能与硅灰媲美的矿物掺合料——低温稻壳灰

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1、水泥·可持续发展能与硅灰媲美的矿物掺合料——低温稻壳灰□文/欧阳东生物矿化的方式富集在稻壳中，等于为人类提取了　　一、引言大量非晶态的SiO。作者的研究工作表明，稻壳通2　　现代混凝土正由传统的水泥、砂、石、水四过生物矿化的方式富集的非晶态SiO2以纳米颗粒的形组分向多组分的方向发展。化学外加剂（主要是超塑态存在。在600℃以下将稻壳进行控制焚烧，所得化剂）已稳定地成为混凝土的第五组分；而矿物外加的低温稻壳灰（Lowtemperaturericehuskash,剂（主要是高活性火山灰材料）由于对混凝土的力学L-RHA

2、）90%以上为SiO2，并且这种SiO2保持在稻壳性能，工作性能和耐久性能有重要的提升作用，正成中的存在状态不变——SiO2为无定形状态，以约为高强、高性能混凝土必要的第六组分。50nm大小的颗粒为基本粒子，松散粘聚并形成大量　　硅灰（主要成分为无定形的SiO2）作为目前活纳米尺度孔隙。这种具有纳米结构的生物SiO2可以性最好的矿物掺合料，在高强高性能混凝土的配制中廉价制得，它比表面积巨大，具有超高的火山灰活可以起到显著的增强作用。但由于硅灰数量稀少，价性，对水泥混凝土具有强烈的增强改性作用，是一格高昂，难以在实际工

3、程中应用，因而风选粉煤灰、种混凝土顶级矿物掺合料。从资源利用和物料平衡磨细矿渣脱颖而出，成为我国目前混凝土行业配制高的角度来看，在控制条件下焚烧稻壳（控制条件是强高性能混凝土最常用的矿物掺合料。此外，磨细天为了保证稻壳灰有高的火山灰活性和燃烧过程不产生然沸石粉和活化高岭土也相继被开发，以期望能替代污染），将得到的稻壳灰（RHA）用于水泥混凝土硅灰。行业最为合适。　　然而，就反应活性和增强作用而言，当前大规模　　我国混凝土材料科学奠基人吴中伟院士高度评价开发应用的矿物掺合料与硅灰相比仍有较大差距。究了这一研究工作。在《

4、高性能混凝土的发展趋势与问竟能否找到和硅灰活性相当而又数量巨大的掺合料？题》一文中，吴中伟院士指出，稻壳灰“可望接近硅答案是肯定的，它就是未被充分认识，有着巨大潜在灰功效”。价值而原料在我国又极为丰富的农业副产品——稻壳　　二、低温稻壳灰与硅灰的比较灰（RHA）。　　稻壳灰的原材料为稻壳。我国稻壳数量每年超过1、化学与矿物组成。4000万吨，数量十分巨大。但至目前为止，稻壳仍未L-RHA的化学分析结果见表1。可见L-RHA的化找到很好的开发利用途径。一些地方将稻壳用作猪和学组成与对比样硅灰（青海省青山机械厂产凝聚硅家

5、禽的饲料，但这种做法并不符合现代动物营养科灰）接近，其中SiO都占90%左右。L-RHA中SiO22学。一些地方将它弃作农业废弃物，没有加以利用，纯度不是太高，但用于混凝土材料已经足够。L-更对农村环境造成了污染。RHA的X-射线衍射图与硅灰衍射图也几乎完全一稻壳含有约20%无定形态的SiO(蛋白石或硅致，均无明显的晶态SiO衍射峰（图1)。这表明22胶)，这是一种有价值的矿物。自然界中的SiO大多低温稻壳灰中的SiO焚烧后保持无定形状态不变。22数呈结晶状态存在，无定形SiO很少。水稻将土壤2、显微结构。2中稀薄的

6、无定形SiO如蛋白石SiO·nHO等通过N吸附法测定L-RHA的比表面积为77.42平方2222·42·中国建材2003年第6期水泥·可持续发展表1RHA与SF的化学分析基本粒子。由此可见，低温稻壳灰中含有大量纳SiOCaOAlOFeOMgOKONaOI.L.米尺度的Si02粒子和纳米尺度的空隙。这种显微2232322L-RHA91.710.860.360.900.311.670.123.13结构对L-RHA的化学活性非常有利。3、对高强混凝土增强效果。硅灰91.320.521.080.831.150.940.302

7、.77　　在0.30和0.44的固定水灰比下，研究了低温稻壳灰和造粒硅灰（美国进口）以不同的替代量取代水泥时对混凝土强度的影响。　　从表2看出：在固定水灰比时，L-RHA对高强和超高强混凝土有强烈的增强作用，掺量在10%～20%时，可提高混凝土抗压强度10兆帕以上。这种增强图1稻壳灰和硅灰的X射线衍射图效果超过了造粒硅灰。米/克,对比硅灰的比表面积为23.30平方米/克。　　三、问题探讨在SEM下对它们的颗粒形貌进行了观察：L-RHA为数微米大小的碎石状颗粒,而硅灰为小得多的完美实心虽然我国的稻壳数量最大，但我国对稻

8、壳灰的圆球，直径约0.1微米(图2)。由此可以推断，RHA是研究不多。造成这种状况的原因是：（1）我国饲料工一种多孔性物质，其颗粒内部并不致密。业过去长期大规模利用稻壳，以至稻壳成为一种价格　　美国学者P.K.Metha对稻壳灰微米尺度的显微结不算太低的农业副产品；（2）RHA不是现成的火山灰构进行过分析，发现稻壳灰中存在大量微米尺度的孔材料，