稻壳灰在建筑材料中的应用研究现状

作为农业大国,我国每年会产生大量的农业废弃物——稻壳灰(RHA)。RHA含有大量的非晶态二氧化硅,具有较强的火山灰活性,可作为辅助胶凝材料替代部分水泥,不仅能有效减少二氧化碳排放,还能实现RHA的资源化再生利用。大量研究表明,RHA能够显著改善水泥基材料的强度和微观结构,其多孔结构在水化反应体系中具有内养护效应,能够持续释放水分,促进水泥等材料的不断水化,从而表现出与硅灰等其他辅助胶凝材料不同的特性。综述了RHA的理化性质、活性影响因素及其在胶凝材料反应体系中的水化作用机理,并归纳了RHA在水泥混凝土、地质聚合物及土壤固化材料领域的应用研究现状,讨论了RHA对这些材料主要性能的影响,期望能推动RHA在建筑材料领域中的应用。

稻壳灰替代型微膨胀同步注浆料的制备及性能研究

为解决盾构渣土外运和堆放造成的成本和环境污染问题,并实现固体废弃物资源化再利用的目的,依托郑州地铁十号线某区段盾构工程,利用掘进渣土替代砂、粉煤灰、膨润土,并以稻壳灰(RHA)替代部分水泥制备微膨胀同步注浆料,探究RHA掺量、渣土粒径、水胶比、膨胀剂类型及掺量对同步注浆料工作性能及力学性能的影响。结果表明,RHA对浆料稠度和凝结时间影响较大,RHA掺量越高,浆料稠度越小,凝结时间越短。当RHA掺量为25%(以水泥质量之比计)时,浆料稠度降低27.5%,凝结时间缩短39.9%。随着RHA掺量增大,浆料抗压强度呈先降低后升高趋势。随着渣土粒径增大,浆料稠度和凝结时间减小。生石灰粉和高效静态破碎剂(HSCA)作为膨胀剂会降低浆料的稠度,但可有效增大凝结时间及抗压强度;当HSCA质量分数超过3%时,膨胀效果优于生石灰粉。经试验确定水胶比2.6、RHA掺量25%、采用大粒径渣土以及适当加入膨胀剂,可以使浆料各项指标符合工程要求,为盾构渣土和稻壳灰的再利用提供一种新思路。

水泥-石灰和水泥-稻壳灰稳定土的力学性能和冻融耐久性研究

为研究水泥-石灰和水泥-稻壳灰对土体进行加固良的效果及掺量,利用水泥、石灰和稻壳灰分别以水泥∶石灰=1∶1和水泥∶稻壳灰=1∶1制备两种稳定掺料。按照掺入比分别0%、2.5%、5%、7.5%和10%制备稳定土试样,并通过力学试验以及冻融试验对两种稳定土的三轴力学特性以及抗冻融循环的性能进行研究。结果表明:随着围压、稳定掺料和龄期的增加,稳定土的强度逐渐增加;脆性也明显增强;稳定土在3~7 d的强度增长率明显大于7~28 d的强度增长率,且在相同条件下,水泥-石灰稳定土的强度大于水泥-稻壳灰稳定土的强度。冻融循环后质量损失率和超声波变化规律表明土样的冻融耐久性顺序为:水泥-稻壳灰稳定土>水泥-石灰稳定土>纯土。

冻融循环下稻壳灰和硅灰对水泥砂浆力学性能的影响

为了研究冻融循环作用下稻壳灰(RHA)、硅灰(SF)对水泥砂浆抗压强度、能量和气孔变化的影响,分别在0次、5次、15次和30次冻融循环次数下,对不同掺量稻壳灰和硅灰的水泥砂浆进行单轴压缩试验。结果表明:试块的应力—应变曲线均经历了压密、弹性变形、裂缝发展和破坏四个阶段。随着养护龄期的增加,试块的抗压强度逐渐增加。随着稻壳灰替代率的增加,试块的抗压强度、弹性模量、吸收能和弹性能先增大后减小,劣化度和气孔数量先减小后增大。随着冻融循环次数的增加,试块的抗压强度、弹性模量、吸收能、弹性能和耗散能逐渐降低,劣化度和气孔数量增加。当稻壳灰替代硅灰比例达到50%时,试块的力学性能和抗冻性能最好。

稻壳灰地聚物固化黄土强度及微观结构试验

为研究稻壳灰地聚物对黄土的固化效果及固化机理,通过击实试验、无侧限抗压试验、扫描电镜、X射线试验,结合Image J、MDI Jade图像分析软件进行定量分析。结果表明,随着稻壳灰掺量的增大,固化土最大干密度减小,最优含水率增大;稻壳灰对黄土无侧限抗压强度提升了87.4%,碱激发稻壳灰提升效果更大,最高增幅为黄土的2.36倍,存在稻壳灰最优掺量7.5%,NaOH最优掺量10%;稻壳灰地聚物使土体微观孔隙形态分布分维数逐渐减小,大幅减小了土体孔隙面积与孔隙连通度;稻壳灰地聚物固化土晶面间距比黄土更小,可显著减小土颗粒间的间距,使土颗粒间排列更为紧密,整体性更强。

掺稻壳灰与纤维素纤维混凝土抗氯离子渗透和抗冻性试验研究

为了研究水胶比、稻壳灰和纤维素纤维对混凝土耐久性能的影响,以稻壳灰掺量(0、10%和20%)、纤维素纤维掺量(0.7 kg/m^(3)、1.1 kg/m^(3)和1.6 kg/m^(3))和水胶比(0.37、0.41和0.45)为变量,通过9组正交试验得到3种因素对混凝土抗氯离子渗透性能和抗冻性能的影响规律,并分别建立了掺稻壳灰纤维混凝土质量损失率与相对动弹性模量的冻融预测模型.结果表明:各因素对混凝土抗氯离子渗透性能和抗冻性能影响显著程度依次为:水胶比>稻壳灰掺量>纤维素纤维掺量;混凝土的抗氯离子渗透性能和抗冻性能随稻壳灰掺量的增加显著增强,随纤维素纤维掺量的增加呈先增强后减弱的趋势,在水胶比为0.37时最优;稻壳灰掺量为20%时,混凝土抗氯离子渗透性能最佳,抗冻性能最优;纤维素纤维掺量为1.1 kg/m^(3)时,混凝土抗氯离子渗透性能最好,抗冻性能最强;增加稻壳灰掺量、添加适量的纤维素纤维可以提高混凝土基体的密实度、减少微裂缝,进而增强混凝土的耐久性能;所建立的掺稻壳灰纤维混凝土质量损失率与相对动弹性模量的冻融预测模型与试验结果吻合较好,具有一定的适用性,可为制备绿色高性能混凝土提供理论依据和支撑.

稻壳灰粒径对水泥砂浆的碱硅酸反应风险影响

固废资源化是实现可持续发展的重要内容.稻壳灰的火山灰活性高,有望作为辅助性胶凝材料用于水泥砂浆或混凝土,但其中K 2O和Na 2O含量较大,需探明不同粒径稻壳灰的掺入可能带来的碱硅酸反应风险.现有研究表明,粉煤灰的火山灰活性能抑制碱硅酸反应,已得到广泛应用.对比起见,设置了基准组、掺4种粒径粉煤灰组和稻壳灰组,在分别测试其抗压、抗折强度的基础上,测试膨胀率,通过SEM和EDS测试了掺粒径为5μm的稻壳灰试件和未掺稻壳灰试件的微观形貌和元素组成.试验结果表明:稻壳灰或粉煤灰的掺入均可以提高砂浆的力学性能,稻壳灰粒径越小提高的程度越大,中值粒径为5μm的稻壳灰可以使砂浆28 d抗压强度提高50.6%,抗压强度提高64.7%,效果均好于粉煤灰;稻壳灰的粒径不超15μm时,对砂浆的膨胀率可起到显著的抑制作用,且抑制效果优于粉煤灰,5μm的稻壳灰能使14 d膨胀率减小90%,并使骨料表现为无害,而8~20μm粉煤灰均仅减小60%左右的14 d膨胀率,骨料仍表现为有害;稻壳灰的火山灰活性不仅能生成低Ca/Si比的C-S-H凝胶,降低碱含量,还能使砂浆致密性提高,抑制碱离子和水的渗透,从而表现为对碱硅酸反应的抑制效果.

氯盐含量对矿粉-稻壳灰固化盐渍土强度特性的影响

针对氯渍土作为路基填料时易发生盐冻胀和溶陷引起的强度降低和稳定性不足等工程问题,采用矿粉-稻壳灰为固化剂,以氯盐含量和固化剂掺量为试验因素,通过无侧限抗压强度试验、水稳定性试验、冻融与干湿循环试验评估矿粉-稻壳灰固化盐渍土的宏观力学性能和耐久性能;利用扫描电子显微镜(scanning electron microscope,SEM)试验和X射线衍射(X-ray diffraction,XRD)试验分析氯盐含量对矿粉-稻壳灰固化盐渍土微观特征的影响。结果表明:以28 d抗压强度作为评判标准,掺量为15%矿粉+15%稻壳灰时固化效果最佳;氯盐含量为0.3%~9.0%时,矿粉-稻壳灰固化盐渍土的抗压强度随着氯盐含量的增加先增大后减小,在氯盐含量为3.0%时抗压强度达到峰值,其耐久性与水泥固化盐渍土相比较优。微观表征分析显示,矿粉-稻壳灰固化盐渍土的火山灰反应产物和Fs盐随着氯盐含量的增加而增加,土体强度得到提升,当氯盐含量超过3.0%时,固化土内部被过多的火山灰反应产物和Fs盐充填并产生裂缝,进而劣化固化土强度。

稻壳灰地聚物固化黄土水稳定性及微观机理分析

【目的】为解决黄土大孔隙、强度低、耐水性差的工程特性,【方法】采用环境友好固废材料稻壳灰改良黄土,通过不同掺量稻壳灰、不同掺量NaOH激发稻壳灰改良土的击实试验、无侧限抗压强度试验、崩解试验及扫描电镜试验,从力学及微观层面分析评价稻壳灰地聚物对黄土的固化效果及固化机理。【结果】结果显示:随着稻壳灰掺量的增大,固化土最大干密度减小,最优含水率增大;稻壳灰对黄土无侧限抗压强度提升了87.4%,碱激发稻壳灰提升效果更大,最高增幅为2.36倍,存在稻壳灰最优掺量7.5%,NaOH最优掺量10%;稻壳灰地聚物可有效提高黄土的耐水性,稻壳灰掺量为7.5%,NaOH掺量为10%时崩解量为黄土崩解量的20%;稻壳灰地聚物使土体微观孔隙形态分布分维数从1.554减小至1.062与1.004,大幅减小了土体孔隙面积与孔隙连通度。【结论】结果表明:稻壳灰地聚物的掺入可显著减小黄土孔隙数量、孔隙大小及孔隙联通度,能有效提高黄土的密实性及耐水性,同时具有成本低廉、绿色环保等众多优点。

稻壳灰-废旧砖再生透水混凝土的配合比研究

为探究稻壳灰-废旧砖再生透水混凝土的配合比,采用4因素3水平正交试验,探究水灰比、目标孔隙率、废旧砖骨料取代率、稻壳灰掺量对透水混凝土的强度、透水性、抗冻性的影响。结果表明:水灰比为0.3、目标孔隙率为10%、废旧砖骨料取代率为40%、稻壳灰掺量为6%时,稻壳灰-废旧砖再生透水混凝土的性能更优,其抗压强度为11.28 MPa、劈裂抗拉强度为1.99 MPa、透水系数为0.56 cm/s、孔隙率为37.5%、50次冻融循环后抗压强度为3.74 MPa。

稻壳灰对地聚合物混凝土收缩开裂性能的影响

地聚合物混凝土制品的体积收缩严重,影响其在建筑工程中的推广应用。为提高体积安定性,在粉煤灰-矿渣地聚合物混凝土中掺入吸水性较强的稻壳灰颗粒,研究稻壳灰对混凝土强度发展和收缩行为的影响。采用BET氮吸附法和扫描电子显微镜(SEM)表征硬化体的微观结构。结果表明,稻壳灰在地聚合物中的反应活性较高,可有效加速碱激发反应进程,提高地聚合物混凝土的抗压强度,同时可有效改善自收缩和干燥收缩。掺入30%稻壳灰的混凝土的自收缩和干燥收缩分别为56.2μm/m和447.9μm/m,相较于未掺稻壳灰的试样,自收缩和干燥收缩减缩率分别为62.4%和48.0%。干燥的稻壳灰颗粒可吸附液体碱激发剂中的水分,有助于保持基体内的相对湿度。此外,掺入稻壳灰还有助于硬化体结构的致密化,降低毛细孔所占比重,抑制裂纹扩展。

稻壳灰胶凝材料的再生混凝土性能研究

为了研究稻壳灰代替水泥作为胶凝材料时再生混凝土的性能,采用稻壳灰代替部分水泥制备再生混凝土,测试再生混凝土的抗压强度和氯离子渗透深度。结果表明,稻壳灰替代率为15%制备的再生混凝土,在60天龄期和90天龄期的抗压强度明显高于其它试验组;掺入稻壳灰后,显著提高了再生混凝土的抗氯离子渗透能力;添加稻壳灰的再生混凝土抗压强度略有降低,但在抗氯离子渗透能力方面有积极作用。

稻壳灰在充填体强度发展中的贡献机理

因稻壳灰含有极高含量的非定形二氧化硅,目前常被研究人员用做水泥基建筑材料中的辅助胶凝材料。首先,本文以灰砂比、质量浓度以及稻壳灰的添加量为变量,分析稻壳灰含量对充填体力学特性的影响。然后,利用电镜扫描分析稻壳灰含量对充填体的微观结构的影响。最后,通过计算火山灰活性指数和火山灰强度贡献率来分析稻壳灰含量在充填体强度发展中的贡献机理。结果表明,提高稻壳灰含量可以有效增强充填体的相关力学特性。此外,充填体早期强度贡献来源于稻壳灰的填充效应,而影响充填体长期强度的主要因素为火山灰效应。

稻壳灰二氧化硅面临发展机遇

据“European Rubber Journal”网站2024年7月8日报道,根据美国知名咨询公司Notch Consulting的最新数据,2023年全球对沉淀二氧化硅的需求已达到3.1 Mt。其中,轮胎行业占据最大比重,约占总需求的37%,而非轮胎橡胶制品则占据28%。随着环保意识的日益加强,一种新型的可持续替代品——稻壳灰沉淀二氧化硅正逐渐走进人们的视野。

稻壳灰生态混凝土的力学及植生性能

【目的】利用工业发电过程中产生的废弃稻壳灰替代硅灰制备稻壳灰生态混凝土,改善生态混凝土的强度和植生性能,降低生态混凝土制造成本的同时保护生态环境。【方法】采用稻壳灰部分代替硅灰作为胶凝材料,保持硅灰和稻壳灰质量之和不变,对稻壳灰代替硅灰进行第1次配比设计,研究水和胶凝材料的质量比(水胶比)、稻壳灰替代率对稻壳灰生态混凝土强度的影响,确定最佳水胶比和稻壳灰替代率的取值范围;进行第2次配比设计,采用Design Expert软件进行响应面分析,研究水胶比、稻壳灰替代率和孔隙率对稻壳灰生态混凝土抗压强度和抗折强度等力学性能的影响,确定最佳水胶比和稻壳灰代替率,并采用狗牙根、黑麦草、高羊茅3种草本植物验证稻壳灰生态混凝土的植生性能。【结果】随着稻壳灰替代率的增大,稻壳灰生态混凝土的强度呈现先增大后减小的趋势,最佳稻壳灰替代率为55%;3种草本植物均能够在稻壳灰生态混凝土中正常生长,高羊茅植生性能最佳。【结论】稻壳灰可以替代硅灰用作胶凝材料,制备的稻壳灰生态混凝土具有良好的力学性能和植生性能。

稻壳灰煅烧温度对其改性水泥砂浆性能的影响

为探究不同煅烧温度下制备的稻壳灰对水泥砂浆性能的影响,借助X射线荧光光谱分析仪(XRF)与X射线衍射分析仪(XRD)测定了不同煅烧温度下稻壳灰中无定形SiO_(2)含量,通过稻壳灰的扫描电镜(SEM)图像分析其微观结构。将制得的稻壳灰代替水泥掺入到水泥砂浆中,通过水泥砂浆力学性能实验与抗渗性实验测定稻壳灰改性水泥砂浆的力学性能与抗渗性能;结合稻壳灰的微观测试结果,分析稻壳灰煅烧温度对水泥砂浆性能的影响机理。研究结果显示:当煅烧温度超过600℃时,稻壳灰中无定形SiO_(2)向结晶相转变;随着稻壳煅烧温度的提高,稻壳灰改性水泥砂浆早期强度与抗渗性能逐渐降低,但对其后期强度没有显著影响;稻壳灰的最佳煅烧温度为600℃。

稻壳灰对水工混凝土性能的影响

为了研究稻壳灰对水工混凝土力学和耐久性能的影响,文章通过试验对稻壳灰混凝土的抗压强度、抗拉强度、吸水性以及氯离子的渗透性进行分析。结果表明:使用氧化铝纳米颗粒和稻壳灰混合物的混凝土可明显减小氯化物渗透,将12%的RHA和氧化铝纳米颗粒相结合生产改性混凝土,可显著提高混凝土微观结构的致密化。

稻壳灰与再生粗骨料掺料对再生混凝土静力特性影响研究

为探索稻壳灰对再生混凝土力学性能的改善效果,本文以稻壳灰替代率和再生粗骨料替代率作为变量,通过无侧限抗压强度试验以及劈裂抗拉强度试验评价稻壳灰对再生混凝土抗压强度和劈裂抗拉强度的改善效果。试验结果显示:再生混凝土的抗压强度随稻壳灰的增加呈现先增加后减少的变化趋势,稻壳灰掺入量较低时可提高再生混凝土抗压强度,稻壳灰的最优掺入量为10%。随稻壳灰替代率的增加,再生混凝土的劈裂抗拉强度整体呈下降趋势,稻壳灰的改善作用微弱。稻壳灰对再生混凝土抗压强度的改善效果优于劈裂抗拉强度。

冰醋酸预处理制备白色稻壳灰及其结构特性分析

为探究冰醋酸预处理制备白色稻壳灰的可行性,对原状稻壳进行冰醋酸浸泡预处理,并在不同的温度和时间条件下进行煅烧。采用X射线荧光光谱分析、X射线衍射分析和扫描电子显微镜等多种手段表征煅烧产物的结构特性。结果表明:冰醋酸预处理原状稻壳在600℃煅烧1.5 h,可以高效制备颜色白皙、杂质元素含量低、无定形二氧化硅纯度高的活性稻壳灰。研究为稻壳灰的预处理提供了新的方案,有利于提高稻壳的资源价值。

响应曲面法优化稻壳灰中二氧化硅的提取工艺

研究稻壳灰中的SiO_(2)在低浓度碱性条件下的高效溶解性,首先对温度、NaOH浓度、时间、液固比4个因素进行单因素实验,然后选取温度、NaOH浓度、时间3个因素设计组合实验,以SiO_(2)溶出率为考察指标。结果表明:温度124℃、NaOH质量分数8%、时间1.5 h、液固比(mL∶g)10∶1。该条件下,多次实验得到SiO_(2)的溶出率达98%。此研究对稻壳农业废弃物的回收及资源化化利用提供了技术支持,不仅将其变废为宝,还能保护生态环境。