低溫與高溫稻殼灰水泥砂漿性能對比研究

低溫與高溫稻殼灰水泥砂漿性能對比研究

1研究結(jié)果與分析中國是世界上水稻產(chǎn)量最高的國家。作為水稻的副產(chǎn)品，水稻殼約占水稻重量的20%。筆者探討并試驗(yàn)研究了不同高低溫稻殼灰摻和比例對水泥砂漿力學(xué)性能、稠度和保水率的影響，并結(jié)合微觀圖像對其作用機(jī)理進(jìn)行對比分析，研究結(jié)果以期為稻殼灰資源化的應(yīng)用提供新視角，充分利用廢料，減少污染，降低水泥成本。2實(shí)驗(yàn)2.1稻殼灰的化學(xué)組成試驗(yàn)選用的水泥為湖北黃石市某水泥廠生產(chǎn)的P·O42.5普通硅酸鹽水泥。采用湖北省某廠家生產(chǎn)的煅燒溫度分別為400℃和800℃的稻殼灰(RHA),即為低溫稻殼灰(4R)和高溫稻殼灰(8R),如圖1所示。為了使兩種稻殼灰的粒徑相同，用高速粉磨機(jī)將制備好的稻殼灰研磨，并過180目篩，其中稻殼灰的化學(xué)組成如表1所示。采用的骨料為河砂(中砂),其物理性能指標(biāo)如表2所示。2.2入稻殼灰的試樣制備根據(jù)規(guī)范《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法》(GB/T50081—2019)中的要求制備水泥砂漿并進(jìn)行性能測試。試驗(yàn)以摻入稻殼灰的種類為變量，其它因素為定量，采用內(nèi)摻法分別將高溫稻殼灰、低溫稻殼灰按照水泥量的0%、5%、10%摻入，具體配合比如表3所示。將砂、稻殼灰和水泥等材料依次加入到混凝土攪拌機(jī)中預(yù)攪拌1min后，再加入水?dāng)嚢?min。將拌合物倒入模具中成型，24h后拆除試樣模板，放在相對濕度為50%±5%、養(yǎng)護(hù)溫度為(20±1)℃的標(biāo)準(zhǔn)環(huán)境下進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。2.3術(shù)后術(shù)準(zhǔn)根據(jù)JGJ70—90規(guī)范對制備好的水泥砂漿分別進(jìn)行稠度測試，以2次測試稠度的算術(shù)平均值為準(zhǔn)，精確至1mm。依據(jù)JGJ/T98—2019規(guī)范對水泥砂漿進(jìn)行保水率測試(新拌水泥砂漿由濾紙吸水5min后留存水的質(zhì)量/試驗(yàn)前的含水量),計(jì)算公式如下：(1)上式中，R為保水率(100%),Z為試驗(yàn)初始用水量(根據(jù)3結(jié)果與討論3.1稻殼灰水泥砂漿的稠值水泥砂漿的稠度越大，表明該水泥砂漿越稀，流動性越好，稠度在允許區(qū)間范圍內(nèi)具有優(yōu)良的工程性能。試驗(yàn)分別測試了水泥砂漿的稠度值，其結(jié)果如圖2所示。由圖2可以看出，在同一摻量下，高溫稻殼灰水泥砂漿的稠度值<普通水泥砂的稠度值<低溫稻殼灰水泥砂漿的稠度值，即稻殼灰水泥砂漿的稠度值與煅燒溫度有關(guān)，摻量小于5%時，低溫稻殼灰水泥砂漿的稠度值呈上升趨勢且大于普通水泥砂漿的稠度值，高溫稻殼灰水泥砂漿的稠度值則相反。當(dāng)摻量大于5%時，高低溫稻殼灰水泥砂漿的稠度值均隨著摻量的增大而增大，且高溫稻殼灰水泥砂漿的稠度值仍小于普通水泥砂漿的稠度值。上述結(jié)果的主要原因是相比低溫稻殼灰，高溫稻殼灰表現(xiàn)較“蓬松”且內(nèi)部結(jié)構(gòu)破損程度大，這造成其吸水性更高一些，致使高溫稻殼灰水泥砂漿流動性差、稠度變小，而稻殼灰過量時，水泥砂漿的稠度隨著摻量的增大而增大。3.2水泥水化劑的用量砂漿的保水性是砂漿性能的一個重要指標(biāo)，其允許保水率范圍≥88%,良好的保水率不僅能夠使得砂漿與基層間充分黏結(jié)，而且還能夠使得水泥水化得更加充分。由圖3可知，砂漿保水率沒有明顯的變化規(guī)律，當(dāng)摻入低溫稻殼灰時，稻殼灰水泥砂漿的保水率隨著摻量的增大而增大，最大可達(dá)到98%以上，此時摻量為10%。當(dāng)摻入高溫稻殼灰時，水泥砂漿的保水率幾乎沒有變化。出現(xiàn)上述結(jié)果的原因是水泥水化反應(yīng)生成氫氧化鈣，低溫稻殼灰火山灰活性組分與氫氧化鈣反應(yīng)生成水化硅酸鈣、水化鋁酸鈣等，即為火山灰的水泥水化過程3.3力學(xué)能力3.3.1高溫水泥砂漿與高溫稻殼灰水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度比較分別對不同摻量的低溫和高溫稻殼灰水泥砂漿試樣進(jìn)行14d、28d的抗壓強(qiáng)度測試，結(jié)果如圖4所示。由抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果圖可以看出，當(dāng)摻量一定時，高溫稻殼灰水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度較低溫稻殼灰水泥砂漿的強(qiáng)度小，且14d、28d的高溫稻殼灰水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度均小于空白對照組水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度。這是由于煅燒溫度過高導(dǎo)致稻殼灰內(nèi)部結(jié)構(gòu)被破壞，火山灰活性降低，進(jìn)而導(dǎo)致水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度降低。當(dāng)摻入低溫稻殼灰時，14d和28d的抗壓強(qiáng)度隨著摻量的增加先升高后降低，在摻量為5%時，水泥砂漿14d和28d的強(qiáng)度最高，相對于普通水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度分別升高了8%和6%,主要原因是低溫稻殼灰中大量SiO3.3.2稻殼灰水泥砂漿抗折強(qiáng)度試件抗折強(qiáng)度圖如圖5所示，由圖5可知，抗折強(qiáng)度的變化規(guī)律基本與抗壓強(qiáng)度的變化規(guī)律相同，對于低溫稻殼灰水泥砂漿，14d和28d的抗折強(qiáng)度隨著摻量的增加先升高后降低，而隨著摻量的增加，高溫稻殼灰水泥砂漿14d的強(qiáng)度持續(xù)下降且小于普通水泥砂漿，28d的強(qiáng)度隨著摻量的增加呈先升高后降低的趨勢。稻殼灰對水泥砂漿的抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度的影響規(guī)律和作用機(jī)理相同，出現(xiàn)以上現(xiàn)象的原因見上述。3.4稻殼灰水泥砂漿微觀結(jié)構(gòu)分析通過掃描電鏡觀察低溫稻殼灰、高溫稻殼灰、14d時普通水泥砂漿空白對照組及摻量為5%、10%的低溫和高溫稻殼灰水泥砂漿，試件微觀結(jié)構(gòu)如圖所示。由圖6～圖9可知，加入稻殼灰后水泥砂漿的內(nèi)部結(jié)構(gòu)更加密實(shí)，微觀結(jié)構(gòu)中未發(fā)現(xiàn)有明顯的孔隙結(jié)構(gòu)，而圖6普通水泥砂漿的微觀圖中有大量的孔洞，膠凝材料網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)較為稀疏。對比分析圖7a和圖7b可以看出，高溫稻殼灰內(nèi)部結(jié)構(gòu)的損壞程度較大，夾層呈中空狀態(tài)。由圖8b和圖9b可知，在同一摻量下，微觀結(jié)構(gòu)圖中高溫稻殼灰水泥砂漿的針狀物比低溫稻殼灰水泥砂漿的針狀物多，且針狀物多獨(dú)立分布，高溫稻殼灰在摻量為10%時，水泥砂漿中有部分未反應(yīng)的稻殼灰存在于膠凝材料的表面。由圖8a、8b、9a、9b可知，在同一煅燒溫度下，相比于10%的稻殼灰摻量，5%摻量的稻殼灰水泥砂漿內(nèi)部的微觀網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)更加密集一些，這將促進(jìn)水泥砂漿與稻殼灰二者之間的整體性和穩(wěn)定性，增強(qiáng)稻殼灰水泥砂漿的強(qiáng)度。4對水泥砂漿性能的影響通過摻入高溫稻殼灰和低溫稻殼灰制備稻殼灰水泥砂漿，并進(jìn)行稠度、保水率和力學(xué)性能的測試，最后結(jié)合微觀結(jié)構(gòu)對其作用機(jī)理進(jìn)行分析。主要結(jié)論如下。(1)在同一摻量下，高低溫稻殼灰對水泥砂漿稠度的影響相反。稠度值的差異表現(xiàn)為低溫稻殼灰水泥砂漿>普通水泥砂漿>高溫稻殼灰水泥砂漿，這表明加入適量的稻殼灰可以調(diào)整砂漿稠度，以獲得質(zhì)量均勻、成型密實(shí)的性能。(2)稻殼灰對水泥砂漿的保水率作用甚微。低溫稻殼灰能使水泥砂漿的保水率增加，摻量為10%時，保水率最大可達(dá)98%,而高溫稻殼灰對水泥砂漿的保水率幾乎沒有影響。(3)相比于高溫稻殼灰，低溫稻殼灰對水泥砂漿的力學(xué)性能影響更加顯著。隨著稻殼灰摻量的