秸秆灰在混凝土的应用 本文关键词：秸秆，混凝土
秸秆灰在混凝土的应用 本文简介：摘要：从秸秆灰的角度出发，综合研究了秸秆灰在混凝土中的应用进展，同时对秸秆灰在混凝土中的应用前景进行了分析。在对秸秆灰分的制备与成分综合分析的基础上，着重介绍了秸秆灰在混凝土中的应用原理以及对混凝土力学性能、耐久性能、热物理等性能的影响。最后，对秸秆灰将来在实际工程中的应用前景进行了分析与展望。关键
秸秆灰在混凝土的应用 本文内容：
摘要：从秸秆灰的角度出发，综合研究了秸秆灰在混凝土中的应用进展，同时对秸秆灰在混凝土中的应用前景进行了分析。在对秸秆灰分的制备与成分综合分析的基础上，着重介绍了秸秆灰在混凝土中的应用原理以及对混凝土力学性能、耐久性能、热物理等性能的影响。最后，对秸秆灰将来在实际工程中的应用前景进行了分析与展望。
关键词：秸秆灰；灰分制备；应用原理；混凝土性能；应用进展
1概述
作为世界第四大能源的农作物秸秆，其占据了世界能源总消费量的14%。近年来，随着全球能源危机和环境问题的日益突出，利用生物质进行燃烧发电已经成为世界各国发展“低碳经济”的重要途径之一[1]，但如何处理发电后的生物质灰是目前急需解决的问题。与此同时“十三五”建筑节能专项规划提出城镇新建建筑全面执行不低于65%的建筑节能标准，将生物质灰资源用于保温节能材料已成为目前研究的热点问题之一[2]。
2国内外研究现状
秸秆灰在混凝土中的应用涵盖秸秆灰的制取、秸秆灰混凝土的制备技术、秸秆灰混凝土的物理及力学性能、秸秆灰混凝土的热物理特性等方面。
2.1秸秆灰的制取及物理化学特性研究
现有研究仍主要集中在秸秆灰的无机非金属含量与成分测试以及灰本身的燃烧特性等方面，而在其他领域研究较少。研究表明[3]，秸秆灰中除含有Si、Ca、Na、K、Mg、P等无机矿物质元素外，同时也含有多种微量元素Cu、Fe、Zn、Mn、Ni、Cr、Al、Ti和一定量的有害元素Cd、Pb、As、Hg等；其表面普遍存在形貌各异的不规则粒子，以褐色、灰白色、灰褐色、黄色为主，具有质轻细小，疏松多孔的特点。鉴于秸秆中无机组分是秸秆灰分的主要物质来源,其灰中的K、Na、S等碱金属元素对热转化利用过程有一定催化作用；同时，这些碱金属成分在混凝土内部易发碱骨料反应，从而影响混凝土的性能及应用。此外，碱金属成分又易积灰、结渣、腐蚀设备,导致燃烧设备的维护难度及成本上升[4]。因此，研究不同的秸秆灰中无机矿物分布特征及其灰的物理化学特性就尤为关键。此外，生物质灰的制取是生物质灰工程应用的前提条件，而迄今国内外对于生物质灰的制取还没有相应的标准。目前,国内在进行生物质灰性质分析时,采用的是煤质分析的标准,制灰温度较高，而生物质中的无机元素在高温下易挥发,必然会影响灰分性质的准确性。试验结果表明[5]，在相同的温度下不同生物质灰的灰分和形态不同；且同一种生物质在不同温度下灰分和形态也不同。鉴于国内外关于灰化温度对生物质灰相关特性影响的研究较少，目前需要系统深入地研究灰化温度对秸秆灰各方面特性的影响,以达到准确确定秸秆灰物理化学性质的目的。总之，在对各种生物质灰进行利用前，都要对其进行物理化学成分测定与分析，建立规范化的制取方法，为其工程应用提供技术参考。
2.2秸秆灰混凝土制备技术和物理力学性能
秸秆灰混凝土的抗压强度是保证其满足设计和施工标准要求的决定性指标。目前关于这方面的研究主要基于各类生物质灰的参量等方面。比如，陈超等[6]通过收获焚烧后的小麦秸秆灰分，按一定比例内掺混凝土中制备高强混凝土，试验结果表明适量秸秆灰能提高混凝土早期强度，当秸秆灰掺量为5%时，高强混凝土抗压强度可达79.1MPa。但要求秸秆灰需进行预处理，减少灰分中碱金属元素的含量。张强等[7]制备了油菜秸秆灰混凝土试件，分析其对混凝土抗拉性能的影响。结果表明当掺量为5%时，灰分混凝土与基准试样性能相差无几;当灰分掺量超过10%时，灰分混凝土抗拉强度值降幅较大，不适宜用于高强混凝土中。上述这些强度测试均是在特定情况下的零散试验获得的结论，还没有建立完善的最优灰参量下生物质灰混凝土的本构关系模型。为此，必须对秸秆灰混凝土的配制技术、配合比设计方法及本构关系模型进行系统深入地研究，进一步优化作物秸秆灰分的制取过程，同时对灰分进行质量控制，加强具有实用性、技术性的秸秆灰分混凝土配合比设计方法和配制技术的创新，特别是针对常规使用等级的混凝土，进一步开发秸秆灰混凝土的潜力，拓宽实际用途。
2.3秸秆灰混凝土的热物理特性
导热系数是建筑材料热物理性能的主要指标，也是建筑围护结构体系保温、隔热与节能的控制性指标[8]。目前国内外学者针对生物质灰混凝土热物理特性方面的研究成果不多。初步研究结论表明[9]，用生物质灰替代部分水泥制作混凝土的最大优势在于可以提高混凝土的热阻率，这为制作绿色混凝土指出了新的途径。文献[10,11]探讨了用稻壳灰替代水泥的研究，发现稻壳灰混凝土的热阻率明显高于普通混凝土，但尚缺乏系统及深入化的结论。文献[12]对来自于我国青海、西藏地区的牛粪燃烧以后生成的牛粪灰在混凝土等水泥基材料中的应用进行了初步的试验研究，测试了其传热、抗冻、渗透和抗裂性能。电镜扫描结果显示，牛粪灰颗粒形态大部分为絮状，明显不同于来自于火电厂的粉煤灰。上述这些研究均是做了试探性的初步研究工作，尚未将力学性能、表观密度和热物理性能综合起来进行系统化的探讨，而事实上混凝土的强度与导热系数及材料表观密度呈现的是一种复杂的矛盾关系，在保证一定强度条件下，降低秸秆灰混凝土的导热系数是研究秸秆灰混凝土热物理性能的关键。
3结论
综上所述，力学性能和热物理特性是有关秸秆灰混凝土性能研究中最为关键的问题，尽管目前对秸秆灰混凝土的性能和应用问题已开展了一些试验和理论方面的研究，但这些成果均是试探性的初步探讨，特别是有关生物质秸秆灰热物理性能方面的研究成果还不多见，尚未从力学性能、表观密度和热物理特性等方面综合起来进行系统化地研究。今后应重点研究秸秆灰制取、秸秆灰混凝土制备方法，揭示秸秆灰混凝土抗渗和传热机理；建立秸秆灰混凝土的应力-应变本构关系；探讨秸秆灰混凝土的热工性能、抗压强度和表观密度之间的关系及其变化规律。
作者：龙万鹏 袁远 单位：西京学院
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