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《商品混凝土雜志》2014年第七期

1試驗方法

將秸稈灰作礦物摻合料應用于混凝土中，研究秸稈灰對混凝土性能的影響。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驗方法標準》測定；混凝土力學性能按照GB/T50081—2002《普通混凝土力學性能實驗方法標準》測定。秸稈灰單摻普通混凝土采用C45強度等級，配合比設計見表2；研究秸稈灰、礦粉、微硅粉復摻方式以低水泥用量制備中低強度等級混凝土，配合比見表3；高強混凝土C80配合比見表4。

2試驗結果與分析

2.1秸稈灰對普通混凝土性能的影響試驗采用秸稈灰單摻方式，結果見表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；而通過拌合現場發現，但當摻量達到10%以上時新拌混凝土表面”硬化”較快，表面出現一層薄膜，和易性迅速降低。秸稈灰摻量大會嚴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“瞬凝”趨勢。秸稈灰比表面積較大，摻入到混凝土中會吸收部分水分使混凝土坍落度有所降低。由表1可知，秸稈灰中鉀含量達到了14.72%，其次鈣、鎂、鈉、磷元素也有相當含量，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，隨齡期增長會結晶而產生“鹽析”現象，從而新拌混凝土表面出現一層薄膜，硬化后期表面會產生一層”白斑”，由于其強度較低所以混凝土表面質量欠佳，可能會導致起砂或剝落現象；同時隨結晶作用增長，其晶體強度增加會造成混凝土出現假硬化現象，導致坍落度損失較高；秸稈灰中含有未燃燒的固定碳，使灰的色澤較差，這些碳物質經過燃燒后質地疏松、強度低，并且性質穩定，不參與化學反應，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，會造成混凝土和易性進一步變差。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抗壓強度，其他摻量的混凝土早期強度也有一定程度的提高，秸稈灰對混凝土后期強度影響并不明顯，強度反而略有降低。因此，秸稈灰能夠一定程度提高混凝土早期強度，但對后期強度影響不大，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，其參與二次火山灰反應消耗水化生成的Ca(OH)2，生成C-S-H凝膠填充于混凝土中，同時一定程度地加速水泥水化反應，提高混凝土早期強度。但秸稈灰中活性二氧化硅含量有限，鹽類對后期強度有不利影響，未燃燒的碳含量較高且不參與反應，對混凝土后期強度影響較小，反而可能使混凝土強度有所降低。

2.2秸稈灰、礦粉、微硅粉復摻對混凝土性能的影響根據表4制備混凝土，其結果如表6所示。實際工程中為使混凝土的強度保證率達到95%，C25、C30、C40強度等級混凝土的配制強度fcu，0應達到33.2MPa、38.2MPa、48.2MPa。由表6可知C25強度等級混凝土和易性良好，均能滿足試配強度要求，其水泥用量低至130～140kg/m3，秸稈灰摻量分別達到了24%、18%。C30強度等級混凝土中，當秸稈灰、微硅粉、礦粉三者復摻時，28d強度能夠滿足試配強度要求，C30-1編號水泥用量低至160kg/m3，而未摻礦粉的混凝土（C30-3、C30-4）強度未能滿足試配強度要求。C40強度等級混凝土28d抗壓強度未能達到試配強度要求，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%，因此可以進一步看出秸稈灰不宜在較高強度等級混凝土中使用，摻量不宜過大。秸稈灰與其他礦物摻合料復摻，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，另一方面達到了固廢利用的效果，保護環境。

2.3秸稈灰作礦物摻合料試配高性能混凝土按表5配合比制備高強混凝土，結果如表7所示。試驗拌合現場混凝土和易性能良好，但當秸稈灰摻量達到10%以上時，混凝土坍落度損失依舊較大。圖3為高強混凝土抗壓強度變化規律，當秸稈灰摻量低于10%時7d抗壓強度變化不大，均為72～73MPa；28d抗壓強度以B2（秸稈灰摻量5%）最高，但其他各組混凝土28d強度與B2相差較小（最大差值4.7MPa）。計算各組混凝土7d/28d抗壓強度比值依次為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抗壓強度比值呈現下降趨勢，不難說明秸稈灰對混凝土后期強度影響較小，其活性低于礦粉。根據JGJ55—2011《普通混凝土配合比設計規程》當混凝土設計強度高于C60時，配制強度應按公式（3-3）計算。當fcu，k=60MPa時，fcu，0≥69MPa；當fcu，k=70MPa時，fcu，0≥80.5MPa，因此上述混凝土僅達到C60強度等級，未能達到C80強度等級。綜上所述，秸稈灰對新拌混凝土坍落度影響較小，但對坍落度損失影響較大，最佳摻量為5%；膠凝活性低于礦粉，且不宜在高強高性能混凝土中使用。

3結論

（1）秸稈灰會加速混凝土坍落度損失，“鹽析”現象會使混凝土表面出現一層薄膜，摻量大的混凝土硬化后期表面會產生一層“白斑”，導致質量降低；（2）適當摻量的秸稈灰能夠在一定程度上提高普通混凝土早期強度，但對后期強度影響較小，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；秸稈灰不宜在高強高性能混凝土中使用。

4秸稈灰應用展望

秸稈灰是農作物根莖經燃燒后遺留下的產物，因此其中含有大量的鉀、鈣、鈉、鎂、磷等礦物質元素，它們不僅會影響混凝土和易性，并且也不利于混凝土強度的發展，還會對后期耐久性能產生有害影響。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，含有相當數量的固定碳，對混凝土產生不利影響，所以可以將秸稈灰進行煅燒急冷處理，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元素，不失為一種良好的肥料，在中國缺少鉀資源的背景下，利用含鉀豐富的秸稈灰生產肥料，具有廣闊的市場前景，況且許多農民都有將草木灰用作肥料的經歷，也易于接受這種肥料,因此利用秸稈灰制作鉀肥在性價比方面具有較強的競爭優勢。同時，還可以利用秸稈灰配制保溫隔熱涂料，其在可見光區的最大反射率可達90%以上，平均反射率高達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。以生物質為主要燃料的火力發電正迅速發展，作為秸稈類作物燃燒的灰分，秸稈灰富含相當數量礦物質并具有一定化學活性，現有研究仍主要集中在傳統無機非金屬領域和灰本身的燃燒特性方面，而在其他領域研究較少，需加大研究應用力度實現資源的深層次利用。

作者：陳超黃快忠單位：廈門市建筑科學研究院集團股份有限公司