全级配理念稻壳灰泵送混凝土实验研究(附件)
混凝土作为一种在建筑工程中使用最为广泛的大宗建筑材料， 随着其应用领域的不断扩展，各种特殊工程对其性能的要求也在不断的提高。强度是混凝土最常规而且也是最主要的一项技术指标， 在相当长一段时期内混凝土的强度都直接代表着混凝土发展的技术水平。现代混凝土科学中最突出的两大成就：其一是高效外加剂的生产和应用；其二是矿物细粉掺合料的研究、应用与发展。后者的重要意义远远超过了以前仅仅为节约水泥的经济意义和利用废弃资源的环保意义，它涉及到全面提高混凝土的各项性能。要发展和应用高性能混凝土，就必须要有高质量的原材料。由于控制条件下生产的稻壳灰中的SiO2具有很高的火山灰活性。本论文在现有研究资料基础上尝试将稻壳灰作为混凝土的矿物掺合料使用。通过将稻壳灰粉磨制备成不同比表面积的稻壳灰掺入混凝土中，测试混凝土的和易性和力学性能，分析稻壳灰对混凝土各种性能的影响。论证其作为混凝土矿物掺合料的可行性。通过激光粒度仪测试发现，粉磨后的稻壳灰粒径在2μm～45μm之间。比表面积在4000cm2/g～6000cm2/g的稻壳灰在实际应用中可行性较高。粉磨后的稻壳灰会降低混凝土的坍落度，增大混凝土的坍落度经时损失，影响程度随稻壳灰掺量变化而变化。混凝土抗压强度随稻壳灰掺量增大而增大，稻壳灰最佳掺量为18%～25%。稻壳灰在较低掺量时对水泥胶砂流动度和强度影响不大，对混凝土流动性影响不明显。但在拌合及试验过程中，标准试件中浆体会发生离析现象，而掺入稻壳灰的试件粘聚性良好，浆体分布均匀，对泵送混凝土中经常出现的离析、抓底、板结问题能起到很好的作用。关键词 稻壳灰，泵送混凝土，强度目 录
1 绪论 1
1.1 课题背景及研究目的和意义 1
1.1.1 课题背景 1
1.1.2 试验研究的目的和意义. 2
1.2 国内外在该方向的研究现状及分析 3
1.2.1 国内，外对稻壳灰的研究 3
1.2.2 国内，外在稻壳灰方向的研究分析 3
1.3 主要研究内容和解决的关键技术问题 3
1.3.1 主要研究内容 3
1.3.2 重点解决的关键技术 4
1.4 全级配理念稻壳灰的应用试验研究 4
1.4.1 全级配理念
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的研究现状及分析 3
1.2.1 国内，外对稻壳灰的研究 3
1.2.2 国内，外在稻壳灰方向的研究分析 3
1.3 主要研究内容和解决的关键技术问题 3
1.3.1 主要研究内容 3
1.3.2 重点解决的关键技术 4
1.4 全级配理念稻壳灰的应用试验研究 4
1.4.1 全级配理念稻壳灰的含义 4
1.4.2 全级配稻壳灰的应用 4
1.4.3 全级配稻壳灰的特性 5
1.5 泵送混凝土 6
1.5.1 泵送混凝土的发展及研究现状 6
1.5.2 泵送混凝土的基本要求 8
1.5.3 泵送混凝土的常见问题及解决方法 8
2 试验原材料及试验方法 8
2.1 原材料 8
2.1.1 稻壳灰 8
2.1.2 水泥 9
2.1.3 水 9
2.1.4 砂 10
2.1.5 石子 10
2.1.6 外加剂 10
2.2 试验方法与仪器设备 10
2.2.1 全级配理念稻壳灰的实验室制备 11
2.2.2 水泥胶砂的制备及测定法法 17
2.2.3 水泥胶砂强度测定方法 19
2.2.4 新拌混凝土工作性试验步骤 21
2.2.5 正交试验 22 2.2.6 全级配超细泵送混凝土工作性、力学及耐久性能测定 24
3 稻壳灰对水泥胶砂工作性的影响 24
3.1 第一次水泥胶砂试验 24
3.2 第二次水泥胶砂试验 27
4 全级配稻壳灰对新拌泵送混凝土工作性的影响 29
4.1 混凝土配合比设计 29
4.1.1 泵送混凝土配合比设计要求 29
4.1.2 泵送混凝土配合比设计计算 30
4.2 稻壳灰替代水泥配制泵送混凝土试验 32
4.2.1 稻壳灰替代水泥配制泵送混凝土 32
结论 35
展望 36
致谢 37
参考文献 38
1 绪论
随着混凝土需求量的与日俱增，结构对混凝土质量的要求也越来越高。良好的力学性能、减轻结构自重、增强结构的耐久性一直是配筋混凝土结构中倍受关注的课题，对越来越多处于自然环境中的大跨度桥梁、高层超高层建筑尤其如此。
然而近年来混凝土建筑暴露出越来越多的问题。一方面，混凝土中最重要的胶凝组分——水泥，其在生产过程中能耗极高，在混凝土中也不能完全水化，造成了严重的能源和资源浪费。随着人们对环境保护的日益重视，水泥混凝土行业也将朝着“绿色、节能减排”的方向发展。今后的水泥行业将逐渐转变成为水硬性胶凝材料业，向市场提供与水拌和时能硬化的微细粉末。这种增加混凝土矿物组分而减少细磨熟料用量的思路，更加符合我国政府对水泥行业提出的可持续发展路线要求。而且，随着混凝土技术的不断进步与发展，在以高效减水剂和大掺量矿物掺合料为物质基础上以低水灰比、低水泥用量、低单位体积用水量为主要技术特征的现代高性能混凝土成为了当今混凝土的发展方向[1]。
1.1 课题背景及研究目的和意义
1.1.1 课题背景
国外学者从不同角度探讨了稻壳灰的制备、细微观特征、水化与硬化机理，以及稻壳灰不同品质、不同粒径和不同掺入量对混凝土工作性、强度和耐久性的影响，研究结果表明：混凝土中掺入稻壳灰可以有效改善混凝土的耐久性，能够提高混凝土的强度，但是掺入稻壳灰对新拌混凝土流变性能有一定的降低，须掺入一定量的超级塑化剂来补偿由于掺入稻壳灰而带来的工作性的降低。我国关于稻壳灰在水泥与混凝土中的应用研究与国外相比，还需要对稻壳灰加强研究。除此之外，在稻壳灰最为掺和料掺入泵送混凝土综合性能研究的方面，研究的成果甚少，但是相对于全级配理念稻壳灰掺入泵送混凝土方面来讲，在各方面的性能研究还没有明确的报道。
稻壳灰（RHA）是稻壳焚烧后的粉尘。目前焚烧方式一类是生物发电厂控制温度在700℃左右条件下焚烧，另一类是自然焚烧，温度一般不超过800℃[2]。国内外已有研究表明，上述焚烧的RHA中非晶质SiO2含量超过80%，特别是其较细的颗粒粒径、高表面积特点使其具有火山灰质活性[2]。高流动性主要掺入高效减水剂和矿物外加剂是配制泵送混凝土基本要求，其中矿物外加剂是富含非晶质SiO2高比表面积的微粉辅助材料，这使得RHA能够作为矿物添加剂在泵送混凝土中应用成为可能。
1.1.2 试验研究的目的和意义.
（1）有助于节能减排目标的实现
根据欧洲水泥协会数据表明，2013年中国水泥产量为24亿吨，约占世界总产量的60%[3]。每吨水泥烧制需消耗标准煤115kg，排放约1吨CO2，还有大量的SO2有害气体，以及大量的粉尘[3]。可见，大力发展稻壳灰环保节能型水泥基建筑材料，用活性稻壳灰部分取代水泥，改善能源结构和节约能源资源一定要减少水泥熟料的需求量，将促进“十三五”期间国家节能减排总目标的实现和工业可持续发展。
（2）有助于农业固体废弃物的综合利用
据世界粮农组织统计年鉴报道，2013年中国的水稻产量约为2亿吨，接近全球的水稻产量的1/3[3]。数量庞大的稻壳迄今为止都没有合适利用途径。在近几年，生物质发电技术是其系统利用的重要途径之一，但是由于出现了大量的稻壳灰，如能将稻壳焚烧后产生的稻壳灰替代水泥来生产泵送混凝土，就可以变废为宝，节能减排，从而实现稻壳这种农业固体废弃物的系统进行综合利用，相对于经济和环保效益来说，这有着十分重要的作用。
（3）将推动预拌商业混凝土产业升级
江苏是全国预拌混凝土产业规模最大的省份，这对发展稻壳灰泵送混凝土，有着广阔应用前景。在打造环保型混凝土生产基地，可实现企业的经济效益和社会效益的双丰收，走出一条混凝土企业差异化发展的新路，从而实现我省预拌混凝土产业的整体升级。
（4）将促进生物质发电技术的推广和应用
1 绪论 1
1.1 课题背景及研究目的和意义 1
1.1.1 课题背景 1
1.1.2 试验研究的目的和意义. 2
1.2 国内外在该方向的研究现状及分析 3
1.2.1 国内，外对稻壳灰的研究 3
1.2.2 国内，外在稻壳灰方向的研究分析 3
1.3 主要研究内容和解决的关键技术问题 3
1.3.1 主要研究内容 3
1.3.2 重点解决的关键技术 4
1.4 全级配理念稻壳灰的应用试验研究 4
1.4.1 全级配理念
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的研究现状及分析 3
1.2.1 国内，外对稻壳灰的研究 3
1.2.2 国内，外在稻壳灰方向的研究分析 3
1.3 主要研究内容和解决的关键技术问题 3
1.3.1 主要研究内容 3
1.3.2 重点解决的关键技术 4
1.4 全级配理念稻壳灰的应用试验研究 4
1.4.1 全级配理念稻壳灰的含义 4
1.4.2 全级配稻壳灰的应用 4
1.4.3 全级配稻壳灰的特性 5
1.5 泵送混凝土 6
1.5.1 泵送混凝土的发展及研究现状 6
1.5.2 泵送混凝土的基本要求 8
1.5.3 泵送混凝土的常见问题及解决方法 8
2 试验原材料及试验方法 8
2.1 原材料 8
2.1.1 稻壳灰 8
2.1.2 水泥 9
2.1.3 水 9
2.1.4 砂 10
2.1.5 石子 10
2.1.6 外加剂 10
2.2 试验方法与仪器设备 10
2.2.1 全级配理念稻壳灰的实验室制备 11
2.2.2 水泥胶砂的制备及测定法法 17
2.2.3 水泥胶砂强度测定方法 19
2.2.4 新拌混凝土工作性试验步骤 21
2.2.5 正交试验 22 2.2.6 全级配超细泵送混凝土工作性、力学及耐久性能测定 24
3 稻壳灰对水泥胶砂工作性的影响 24
3.1 第一次水泥胶砂试验 24
3.2 第二次水泥胶砂试验 27
4 全级配稻壳灰对新拌泵送混凝土工作性的影响 29
4.1 混凝土配合比设计 29
4.1.1 泵送混凝土配合比设计要求 29
4.1.2 泵送混凝土配合比设计计算 30
4.2 稻壳灰替代水泥配制泵送混凝土试验 32
4.2.1 稻壳灰替代水泥配制泵送混凝土 32
结论 35
展望 36
致谢 37
参考文献 38
1 绪论
随着混凝土需求量的与日俱增，结构对混凝土质量的要求也越来越高。良好的力学性能、减轻结构自重、增强结构的耐久性一直是配筋混凝土结构中倍受关注的课题，对越来越多处于自然环境中的大跨度桥梁、高层超高层建筑尤其如此。
然而近年来混凝土建筑暴露出越来越多的问题。一方面，混凝土中最重要的胶凝组分——水泥，其在生产过程中能耗极高，在混凝土中也不能完全水化，造成了严重的能源和资源浪费。随着人们对环境保护的日益重视，水泥混凝土行业也将朝着“绿色、节能减排”的方向发展。今后的水泥行业将逐渐转变成为水硬性胶凝材料业，向市场提供与水拌和时能硬化的微细粉末。这种增加混凝土矿物组分而减少细磨熟料用量的思路，更加符合我国政府对水泥行业提出的可持续发展路线要求。而且，随着混凝土技术的不断进步与发展，在以高效减水剂和大掺量矿物掺合料为物质基础上以低水灰比、低水泥用量、低单位体积用水量为主要技术特征的现代高性能混凝土成为了当今混凝土的发展方向[1]。
1.1 课题背景及研究目的和意义
1.1.1 课题背景
国外学者从不同角度探讨了稻壳灰的制备、细微观特征、水化与硬化机理，以及稻壳灰不同品质、不同粒径和不同掺入量对混凝土工作性、强度和耐久性的影响，研究结果表明：混凝土中掺入稻壳灰可以有效改善混凝土的耐久性，能够提高混凝土的强度，但是掺入稻壳灰对新拌混凝土流变性能有一定的降低，须掺入一定量的超级塑化剂来补偿由于掺入稻壳灰而带来的工作性的降低。我国关于稻壳灰在水泥与混凝土中的应用研究与国外相比，还需要对稻壳灰加强研究。除此之外，在稻壳灰最为掺和料掺入泵送混凝土综合性能研究的方面，研究的成果甚少，但是相对于全级配理念稻壳灰掺入泵送混凝土方面来讲，在各方面的性能研究还没有明确的报道。
稻壳灰（RHA）是稻壳焚烧后的粉尘。目前焚烧方式一类是生物发电厂控制温度在700℃左右条件下焚烧，另一类是自然焚烧，温度一般不超过800℃[2]。国内外已有研究表明，上述焚烧的RHA中非晶质SiO2含量超过80%，特别是其较细的颗粒粒径、高表面积特点使其具有火山灰质活性[2]。高流动性主要掺入高效减水剂和矿物外加剂是配制泵送混凝土基本要求，其中矿物外加剂是富含非晶质SiO2高比表面积的微粉辅助材料，这使得RHA能够作为矿物添加剂在泵送混凝土中应用成为可能。
1.1.2 试验研究的目的和意义.
（1）有助于节能减排目标的实现
根据欧洲水泥协会数据表明，2013年中国水泥产量为24亿吨，约占世界总产量的60%[3]。每吨水泥烧制需消耗标准煤115kg，排放约1吨CO2，还有大量的SO2有害气体，以及大量的粉尘[3]。可见，大力发展稻壳灰环保节能型水泥基建筑材料，用活性稻壳灰部分取代水泥，改善能源结构和节约能源资源一定要减少水泥熟料的需求量，将促进“十三五”期间国家节能减排总目标的实现和工业可持续发展。
（2）有助于农业固体废弃物的综合利用
据世界粮农组织统计年鉴报道，2013年中国的水稻产量约为2亿吨，接近全球的水稻产量的1/3[3]。数量庞大的稻壳迄今为止都没有合适利用途径。在近几年，生物质发电技术是其系统利用的重要途径之一，但是由于出现了大量的稻壳灰，如能将稻壳焚烧后产生的稻壳灰替代水泥来生产泵送混凝土，就可以变废为宝，节能减排，从而实现稻壳这种农业固体废弃物的系统进行综合利用，相对于经济和环保效益来说，这有着十分重要的作用。
（3）将推动预拌商业混凝土产业升级
江苏是全国预拌混凝土产业规模最大的省份，这对发展稻壳灰泵送混凝土，有着广阔应用前景。在打造环保型混凝土生产基地，可实现企业的经济效益和社会效益的双丰收，走出一条混凝土企业差异化发展的新路，从而实现我省预拌混凝土产业的整体升级。
（4）将促进生物质发电技术的推广和应用
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