不同品种的微细尺度活性物质，掺入到超高性能水泥基材料中也能发挥其微粒性和高活性，从而提高水泥基材料力学性能和耐久性能。
矿物掺合料中，稻壳灰是一种可以部分替代硅灰的生态型材料。稻壳灰是农业废弃物，是稻壳经过燃烧之后的产物，这些废弃物积存在大气中，不仅占用农田，还会造成严重的环境污染，成为社会可持续发展的严重威胁。每年全世界生产的稻谷大约7亿多吨，稻壳质量占约20％，稻壳在一定条件下完全燃烧产生的稻壳灰最高可含有90～96％的无定型SiO2，因而稻壳灰也是和硅灰类似的有高活性火山灰掺合料。稻壳本身的SiO2含量较低，通常需要进行改性处理来提高其硅含量，但是，现有的改性处理方法通常比较复杂，而且，处理后其SiO2含量通常为70％左右，仍然存在一定量的有机物和金属元素等杂质，纯度和活性相对较低。
因此如何获得高纯度、高活性的稻壳灰，使其在水泥基材料中充分发挥增强效应，是急需解决的问题。
发明内容
发明目的：针对现有稻壳灰纯度及活性低、无法有效增强水泥基材料性能的问题，本发明提供一种高活性低温稻壳灰，并提供了一种掺有该稻壳灰的高性能混凝土。
技术方案：本发明所述的一种高活性低温稻壳灰，由如下方法制得：
(1)预处理：将稻壳在0.5％～1.5％的盐酸中沸水浴45～90min，水洗后再晒干，除去其中杂质；
(2)烧制：将预处理完的稻壳在炉内600～700℃下烧制30～60min，随后冷却；
(3)研磨：将烧制后的稻壳灰在500～800转/分钟的球磨机中球磨10～30min，得到高活性低温稻壳灰，该高活性低温稻壳灰含有90wt％以上的SiO2。
本发明所述的一种掺有上述高活性低温稻壳灰的高性能混凝土，按重量百分含量计，该混凝土由如下原料组成：
Figure BDA0002771886790000021
按前述重量比例称取硅酸盐水泥、高活性低温稻壳灰、粉煤灰、河砂、玄武岩石子、水和减水剂，投入混凝土搅拌机，通过机械搅拌均匀后，即得高性能混凝土。
其中，硅酸盐水泥可为强度等级52.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。
粉煤灰优选I级粉煤灰，其需水量比≤95％，烧失量≤5％，比表面积≥400m2/kg。
较优的，河砂为连续级配且最大粒径为5mm的普通河砂。玄武岩石子为连续级配，最大粒径20mm。
减水剂优选为固含量大于30％的聚羧酸系减水剂。
有益效果：与现有技术相比，本发明的优点在于：(1)本发明的稻壳灰由稻壳在低温(600～700℃)下燃烧、粉磨制得，SiO2含量超过90wt％，具有高纯度和高火山灰活性；而且，处理工艺简单，易于操作，成本低，绿色环保，易于工业化生产；(2)由于其具有高活性，本发明的稻壳灰可有效替代硅灰作为矿物掺合料掺入水泥基材料，制备的高性能混凝土强度发展快、强度高、工作性好、体积稳定性好且耐久性高，其强度甚至超过现有硅灰掺杂的混凝土的强度；(3)将本发明的稻壳灰掺入水泥基材料，一方面可节约水泥用量、降低成本，另一方面，提高了稻壳的利用率，实现了稻壳的综合利用，生态环保；另外，稻壳这种农业废弃物来源充足，可满足市场的大规模需求。
附图说明
图1为实施例1中制备的高活性低温稻壳灰的28d TG-DSC曲线；
图2为硅灰的28d TG-DSC曲线。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1
制备高活性低温稻壳灰：
(1)预处理：将稻壳在1％的盐酸中沸水浴60min，水洗后再晒干，除去其中杂质；
(2)烧制：将预处理完的稻壳在炉内650℃下烧制60min，随后冷却；
(3)研磨：将烧制后的稻壳灰在700转/分钟的球磨机中球磨30min，得到高活性低温稻壳灰。
采用X射线荧光光谱(XRF)分析制备的高活性低温稻壳灰的化学组成，如下表1，可以看到，制得的高活性低温稻壳灰含有95wt％以上的SiO2。
表1实施例1制备的高活性低温稻壳灰的化学组成
Figure BDA0002771886790000031
采用DSC/TG热分析方法分析制备的高活性低温稻壳灰，并依据活性计算方法计算其活性指数，如下表2，结合图1～2，可以看到，与硅灰相比，本发明制备的稻壳灰明显具有更高的活性。
表2稻壳灰和硅灰活性指数
Figure BDA0002771886790000032
Figure BDA0002771886790000041
以上述制得的高活性低温稻壳灰为原料，制备如下组分含量的高性能混凝土：
Figure BDA0002771886790000042
按上述重量比例称取硅酸盐水泥、高活性低温稻壳灰、粉煤灰、河砂、玄武岩石子、水和减水剂，投入混凝土搅拌机，通过机械搅拌均匀后，制得高性能混凝土。根据GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》测得其抗压强度为(28d)106.3MPa。
实施例2
制备高活性低温稻壳灰：
(1)预处理：将稻壳在0.5％的盐酸中沸水浴45min，水洗后再晒干，除去其中杂质；
(2)烧制：将预处理完的稻壳在炉内600℃下烧制30min，随后冷却；
(3)研磨：将烧制后的稻壳灰在500转/分钟的球磨机中球磨10min，得到高活性低温稻壳灰。
经X射线荧光光谱(XRF)分析，本实施例制得的高活性低温稻壳灰含有90wt％以上的SiO2。经过DSC/TG热分析方法分析并计算其活性指数，该稻壳灰与硅灰相比活性更高。
以制得的高活性低温稻壳灰为原料，制备如下组分含量的高性能混凝土：
Figure BDA0002771886790000043
Figure BDA0002771886790000051
按上述重量比例称取硅酸盐水泥、高活性低温稻壳灰、粉煤灰、河砂、玄武岩石子、水和减水剂，投入混凝土搅拌机，通过机械搅拌均匀后，制得高性能混凝土。根据GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》测得其抗压强度为(28d)92.3MPa。
实施例3
制备高活性低温稻壳灰：
(1)预处理：将稻壳在1％的盐酸中沸水浴90min，水洗后再晒干，除去其中杂质；
(2)烧制：将预处理完的稻壳在炉内700℃下烧制60min，随后冷却；
(3)研磨：将烧制后的稻壳灰在600转/分钟的球磨机中球磨20min，得到高活性低温稻壳灰。
经X射线荧光光谱(XRF)分析，本实施例制得的高活性低温稻壳灰含有90wt％以上的SiO2。经过DSC/TG热分析方法分析并计算其活性指数，该稻壳灰与硅灰相比活性更高。
以制得的高活性低温稻壳灰为原料，制备如下组分含量的高性能混凝土：
Figure BDA0002771886790000052
按上述重量比例称取硅酸盐水泥、高活性低温稻壳灰、粉煤灰、河砂、玄武岩石子、水和减水剂，投入混凝土搅拌机，通过机械搅拌均匀后，制得高性能混凝土。根据GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》测得其抗压强度(28d)95.6MPa。
实施例4
制备高活性低温稻壳灰：
(1)预处理：将稻壳在1.5％的盐酸中沸水浴90min，水洗后再晒干，除去其中杂质；
(2)烧制：将预处理完的稻壳在炉内800℃下烧制45min，随后冷却；
(3)研磨：将烧制后的稻壳灰在800转/分钟的球磨机中球磨30min，得到高活性低温稻壳灰。
经X射线荧光光谱(XRF)分析，本实施例制得的高活性低温稻壳灰含有90wt％以上的SiO2。经过DSC/TG热分析方法分析并计算其活性指数，该稻壳灰与硅灰相比活性更高。
以制得的高活性低温稻壳灰为原料，制备如下组分含量的高性能混凝土：
Figure BDA0002771886790000061
按上述重量比例称取硅酸盐水泥、高活性低温稻壳灰、粉煤灰、河砂、玄武岩石子、水和减水剂，投入混凝土搅拌机，通过机械搅拌均匀后，制得高性能混凝土。根据GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》测得其抗压强度(28d)84.7MPa。
实施例5
制备高活性低温稻壳灰：
(1)预处理：将稻壳在1％的盐酸中沸水浴60min，水洗后再晒干，除去其中杂质；
(2)烧制：将预处理完的稻壳在炉内650℃下烧制60min，随后冷却；
(3)研磨：将烧制后的稻壳灰在800转/分钟的球磨机中球磨20min，得到高活性低温稻壳灰。
经X射线荧光光谱(XRF)分析，本实施例制得的高活性低温稻壳灰含有90wt％以上的SiO2。经过DSC/TG热分析方法分析并计算其活性指数，该稻壳灰与硅灰相比活性更高。
以制得的高活性低温稻壳灰为原料，制备如下组分含量的高性能混凝土：
Figure BDA0002771886790000062
Figure BDA0002771886790000071
按上述重量比例称取硅酸盐水泥、高活性低温稻壳灰、粉煤灰、河砂、玄武岩石子、水和减水剂，投入混凝土搅拌机，通过机械搅拌均匀后，制得高性能混凝土。根据GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》测得其抗压强度(28d)121.8MPa。

Claims (7)

1.一种高活性低温稻壳灰，其特征在于，所述高活性低温稻壳灰由如下方法制得：
(1)预处理：将稻壳在0.5％～1.5％的盐酸中沸水浴45～90min，水洗后再晒干，除去其中杂质；
(2)烧制：将预处理完的稻壳在炉内600～700℃下烧制30～60min，随后冷却；
(3)研磨：将烧制后的稻壳灰在500～800转/分钟的球磨机中球磨10～30min，得到高活性低温稻壳灰，该高活性低温稻壳灰含有90wt％以上的SiO2。
2.一种掺有权利要求1所述高活性低温稻壳灰的高性能混凝土，其特征在于，所述混凝土由如下重量百分含量的原料组成：
Figure FDA0002771886780000011
3.根据权利要求2所述高性能混凝土，其特征在于，所述水泥为强度等级52.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。
4.根据权利要求2所述高性能混凝土，其特征在于，所述粉煤灰为I级粉煤灰，需水量比≤95％，烧失量≤5％，比表面积≥400m2/kg。
5.根据权利要求2所述高性能混凝土，其特征在于，所述河砂采用连续级配且最大粒径为5mm的普通河砂。
6.根据权利要求2所述高性能混凝土，其特征在于，所述玄武岩石子为连续级配，最大粒径20mm。
7.根据权利要求2所述高性能混凝土，其特征在于，所述减水剂为固含量大于30％的聚羧酸系减水剂。
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