史大全 方光秀 李普 楊旭

(延邊大學(xué)工學(xué)院土木工程專(zhuān)業(yè)，吉林延吉 133002)

0 引言

稻谷是我國(guó)第一大糧食作物，我國(guó)稻谷播種面積一般穩(wěn)定在3 000萬(wàn)hm2(4.5億畝)左右。水稻是我國(guó)最重要的糧食作物，根據(jù)國(guó)家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)，1991年以來(lái)水稻總產(chǎn)量略有上升，近年來(lái)基本維持在2.1億t。稻殼作為稻谷加工的廢棄物，其比例約占稻谷重量的20%，其數(shù)值不可忽視。在農(nóng)村，稻殼僅被看作一種廉價(jià)的燃料，對(duì)環(huán)境造成惡劣影響，這也是對(duì)資源的極大浪費(fèi)，不符合可持續(xù)發(fā)展的發(fā)展趨勢(shì)。磨細(xì)稻殼，是將稻殼磨細(xì)而成的，稻殼中的非晶態(tài)SiO2可為各種硅質(zhì)材料的制備提供理想的硅源;稻殼中的纖維質(zhì)組分，可用作低密度塑料類(lèi)及水泥類(lèi)材料的改性材料［1］。近年來(lái)綠色混凝土和材料可持續(xù)發(fā)展的概念，受到人們?cè)絹?lái)越多的關(guān)注。實(shí)現(xiàn)混凝土的綠色化和可持續(xù)化的一個(gè)重要途徑就是減少水泥的用量、利用工農(nóng)業(yè)廢棄資源替代，這不僅有益于生態(tài)環(huán)境，同時(shí)實(shí)現(xiàn)了非再生性資源的可循環(huán)利用和有害物質(zhì)的從低排放。高效應(yīng)用稻殼資源不僅可以改善環(huán)境，還可以使巨大的稻殼資源利用問(wèn)題得到解決，并對(duì)改善混凝土性能提供了新的研究方向。稻殼灰作為混凝土摻合料的性能受產(chǎn)地、煅燒溫度和時(shí)間、粉磨時(shí)間、助磨劑和預(yù)處理方式的影響很大，稻殼灰有潛力成為高火山灰活性的混凝土礦物摻合料［2］。

隨著傳統(tǒng)建材價(jià)格的上漲，利用農(nóng)加工副產(chǎn)品和工業(yè)廢料制作低成本建筑材料具有重大意義。已有文獻(xiàn)研究了燒制的稻殼灰取代水泥對(duì)混凝土性能的影響，試驗(yàn)抗壓強(qiáng)度結(jié)果顯示，10%的稻殼灰替代量比較合適［3］，當(dāng)?shù)練せ覔搅繛?0%時(shí)，其耐久性能達(dá)到最佳狀態(tài)［4］。粗廢混凝土和粗廢磚的最佳取代率均為20%，其中粗廢混凝土取代時(shí)，粗骨料的最大取代率可達(dá)60%。細(xì)廢磚的最佳取代率為10%，細(xì)廢混凝土的最佳取代率為15%［5］。本文則研究了磨細(xì)稻殼按5%，10%，15%等量取代水泥后，再生粗骨料按0%，30%摻量等量取代天然碎石的再生混凝土性能的影響。

1 試驗(yàn)材料與方案

1.1 試驗(yàn)材料

1)磨細(xì)稻殼:采用湖北省恩施州巴東縣楚天糠粉加工廠(chǎng)生產(chǎn)的80目低水分烘干除塵稻殼粉;

2)水泥:采用的是吉林省北方水泥公司生產(chǎn)的“廟嶺”牌 P.O42.5 級(jí)水泥;

3)粗、細(xì)骨料:天然碎石:最大粒徑為31.5 mm，表觀密度為2 680 kg/m3，含水率為0%;天然砂:中砂，級(jí)配合格，表觀密度2 600 kg/m3，含水率為0%;再生粗骨料:使用延邊州住建檢測(cè)中心試驗(yàn)后廢棄的混凝土試塊，將其破碎后用30 mm篩口篩選;

4)水:自來(lái)水。

1.2 試驗(yàn)方案

1)設(shè)計(jì)指標(biāo)。再生混凝土及普通混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度等級(jí)以及施工要求的坍落度為:普通混凝土設(shè)計(jì)強(qiáng)度為C40、坍落度T=50 mm～70 mm、砂率Sp=35%。

2)養(yǎng)護(hù)條件。混凝土試塊在溫度為(20±2)℃，相對(duì)濕度在80%以上的養(yǎng)護(hù)室。

3)試塊制作。制作7組試塊。再生粗骨料取代天然碎石(按質(zhì)量)為30%;稻殼灰取代水泥的比例(按質(zhì)量)為5%，10%，15%，再生骨料取代天然碎石(按質(zhì)量)為0%;為普通混凝土。

4)配制強(qiáng)度與配合比。參照J(rèn)GJ 55—2011普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程的混凝土配制強(qiáng)度公式:

其中，σ為混凝土強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)差，N/mm2;fcu，0為混凝土配制強(qiáng)度，N/mm2;fcu，k為混凝土立方體抗壓強(qiáng)度標(biāo)準(zhǔn)值，N/mm2。

經(jīng)計(jì)算，1 m3普通混凝土的配合比為471 ∶195 ∶602 ∶1 118(水泥 ∶水 ∶砂 ∶碎石)。磨細(xì)稻殼和再生骨料雙摻混凝土的材料試驗(yàn)配合比如表1所示。

表1 混凝土材料試驗(yàn)配合比 kg

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 試驗(yàn)檢測(cè)

1)坍落度檢測(cè)。

坍落度實(shí)驗(yàn)的檢測(cè)結(jié)果如表2所示。

表2 坍落度檢測(cè)結(jié)果

圖1 坍落度試驗(yàn)與試塊制作

坍落度試驗(yàn)與試塊制作如圖1所示，因?yàn)楸驹囼?yàn)試塊數(shù)量要求不是很多，所以采用了人工振搗的方法攪拌混凝土。也正是由于磨細(xì)稻殼和再生骨料復(fù)摻，而參照普通混凝土配制強(qiáng)度公式配制該混凝土，加上人工振搗和養(yǎng)護(hù)條件不理想，混凝土試塊的試驗(yàn)檢測(cè)值與配制強(qiáng)度值之間將存在系統(tǒng)誤差。

2)抗壓強(qiáng)度檢測(cè)。

分別在試塊制作完成7 d，28 d，56 d后在試驗(yàn)室的壓力機(jī)上以4 kN/s的速率檢測(cè)?；炷猎噳K抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果如表3所示。

表3 混凝土試塊抗壓強(qiáng)度檢測(cè)結(jié)果 MPa

第5組，即:磨細(xì)稻殼取代量為5%、再生骨料取代量為30%的混凝土抗壓強(qiáng)度，比其他組混凝土抗壓強(qiáng)度提升明顯，強(qiáng)度增長(zhǎng)速率最理想，28 d抗壓強(qiáng)度最大。在式(1)的基礎(chǔ)上，提出帶修正系數(shù)為0.8的混凝土配制強(qiáng)度修正公式如下:

2.2 抗壓強(qiáng)度與齡期關(guān)系

1)擬合曲線(xiàn)方程。

檢測(cè)結(jié)果如表3所示，利用origin軟件將上述數(shù)據(jù)進(jìn)行擬合，其抗壓強(qiáng)度與齡期關(guān)系如圖2所示。

圖2 混凝土抗壓強(qiáng)度與齡期關(guān)系

由圖2可知，第1組，即:當(dāng)磨細(xì)稻殼取代量為0%、再生骨料取代量為0%時(shí)，該混凝土的齡期和抗壓強(qiáng)度關(guān)系，滿(mǎn)足擬合方程 y1=20.846 67+0.588 93x－ 0.005 09x2(R2=1)。第2組，即:當(dāng)磨細(xì)稻殼取代量為5%、再生骨料取代量為0%時(shí)，該混凝土的齡期和抗壓強(qiáng)度關(guān)系，滿(mǎn)足擬合方程 y2=17.702 86+0.708 06x－0.006 72x2(R2=1)。第 3組，即:當(dāng)磨細(xì)稻殼取代量為10%、再生骨料取代量為0%時(shí)，該混凝土的齡期和抗壓強(qiáng)度關(guān)系，滿(mǎn)足擬合方程y3=14.685 71+0.579 69x－0.005 38x2(R2=1)。第 4 組，即:當(dāng)磨細(xì)稻殼取代量為15%、再生骨料取代量為0%時(shí)，該混凝土的齡期和抗壓強(qiáng)度關(guān)系，滿(mǎn)足擬合方程 y4=6.746 19+0.763 06x－0.008 52x2(R2=1)。第 5 組，即:當(dāng)磨細(xì)稻殼取代量為5%、再生骨料取代量為30%時(shí)，該混凝土的齡期和抗壓強(qiáng)度關(guān)系，滿(mǎn)足擬合方程 y5=24.397 14+0.728 01x－0.008 02x2(R2=1)。第6組，即:當(dāng)磨細(xì)稻殼取代量為10%、再生骨料取代量為30%時(shí)，該混凝土的齡期和抗壓強(qiáng)度關(guān)系，滿(mǎn)足擬合方程 y6=18.195 24+0.639 9x－0.006 21x2(R2=1)。第 7 組，即:當(dāng)磨細(xì)稻殼取代量為15%、再生骨料取代量為30%時(shí)，該混凝土的齡期和抗壓強(qiáng)度關(guān)系，滿(mǎn)足擬合方程 y7=6.469 52+0.827 7x－0.009 25x2(R2=1)。因第5組的混凝土抗壓強(qiáng)度值最大，建議在工程實(shí)踐中采用第5組配合比。

2)試驗(yàn)分析。

由圖2的第5，6，7組對(duì)比分析可得出，當(dāng)再生骨料取代量為30%時(shí)，磨細(xì)稻殼含量由5%遞增到15%時(shí)，混凝土抗壓強(qiáng)度呈現(xiàn)降低趨勢(shì)。

磨細(xì)稻殼含量越高混凝土強(qiáng)度越低，可能是因?yàn)槲唇?jīng)焚燒的稻殼灰與水泥性質(zhì)差距較大，導(dǎo)致水泥漿不能充分黏合。正因?yàn)槿绱?，摻有磨?xì)稻殼的混凝土初凝時(shí)間較普通混凝土更長(zhǎng)。

本文建議的最佳取代量為第5組，即:磨細(xì)稻殼取代量為5%、再生骨料取代量為30%。

3 結(jié)論

1)隨著磨細(xì)稻殼含量的增加，混凝土7 d，28 d，56 d強(qiáng)度均下降;且含量越高，強(qiáng)度降低的越快。含再生骨料的磨細(xì)稻殼混凝土強(qiáng)度比不含再生骨料的磨細(xì)稻殼混凝土強(qiáng)度高。2)本文在現(xiàn)行普通混凝土配合比設(shè)計(jì)規(guī)程的基礎(chǔ)上，提出了帶修正系數(shù)0.8的復(fù)摻混凝土配制強(qiáng)度公式。建議的磨細(xì)稻殼和再生骨料的最佳取代量分別為5%，30%。