粉煤灰的摻量對干粉砂漿性能影響的試驗研究

鮑一輪，郭嬌龍

(長安大學(xué)，建筑工程學(xué)院，西安710061)

建筑干粉砂漿又稱干混砂漿，是水泥、細(xì)集料、礦物外加劑和諸多功能性外加劑按一定的比例，在生產(chǎn)線于干燥狀態(tài)下通過專業(yè)混合機的攪拌，混合成的一種顆粒狀或粉狀均態(tài)的混合物，然后以干粉包裝或散裝的形式運至工地，按照規(guī)定的比例加水拌合后即可直接使用施工的功能性建筑材料[1]。常用的礦物外加劑如粉煤灰、礦渣等，本試驗在前期試驗的基礎(chǔ)上，通過改變礦物外加劑的摻量，研究其對干粉砂漿性能的影響，為優(yōu)化高性能干粉砂漿配合比提供試驗基礎(chǔ)。試驗主要以單因素變量為基礎(chǔ)，研究粉煤灰的摻量對干粉砂漿性能的影響。試驗主要是在不同膠砂比下，保持最佳水灰比不變，改變粉煤灰的摻量，觀察其流動度、強度、彈性模量的變化，總結(jié)規(guī)律，為摻加其他聚合物提供試驗配比基礎(chǔ)。

1 試驗

1.1 原料

水泥:陜西冀東P.O32.5級，標(biāo)準(zhǔn)稠度需水量為28.8%，體積安定性合格，初凝時間為3.5h，終凝時間為4.15h，28d 抗壓強度為 35.1MPa，22 抗折強度為5.8MPa。粉煤灰:Ⅰ級粉煤灰，產(chǎn)自西安周至。粉煤灰的密度為 2.69g/cm3，細(xì)度為3.7%，比表面積為396.1cm2/g，含水量為0.18%，需水量比為 98%，燒失量為3.0%。水泥、粉煤灰的粒度分析結(jié)果見表1。試驗用砂為西安渭河河砂，物理參數(shù)見表2。

表1 水泥、粉煤灰的粒度分析

表2 試驗用砂的物理參數(shù)

1.2 試驗配合比設(shè)計

試驗配合比見表3，設(shè)計了1:1、1:2、1:3 3種不同的膠砂比，以基準(zhǔn)砂漿組為基礎(chǔ)，將粉煤灰分別以5%、10%、20%、30%、40%、50%的比例替代水泥。

1.3 試驗方法

按照《水泥膠砂流動度測定方法》(GB/T2419－2005)，控制流動度為(150±10)mm，確定對于基準(zhǔn)砂漿(不摻粉煤灰)的基準(zhǔn)水膠比。

對于不同的膠砂比，以基準(zhǔn)砂漿的基準(zhǔn)水膠比為基準(zhǔn)，分別測定粉煤灰摻量為5%、10%、20%、30%、40%、50%時的流動度，并對試驗其狀態(tài)加以描述。

對于不同的膠砂比，以基準(zhǔn)砂漿的基準(zhǔn)水膠比為基準(zhǔn)，按試驗配合比要求，成型40mm×40mm×160mm的水泥膠砂試件，按照《水泥膠砂強度檢驗方法》(GB/T17671 －1999)測其 3d、7d、28d、56d 的抗壓、抗折強度;成型70.7mm×70.7mm×210mm的砂漿試件，按照《建筑砂漿基本性能測試方法》(JGJ70－2009)測其3d、7d、28d、56d 的彈性模量。

表3 試驗配合比

2 結(jié)果及討論

2.1 粉煤灰對流動度的影響

表4 基準(zhǔn)砂漿(不摻粉煤灰)的基準(zhǔn)水膠比

圖1 粉煤灰摻量、膠砂比、流動度三者之間的關(guān)系

表4為試驗確定基準(zhǔn)水膠比，以基準(zhǔn)砂漿的基準(zhǔn)水膠比為基準(zhǔn)，分別測定不同摻量粉煤灰砂漿的流動度，并對試驗其狀態(tài)加以描述，見圖1?？梢钥闯?膠砂比為1:1時，摻入粉煤灰后流動度顯著提高，但隨著粉煤灰的摻量的增加，砂漿的流動度成“先增后減”趨勢，摻量為20%時最大，達(dá)到196mm，無泌水現(xiàn)象;膠砂比為1:2時，摻入粉煤灰后流動度顯著提高，隨著粉煤灰的摻量的增加，砂漿的流動度逐漸增大，摻量為20%基本趨于穩(wěn)定;膠砂比為1:3時，隨著粉煤灰的摻量的增加，砂漿的流動度逐漸增大，摻入小于10%粉煤灰流動度提高不明顯，摻量為20%時，顯著提高，其后基本趨于穩(wěn)定，存在泌水現(xiàn)象。

總的來說，由于粉煤灰的“形態(tài)效應(yīng)”，其球形、表面光滑的特性，對減輕砂漿顆粒之間的摩擦力起到促進作用，提高了流動度，但隨著摻量超過一定界值，粉煤灰表面的吸附水增加，流動度提高效果不明顯或有所下降;對于不同的膠砂比，粉煤灰所起的流動度的促進作用存在差異，粉煤灰摻20%時，流動效果最佳。

2.2 粉煤灰對砂漿抗壓、抗折強度的影響

圖2 膠砂比1:1時，粉煤灰摻量與砂漿強度的關(guān)系

由圖2a、2b可知，膠砂比為1:1，對于不同齡期的砂漿，當(dāng)粉煤灰摻量變化時，抗壓、抗折強度的變化趨勢基本相同。早期3d、7d隨著粉煤灰摻量的增加，抗壓、抗折強度成下降趨勢，后期28d、56d隨著粉煤灰摻量的增加，抗壓、抗折強度成上升趨勢?？梢钥闯?粉煤灰會降低早期強度，而后期強度發(fā)展比較好。

圖3 膠砂比1:2時，粉煤灰摻量與砂漿強度的關(guān)系

由圖3a、3b可知，膠砂比為1:2，對于不同齡期的砂漿，當(dāng)粉煤灰摻量變化時，抗壓、抗折強度的變化趨勢不太一樣。早期3d、7d隨著粉煤灰摻量的增加，抗壓、抗折強度成下降趨勢，后期28d、56d隨著粉煤灰摻量的增加，抗壓強度成下降趨勢，抗折強度成上升趨勢。可以看出:粉煤灰會降低早期強度，而后期抗壓強度會消減，抗折強度會增加。

圖4 膠砂比1:3時，粉煤灰摻量與砂漿強度的關(guān)系

由圖4a、4b可知，膠砂比為1:3，對于不同齡期的砂漿，當(dāng)粉煤灰摻量變化時，抗壓、抗折強度的變化趨勢不太一樣。早期3d、7d隨著粉煤灰摻量的增加，抗壓、抗折強度成下降趨勢，后期28d、56d隨著粉煤灰摻量的增加，抗壓強度成下降趨勢，抗折強度成先降后升趨勢?？梢钥闯?粉煤灰會降低早期強度，而后期抗壓強度會消減，抗折強度會增加。

粉煤灰早期是基本不參與水化反應(yīng)的，火山灰反應(yīng)[2]也沒有發(fā)生，只是作為微集料起到填充作用。到中后期，粉煤灰才能發(fā)揮其火山灰效應(yīng)，充分參與水化。并且作用明顯，使得摻粉煤灰砂漿強度高于基準(zhǔn)砂漿。另外，當(dāng)粉煤灰摻量過大時，粉煤灰將不能完全參與火山灰反應(yīng)，只有一部分參與了，另一部分只是作為為微集料起到填充作用[3]。

2.3 粉煤灰對砂漿彈性模量的影響

圖5 粉煤灰摻量與砂漿彈性模量的關(guān)系

由圖5a、5b、5c可知:膠砂比為 1:1，對于不同齡期的砂漿，當(dāng)粉煤灰摻量變化時，彈性模量成"先減后增"趨勢，早期3d、7d隨著摻量的增加，彈性模量逐漸減少，后期28d、56d隨著摻量的增加，彈性模量逐漸增加。膠砂比為1:2，對于不同齡期的砂漿，當(dāng)粉煤灰摻量變化時，彈性模量成"先不變后減少"趨勢，早期3d、7d隨著摻量的增加，彈性模量基本保持不變，后期28d、56d隨著摻量的增加，彈性模量逐漸增加。膠砂比為1:3，對于不同齡期的砂漿，當(dāng)粉煤灰摻量變化時，彈性模量成"先增后減"趨勢，早期3d、7d隨著摻量的增加，彈性模量逐漸增加，后期28d、56d隨著摻量的增加，彈性模量逐漸減少。

粉煤灰摻量對砂漿的彈性模量的影響趨勢與抗壓強度的變化趨勢基本相同;對于不同膠砂比，變化趨勢有所不同。

3 結(jié)論

(1)由于粉煤灰的“形態(tài)效應(yīng)”，其對流動度有提高作用，超過某一界值，粉煤灰表面的吸附水增加，流動度提高效果不明顯或有所下降;對于不同的膠砂比，粉煤灰所起的流動度的促進作用存在差異，粉煤灰摻20%時，流動效果最佳。

(2)粉煤灰早期只是作為微集料起到填充作用，對強度沒有貢獻(xiàn)，由于水泥被粉煤灰替代，導(dǎo)致膠凝材料減少，強度降低;后期粉煤灰的火山灰效應(yīng)開始顯現(xiàn)，對強度有促進作用;對于不同膠砂比后期強度影響不一樣，膠砂比為1:1時，強度隨著摻量的增加而增加，當(dāng)膠砂比為1:2、1:3時，強度隨著摻量的增加而減小。同時，粉煤灰摻量超過某一界值，粉煤灰的強度增加效應(yīng)將減小。

(3)粉煤灰摻量對砂漿的彈性模量的影響趨勢與抗壓強度的變化趨勢基本相同。對于不同膠砂比，變化趨勢有所不同。

[1]徐亦冬等.礦渣及硅灰對水泥膠砂流動性及早期強度的影響[J].混凝土，2005，9

[2]周士瓊.土木工程材料[M].北京:中國鐵道出版社，2005

[3]吳承禎.混合材料微粉對水泥砂漿性能的影響[J].南京化工大學(xué)學(xué)報，1999(9)