稻壳灰对混凝土性能的影响研究2(附件)
本课题就稻壳在不经处理、水洗10min、水洗8h三种预处理条件下，在不同焚烧温度得到的稻壳灰成分进行研究，研究发现，水洗会溶解稻壳中的有机物，提升稻壳灰中SiO2含量。同时研究了在450℃、500℃、550三种温度下焚烧得到的稻壳灰，比表面积磨细为355m2/kg和600m2/kg后，选择稻壳灰掺量为5%、10%、15%，将稻壳灰掺入水泥胶砂试件，研究发现，在本课题中，500℃所得稻壳灰掺量为10%，比表面积600m2/kg时，水泥胶砂试件快养3天的抗压强度最高，达到70.7MPa。关键词 稻壳灰，稻壳灰混凝土，水泥胶砂抗折强度，水泥胶砂抗压强度
目 录
1 绪论 1
1.1稻壳灰（RHA）混凝土的研究目的和意义 1
1.2稻壳灰（RHA）混凝土的研究现状 2
1.3研究目的和内容 3
1.4可行性分析 4
1.5研究路线 5
2 试验原材料和实验仪器 5
2.1稻壳和稻壳灰（RHA）材料 5
2.2水泥材料 6
2.3骨料和水 7
2.4马弗炉 7
2.5行星式球磨仪 7
2.6激光粒度分布仪 8
2.7 HBY40B水泥恒温恒湿标准养护箱 9
2.8 ZS15水泥胶砂振实台 9
2.9鼓风干燥箱（烘箱） 9
3 稻壳灰（RHA）的制备和选择 9
3.1稻壳灰的焚烧制备 9
3.2稻壳灰正交试验 15
3.3试验结果与分析 16
4 水泥胶砂试验 18
4.1试验仪器及材料 18
4.2比表面积355m2/kg稻壳灰胶砂实验 28
4.3比表面积600m2/kg稻壳灰胶砂实验 34
4.4 本章小结 38
结论 40
致谢 41
参考文献 42
1 绪论
1.1稻壳灰（RHA）混凝土的研究目的和意义
近年来国家对建材市场的监督以及可持续发展战略是我国的一项基本发展战略，所以绿色新型的环保建材发展受到了广泛的关注。一 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
些天然的环保材料也被应用到建材当中，像一些木屑就可以加工制造成为人工木板，而且拥有和天然木材的相同的加工性，也具有隔热性能、隔音性能、防火性能、防蛀性能等优点，抗张强度等指标也都符合标准，利用废弃的木屑制造人工木板也减少了木材的使用，对环境起到进一步的保护作用。再者高温焚烧后的稻壳灰中含有活性的二氧化硅（SiO2），还具有火山灰活性，因此将其加入水泥中代替部分水泥制备混凝土也成为一个新的思路。中国是世界能源大国，是世界上煤炭最大的生产过和消费国，煤炭产业作为中国的能源支柱体系已经存在了几十年，其能源结构占比一直维持在70%以上，但是煤炭的燃烧带来了一系列的环境问题。同样我们国家也是一个农业大国，每年的水稻小麦等稻谷产量占到世界的百分之三十以上，其中水稻是主要的农作物，水稻在生产大米的过程中产生了大量的废弃稻壳，稻壳的产生量约占水稻的17%，折合产量大约有4000万吨，但是之前对稻壳的处理方法是堆放在厂区附近，或者直接焚烧，占用了大量的场地资源，来不及处理会污染环境，对人们的生活和工作造成了极大的不便，又存在火灾隐患，容易引发火灾。环保部门和企业需要对其有一个好的处理方法。
当前现代混凝土正由传统的水泥、砂、石、水四组分向多组分的方向发展。化学外加剂主要是超塑化剂已稳定地成为混凝土的第五组分而矿物掺合料主要是高活性火山灰材料由于对混凝土的力学性能，工作性能和耐久性能有重要的提升作用，正成为高强、高性能混凝土必要的第六组分。硅灰作为目前活性最好的矿物掺合料，在高强高性能混凝土的配制中可以起到显著的增强作用。但由于硅灰数量稀少，价格高昂，限制其广泛的使用。我国混凝土材料科学奠基人吴中伟院士指出稻壳灰“可望接近硅灰功效”。而未结晶稻壳灰是一种超级火山灰材料的事实目前尚未被工程实际大量使用，而作为一种“垃圾”被看待。我国稻壳数量庞大，到目前没有大规模的合理利用途径。虽然稻壳气化发电可以缓解稻壳的环境压力，但是气化稻壳灰密度小，堆积很占用土地资源，而且飞灰很容易随风随水污染环境，则又带来另一种污染。考虑到水泥混凝土行业是资源消耗大户，可以很好的消耗如此大量的稻壳灰。如果利用稻壳灰替代水泥，可以减少水泥用量减少污染又降低成本。废弃物稻壳和气化稻壳灰，将其运用于混凝土的生产中，变废为宝，既缓解了稻壳及其气化稻壳灰渣对环境的压力，又实现建材产业绿色经济的发展，具有良好的经济、社会和环境效益。
1.2稻壳灰（RHA）混凝土的研究现状
上个世纪，一些科学家就已经了解到稻壳中含有硅元素的物质，一吨稻壳大约中大概有两百千克的无定形硅，稻壳经过燃烧得到的稻壳灰经过一定方式的处理后具有火山灰活性和微型集料填充效果。不过经过简单燃烧后的稻壳灰只是一种成本比较低的硅元素火山灰材料，Mehta及Polivka报导稻壳灰作为一种高活性火山灰成分，其中的二氧化硅（SiO2）在细度达到要求之后再有水的条件下会和氢氧化钙Ca(OH)2发生反应快速生成低钙水化硅酸钙凝胶，但是稻壳直接焚烧过后得到的稻壳灰中含碳量过多，并不能将其直接应用到水泥混凝土中，所以稻壳焚烧过后的稻壳灰也难以直接代替水泥、粉煤灰或者高炉矿渣等物质掺加到水泥混凝土当中。这也是稻壳灰水泥研究需要解决的问题。
近年来，美国、日本、欧洲的一些科研人员发现，将稻壳放在高温炉里煅烧，得到的稻壳灰，里面含有纯度比较高的二氧化硅（SiO2）粉末，但是不同温度煅烧出来的稻壳灰中所含的物质不同，Kapur通过设计一种可以调控温度的稻壳燃烧炉，对稻壳进行一种固定温度的燃烧，得到而每一种温度下稻壳的焚烧产物和稻壳灰状态，试验结果表明350摄氏度条件下和600摄氏度条件下的的稻壳灰比表面积是不同的，350摄氏度下和600摄氏度下稻壳灰的比表面积稻壳灰的比表面积分别是60m2/g和80m2/g，这是因为600摄氏度条件下将剩余的碳进行了氧化，并且稻壳产生了新的孔隙，此时稻壳灰中的二氧化硅（SiO2）为非晶体状态，再继续把温度升高，到达900摄氏度时，稻壳灰的比表面积只有1m2/g，通过这种现象得出的控制温度可以在燃烧炉里得到具有活性的二氧化硅（SiO2），此时得到的稻壳灰粉末中二氧化硅（SiO2）的活性也是决定稻壳灰能否用于水泥混凝土的关键。Mehtal的研究表明，当加热温度为500摄氏度时，稻壳灰中的二氧化硅（SiO2）会有部分转化为二氧化硅（SiO2）晶体，Rao和James的研究得出，将稻壳灰中的二氧化硅（SiO2）完全释放，并且将稻壳灰中的多余有机物完全氧化分解，最低温度要求为402摄氏度。在氧化燃烧之后得到的多孔二氧化硅骨架在被磨细后，比表面积会比较高，这也成为稻壳灰水泥混凝土强度提高的主要原因。但是大规模制备稻壳灰时，如何控制稻壳灰的焚烧温度，也值得我们研究。
目 录
1 绪论 1
1.1稻壳灰（RHA）混凝土的研究目的和意义 1
1.2稻壳灰（RHA）混凝土的研究现状 2
1.3研究目的和内容 3
1.4可行性分析 4
1.5研究路线 5
2 试验原材料和实验仪器 5
2.1稻壳和稻壳灰（RHA）材料 5
2.2水泥材料 6
2.3骨料和水 7
2.4马弗炉 7
2.5行星式球磨仪 7
2.6激光粒度分布仪 8
2.7 HBY40B水泥恒温恒湿标准养护箱 9
2.8 ZS15水泥胶砂振实台 9
2.9鼓风干燥箱（烘箱） 9
3 稻壳灰（RHA）的制备和选择 9
3.1稻壳灰的焚烧制备 9
3.2稻壳灰正交试验 15
3.3试验结果与分析 16
4 水泥胶砂试验 18
4.1试验仪器及材料 18
4.2比表面积355m2/kg稻壳灰胶砂实验 28
4.3比表面积600m2/kg稻壳灰胶砂实验 34
4.4 本章小结 38
结论 40
致谢 41
参考文献 42
1 绪论
1.1稻壳灰（RHA）混凝土的研究目的和意义
近年来国家对建材市场的监督以及可持续发展战略是我国的一项基本发展战略，所以绿色新型的环保建材发展受到了广泛的关注。一 *好棒文|www.hbsrm.com +Q: *351916072*
些天然的环保材料也被应用到建材当中，像一些木屑就可以加工制造成为人工木板，而且拥有和天然木材的相同的加工性，也具有隔热性能、隔音性能、防火性能、防蛀性能等优点，抗张强度等指标也都符合标准，利用废弃的木屑制造人工木板也减少了木材的使用，对环境起到进一步的保护作用。再者高温焚烧后的稻壳灰中含有活性的二氧化硅（SiO2），还具有火山灰活性，因此将其加入水泥中代替部分水泥制备混凝土也成为一个新的思路。中国是世界能源大国，是世界上煤炭最大的生产过和消费国，煤炭产业作为中国的能源支柱体系已经存在了几十年，其能源结构占比一直维持在70%以上，但是煤炭的燃烧带来了一系列的环境问题。同样我们国家也是一个农业大国，每年的水稻小麦等稻谷产量占到世界的百分之三十以上，其中水稻是主要的农作物，水稻在生产大米的过程中产生了大量的废弃稻壳，稻壳的产生量约占水稻的17%，折合产量大约有4000万吨，但是之前对稻壳的处理方法是堆放在厂区附近，或者直接焚烧，占用了大量的场地资源，来不及处理会污染环境，对人们的生活和工作造成了极大的不便，又存在火灾隐患，容易引发火灾。环保部门和企业需要对其有一个好的处理方法。
当前现代混凝土正由传统的水泥、砂、石、水四组分向多组分的方向发展。化学外加剂主要是超塑化剂已稳定地成为混凝土的第五组分而矿物掺合料主要是高活性火山灰材料由于对混凝土的力学性能，工作性能和耐久性能有重要的提升作用，正成为高强、高性能混凝土必要的第六组分。硅灰作为目前活性最好的矿物掺合料，在高强高性能混凝土的配制中可以起到显著的增强作用。但由于硅灰数量稀少，价格高昂，限制其广泛的使用。我国混凝土材料科学奠基人吴中伟院士指出稻壳灰“可望接近硅灰功效”。而未结晶稻壳灰是一种超级火山灰材料的事实目前尚未被工程实际大量使用，而作为一种“垃圾”被看待。我国稻壳数量庞大，到目前没有大规模的合理利用途径。虽然稻壳气化发电可以缓解稻壳的环境压力，但是气化稻壳灰密度小，堆积很占用土地资源，而且飞灰很容易随风随水污染环境，则又带来另一种污染。考虑到水泥混凝土行业是资源消耗大户，可以很好的消耗如此大量的稻壳灰。如果利用稻壳灰替代水泥，可以减少水泥用量减少污染又降低成本。废弃物稻壳和气化稻壳灰，将其运用于混凝土的生产中，变废为宝，既缓解了稻壳及其气化稻壳灰渣对环境的压力，又实现建材产业绿色经济的发展，具有良好的经济、社会和环境效益。
1.2稻壳灰（RHA）混凝土的研究现状
上个世纪，一些科学家就已经了解到稻壳中含有硅元素的物质，一吨稻壳大约中大概有两百千克的无定形硅，稻壳经过燃烧得到的稻壳灰经过一定方式的处理后具有火山灰活性和微型集料填充效果。不过经过简单燃烧后的稻壳灰只是一种成本比较低的硅元素火山灰材料，Mehta及Polivka报导稻壳灰作为一种高活性火山灰成分，其中的二氧化硅（SiO2）在细度达到要求之后再有水的条件下会和氢氧化钙Ca(OH)2发生反应快速生成低钙水化硅酸钙凝胶，但是稻壳直接焚烧过后得到的稻壳灰中含碳量过多，并不能将其直接应用到水泥混凝土中，所以稻壳焚烧过后的稻壳灰也难以直接代替水泥、粉煤灰或者高炉矿渣等物质掺加到水泥混凝土当中。这也是稻壳灰水泥研究需要解决的问题。
近年来，美国、日本、欧洲的一些科研人员发现，将稻壳放在高温炉里煅烧，得到的稻壳灰，里面含有纯度比较高的二氧化硅（SiO2）粉末，但是不同温度煅烧出来的稻壳灰中所含的物质不同，Kapur通过设计一种可以调控温度的稻壳燃烧炉，对稻壳进行一种固定温度的燃烧，得到而每一种温度下稻壳的焚烧产物和稻壳灰状态，试验结果表明350摄氏度条件下和600摄氏度条件下的的稻壳灰比表面积是不同的，350摄氏度下和600摄氏度下稻壳灰的比表面积稻壳灰的比表面积分别是60m2/g和80m2/g，这是因为600摄氏度条件下将剩余的碳进行了氧化，并且稻壳产生了新的孔隙，此时稻壳灰中的二氧化硅（SiO2）为非晶体状态，再继续把温度升高，到达900摄氏度时，稻壳灰的比表面积只有1m2/g，通过这种现象得出的控制温度可以在燃烧炉里得到具有活性的二氧化硅（SiO2），此时得到的稻壳灰粉末中二氧化硅（SiO2）的活性也是决定稻壳灰能否用于水泥混凝土的关键。Mehtal的研究表明，当加热温度为500摄氏度时，稻壳灰中的二氧化硅（SiO2）会有部分转化为二氧化硅（SiO2）晶体，Rao和James的研究得出，将稻壳灰中的二氧化硅（SiO2）完全释放，并且将稻壳灰中的多余有机物完全氧化分解，最低温度要求为402摄氏度。在氧化燃烧之后得到的多孔二氧化硅骨架在被磨细后，比表面积会比较高，这也成为稻壳灰水泥混凝土强度提高的主要原因。但是大规模制备稻壳灰时，如何控制稻壳灰的焚烧温度，也值得我们研究。
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