一种高活性低温稻壳灰及掺有该稻壳灰的高性能混凝土
阅读说明:本技术 一种高活性低温稻壳灰及掺有该稻壳灰的高性能混凝土 (High-activity low-temperature rice hull ash and high-performance concrete doped with same ) 是由 戎志丹 陈浩 于 2020-11-11 设计创作,主要内容包括:本发明公开一种高活性低温稻壳灰及掺有该稻壳灰的高性能混凝土。该活性低温稻壳灰由如下方法制得:将稻壳在1%的盐酸中沸水浴1h,水洗后再晒干,除去其中杂质;将预处理完的稻壳在炉内600~700℃下烧制30~60min,随后冷却;将烧制后的稻壳灰在500~800转/分钟的球磨机中球磨10~30min,得到SiO-2含量超过90wt%的高活性低温稻壳灰。掺有该高活性低温稻壳灰的高性能混凝土,由如下重量百分含量的原料组成:硅酸盐水泥15%~20%,高活性低温稻壳灰5%~10%,粉煤灰10%~15%,河砂20%~30%,玄武岩石子25%~35%,水6%~12%,减水剂0.4%~1%。本发明的稻壳灰具有高纯度和高活性,可有效替代硅灰作为矿物掺合料,制备的高性能混凝土力学性能优异,提高稻壳利用率的同时大大降低了水泥用量,降低了混凝土成本。(The invention discloses high-activity low-temperature rice hull ash and high-performance concrete doped with the same. The active low-temperature rice hull ash is prepared by the following method: putting the rice hull in 1% hydrochloric acid, boiling in water bath for 1h, washing with water, and drying in the sun to remove impurities; firing the pretreated rice hulls in a furnace at 600-700 ℃ for 30-60 min, and then cooling; ball-milling the fired rice hull ash in a ball mill at 500-800 r/min for 10-30 min to obtain SiO 2 High activity low temperature rice hull ash with a content of more than 90 wt%. The high-performance concrete doped with the high-activity low-temperature rice hull ash comprises the following raw materials in percentage by weight: 15 to 20 percent of Portland cement, 5 to 10 percent of high-activity low-temperature rice hull ash and pulverized coal10 to 15 percent of ash, 20 to 30 percent of river sand, 25 to 35 percent of basalt stone, 6 to 12 percent of water and 0.4 to 1 percent of water reducing agent. The rice hull ash disclosed by the invention has high purity and high activity, can effectively replace silica fume to be used as a mineral admixture, and the prepared high-performance concrete has excellent mechanical property, the utilization rate of rice hulls is improved, the cement consumption is greatly reduced, and the concrete cost is reduced.)
技术领域
本发明涉及一种高性能低温稻壳灰及掺有该稻壳灰的高性能混凝土,属于建筑材料技术领域。
背景技术
随着全球经济的飞速发展、大规模基础建设工程的不断推进,对混凝土建筑材料的强度、韧性、安全性和耐久性提出了越来越多的要求。高性能混凝土材料以其优异的力学性能、耐久性能和安全可靠性能在高层、大跨、海洋、防护、严酷环境等工程中得到越来越广泛的应用。建筑工程中对高性能混凝土的要求也日益提高,在混凝土性能调控上,不断要求减小孔隙率、优化孔结构、提高密实度,其中,将高活性矿物掺合料掺入水泥基材料,从微观角度出发改善水泥浆体的微结构、优化孔结构以提高高性能混凝土的力学性能是一种有效的技术途径,也是当前的研究热点。
当今混凝土科学与工程界已充分认识到,粉煤灰、硅灰和磨细矿渣等矿物掺合料是制备高性能混凝土不可缺少的组分,又是节能、节省资源和保护生态环境的重要举措,在重要和重大工程建造中用它来取代水泥熟料已为众所公认。目前,优质粉煤灰和磨细矿渣微粉,尽管产量年有增加,但依然满足不了工程的需求,已出现了供不应求的局面,甚至用II级灰来充实用量。研究者发现,其他矿物掺合料如稻壳灰、偏高岭土、赤泥、尾矿粉、稻秆灰、电厂灰渣等工业或农业生产中大量产生的废渣,这些物质均富含有不同品种的微细尺度活性物质,掺入到超高性能水泥基材料中也能发挥其微粒性和高活性,从而提高水泥基材料力学性能和耐久性能。
矿物掺合料中,稻壳灰是一种可以部分替代硅灰的生态型材料。稻壳灰是农业废弃物,是稻壳经过燃烧之后的产物,这些废弃物积存在大气中,不仅占用农田,还会造成严重的环境污染,成为社会可持续发展的严重威胁。每年全世界生产的稻谷大约7亿多吨,稻壳质量占约20%,稻壳在一定条件下完全燃烧产生的稻壳灰最高可含有90~96%的无定型SiO2,因而稻壳灰也是和硅灰类似的有高活性火山灰掺合料。稻壳本身的SiO2含量较低,通常需要进行改性处理来提高其硅含量,但是,现有的改性处理方法通常比较复杂,而且,处理后其SiO2含量通常为70%左右,仍然存在一定量的有机物和金属元素等杂质,纯度和活性相对较低。
因此如何获得高纯度、高活性的稻壳灰,使其在水泥基材料中充分发挥增强效应,是急需解决的问题。
发明内容
发明目的:针对现有稻壳灰纯度及活性低、无法有效增强水泥基材料性能的问题,本发明提供一种高活性低温稻壳灰,并提供了一种掺有该稻壳灰的高性能混凝土。
技术方案:本发明所述的一种高活性低温稻壳灰,由如下方法制得:
(1)预处理:将稻壳在0.5%~1.5%的盐酸中沸水浴45~90min,水洗后再晒干,除去其中杂质;
(2)烧制:将预处理完的稻壳在炉内600~700℃下烧制30~60min,随后冷却;
(3)研磨:将烧制后的稻壳灰在500~800转/分钟的球磨机中球磨10~30min,得到高活性低温稻壳灰,该高活性低温稻壳灰含有90wt%以上的SiO2。
本发明所述的一种掺有上述高活性低温稻壳灰的高性能混凝土,按重量百分含量计,该混凝土由如下原料组成:
按前述重量比例称取硅酸盐水泥、高活性低温稻壳灰、粉煤灰、河砂、玄武岩石子、水和减水剂,投入混凝土搅拌机,通过机械搅拌均匀后,即得高性能混凝土。
其中,硅酸盐水泥可为强度等级52.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。
粉煤灰优选I级粉煤灰,其需水量比≤95%,烧失量≤5%,比表面积≥400m2/kg。
较优的,河砂为连续级配且最大粒径为5mm的普通河砂。玄武岩石子为连续级配,最大粒径20mm。
减水剂优选为固含量大于30%的聚羧酸系减水剂。
有益效果:与现有技术相比,本发明的优点在于:(1)本发明的稻壳灰由稻壳在低温(600~700℃)下燃烧、粉磨制得,SiO2含量超过90wt%,具有高纯度和高火山灰活性;而且,处理工艺简单,易于操作,成本低,绿色环保,易于工业化生产;(2)由于其具有高活性,本发明的稻壳灰可有效替代硅灰作为矿物掺合料掺入水泥基材料,制备的高性能混凝土强度发展快、强度高、工作性好、体积稳定性好且耐久性高,其强度甚至超过现有硅灰掺杂的混凝土的强度;(3)将本发明的稻壳灰掺入水泥基材料,一方面可节约水泥用量、降低成本,另一方面,提高了稻壳的利用率,实现了稻壳的综合利用,生态环保;另外,稻壳这种农业废弃物来源充足,可满足市场的大规模需求。
附图说明
图1为实施例1中制备的高活性低温稻壳灰的28d TG-DSC曲线;
图2为硅灰的28d TG-DSC曲线。
具体实施方式
下面对本发明的技术方案作进一步说明。
实施例1
制备高活性低温稻壳灰:
(1)预处理:将稻壳在1%的盐酸中沸水浴60min,水洗后再晒干,除去其中杂质;
(2)烧制:将预处理完的稻壳在炉内650℃下烧制60min,随后冷却;
(3)研磨:将烧制后的稻壳灰在700转/分钟的球磨机中球磨30min,得到高活性低温稻壳灰。
采用X射线荧光光谱(XRF)分析制备的高活性低温稻壳灰的化学组成,如下表1,可以看到,制得的高活性低温稻壳灰含有95wt%以上的SiO2。
表1实施例1制备的高活性低温稻壳灰的化学组成
采用DSC/TG热分析方法分析制备的高活性低温稻壳灰,并依据活性计算方法计算其活性指数,如下表2,结合图1~2,可以看到,与硅灰相比,本发明制备的稻壳灰明显具有更高的活性。
表2稻壳灰和硅灰活性指数
以上述制得的高活性低温稻壳灰为原料,制备如下组分含量的高性能混凝土:
按上述重量比例称取硅酸盐水泥、高活性低温稻壳灰、粉煤灰、河砂、玄武岩石子、水和减水剂,投入混凝土搅拌机,通过机械搅拌均匀后,制得高性能混凝土。根据GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》测得其抗压强度为(28d)106.3MPa。
实施例2
制备高活性低温稻壳灰:
(1)预处理:将稻壳在0.5%的盐酸中沸水浴45min,水洗后再晒干,除去其中杂质;
(2)烧制:将预处理完的稻壳在炉内600℃下烧制30min,随后冷却;
(3)研磨:将烧制后的稻壳灰在500转/分钟的球磨机中球磨10min,得到高活性低温稻壳灰。
经X射线荧光光谱(XRF)分析,本实施例制得的高活性低温稻壳灰含有90wt%以上的SiO2。经过DSC/TG热分析方法分析并计算其活性指数,该稻壳灰与硅灰相比活性更高。
以制得的高活性低温稻壳灰为原料,制备如下组分含量的高性能混凝土:
按上述重量比例称取硅酸盐水泥、高活性低温稻壳灰、粉煤灰、河砂、玄武岩石子、水和减水剂,投入混凝土搅拌机,通过机械搅拌均匀后,制得高性能混凝土。根据GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》测得其抗压强度为(28d)92.3MPa。
实施例3
制备高活性低温稻壳灰:
(1)预处理:将稻壳在1%的盐酸中沸水浴90min,水洗后再晒干,除去其中杂质;
(2)烧制:将预处理完的稻壳在炉内700℃下烧制60min,随后冷却;
(3)研磨:将烧制后的稻壳灰在600转/分钟的球磨机中球磨20min,得到高活性低温稻壳灰。
经X射线荧光光谱(XRF)分析,本实施例制得的高活性低温稻壳灰含有90wt%以上的SiO2。经过DSC/TG热分析方法分析并计算其活性指数,该稻壳灰与硅灰相比活性更高。
以制得的高活性低温稻壳灰为原料,制备如下组分含量的高性能混凝土:
按上述重量比例称取硅酸盐水泥、高活性低温稻壳灰、粉煤灰、河砂、玄武岩石子、水和减水剂,投入混凝土搅拌机,通过机械搅拌均匀后,制得高性能混凝土。根据GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》测得其抗压强度(28d)95.6MPa。
实施例4
制备高活性低温稻壳灰:
(1)预处理:将稻壳在1.5%的盐酸中沸水浴90min,水洗后再晒干,除去其中杂质;
(2)烧制:将预处理完的稻壳在炉内800℃下烧制45min,随后冷却;
(3)研磨:将烧制后的稻壳灰在800转/分钟的球磨机中球磨30min,得到高活性低温稻壳灰。
经X射线荧光光谱(XRF)分析,本实施例制得的高活性低温稻壳灰含有90wt%以上的SiO2。经过DSC/TG热分析方法分析并计算其活性指数,该稻壳灰与硅灰相比活性更高。
以制得的高活性低温稻壳灰为原料,制备如下组分含量的高性能混凝土:
按上述重量比例称取硅酸盐水泥、高活性低温稻壳灰、粉煤灰、河砂、玄武岩石子、水和减水剂,投入混凝土搅拌机,通过机械搅拌均匀后,制得高性能混凝土。根据GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》测得其抗压强度(28d)84.7MPa。
实施例5
制备高活性低温稻壳灰:
(1)预处理:将稻壳在1%的盐酸中沸水浴60min,水洗后再晒干,除去其中杂质;
(2)烧制:将预处理完的稻壳在炉内650℃下烧制60min,随后冷却;
(3)研磨:将烧制后的稻壳灰在800转/分钟的球磨机中球磨20min,得到高活性低温稻壳灰。
经X射线荧光光谱(XRF)分析,本实施例制得的高活性低温稻壳灰含有90wt%以上的SiO2。经过DSC/TG热分析方法分析并计算其活性指数,该稻壳灰与硅灰相比活性更高。
以制得的高活性低温稻壳灰为原料,制备如下组分含量的高性能混凝土:
按上述重量比例称取硅酸盐水泥、高活性低温稻壳灰、粉煤灰、河砂、玄武岩石子、水和减水剂,投入混凝土搅拌机,通过机械搅拌均匀后,制得高性能混凝土。根据GB/T50081-2019《混凝土物理力学性能试验方法标准》测得其抗压强度(28d)121.8MPa。
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