稻壳灰的制备和微观结构性能

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1、稻壳灰的制备和微观结构性能韩冰，刘玉旭(河南国际合作集团有限公司工程部，河南郑州450000)摘要：稻壳灰(RiceHuskAsh，RHA)是通过焚烧稻壳得到的一种高活性、高比表面积的火山灰质掺合料。而优质稻壳灰的制备需要控制稻壳的燃烧紊件，包括燃烧温度、加热速率及通风条件等。纳米尺度的微观结构是RHA具有高活性的根本原因。RHA可以与硅灰相媲美，具有良好的开发应用前景。关键词：稻壳灰；燃烧温度；高活性；纳米尺度中图分类号：TU502文献标识码：B文章编号：1672—401l(2010)06—0001—030前

2、言随着高强高性能混凝土的发展，高活性矿物掺合料的研究提上日程，其中活性效果最好的是硅灰(SilicaFume，sF)，因为其含有大量的无定形si02。但硅灰产量较少、收集比较困难，价格又较昂贵，以至于使用上受到限制¨“J。因此，寻找活性与硅灰相当、有相同化学成分和物理化学性能、结构相似、数量又较大的掺合料是一项很有研究价值的工作9“J。我国稻谷种植面积较大，产量庞大，稻壳的数量每年可达到约4000万t垆J。目前，大多稻壳被用于饲养家禽或者成为污染环境的农业废弃物，没有经过合理的途径得到有价值的利用。而稻壳燃烧后

3、的的稻壳灰(Ricehuskash，RHA)含有大量的结晶Si02，且只有在控制焚烧条件下得到的RHA才具有和硅灰相似的组分含量特征，其含有的无定形态SiO：是一种有价值的矿物，高活性、超细尺寸和超大比表面积，这是RHA具有较好胶凝活性的最主要原因，也是RHA可以替代硅灰应用到实际工程中的关键因素16J。所以，研究RHA在水泥混凝土中的应用是一种既可以有效利用材料资源又可以节省部分硅酸盐水泥的可持续性发展战略，更是符合低碳经济发展模式。国外对RHA的研究较多，早在70年代，Mehta．P。K发表了有关控制燃烧条

4、件下得到的RHA的活性及其在水泥中应用的文章p“’，其他的学者在此时期也报道了RHA并应用于水泥的研究结果一““。之后，RHA用于混凝土掺合料的研究也得到报道¨““’。近十年之内。有关RI-IA的制备、微观结构性能及其在混凝土的应用的研究很活跃，更有研究表明：活性与硅灰相当的高硅火山灰材料一RHA可以替代硅灰用作超高强混凝土的矿物掺合料¨’1"。但目前，优质RHA的制备依然是阻碍RHA得到广泛应用的重要原因，其燃烧控制条件的相关因素较多，制备出的RHA性能不稳定。本文将对有关RHA的研究结果作简单总结，包括RH

5、A的制备及微观结构。1RHA的制备RHA不是现成的火山灰材料，其制备过程主要是稻壳的燃烧过程，而且优质的高活性RHA必须在控制条件下焚烧才能制的，燃烧过程是为了除去稻壳中各种可燃性有机物质，但却不能破坏Si02的无定形态¨“。所谓的控制焚烧条件至少有两个参数考虑：①燃烧温度要低；②未燃烧的碳含量要低。因为若燃烧温度过高，RHA中的无定形Si02就会大量转变为结晶SiO：，从而降低RHA的活性”‘纠；若燃烧不充分，则会有大量的碳未被氧化而残留在RHA中，从而影响RHA中无定形si02的含量，且使RHA略显黑色【I

6、“。也有研究显示，碳含量超过30％很可能对RHA的火山灰活性造成不利影响¨引。总之，RHA制备过程中的温度控制对RHA的比表面积起主导作用从而影响其活性，见表1闭】。国内外学者认为，制备高活性RHA，焚烧温度控制在400一600℃为佳¨⋯。表l燃烧条件对稻壳灰晶体结构及比表面积的影响【∞】燃烧温度保持时间环境稻壳灰的性能(qc)(rain)结晶情况比表面积(m2／g)500—600l中等氧化非结晶体122500一60030中等氧化非结晶体97500一600120中等氧化非结晶体96700一80015—60中等氧

7、化非结晶体100700一80015—60高等氧化部分结晶6～lO>800>60高等氧化结晶体<5鉴于RHA焚烧控制条件，国内学者欧阳东教授在对RHA的制备研究中自制了容量为lm3、可控制炉内焚烧温度和空气量的焚烧炉，制备出高活性的稻壳灰一低温稻壳灰，同时也对堆积状态下、元控制自然而成的RHA进行了对比研究狰’；清华大学赵铁军教授在温度固定的氧化环境下，于电炉中焚烧少量稻壳，得到了碳完全氧化的RHA，还自制了制备RHA的试验炉，可测炉内温度，可控制焚烧速度啪’；南京水利科学研究院的王昌义等研制了一种砖砌圆柱形的烧

8、灰炉进行烧制RHA，RHA出炉后再在球磨机中研磨100min，即为成品稻壳灰¨”。还有学者在文章中提出一种典型稻壳灰【I引。以上几种方法制备出的RHA和硅灰的主要分成相似，见表2。除此之外，K．GaneSan等对RHA混合水泥最优RHA掺量的研究中使用的RHA的制备方法特别，将非控制条件下得到的高含碳量、色泽较黑的RHA置于炉内重新以200℃／h的升温速率再次加热至650℃，并恒温lh