攪拌時間對粉煤灰水泥凈漿流動性及早期抗壓強度的影響

郭浩然，吳建林

(武漢輕工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，湖北武漢430023)

混凝土由于其具備功能多樣性和經(jīng)濟性成為使用最為廣泛的一種人造建筑材料，波特蘭水泥在生產(chǎn)過程中，會釋放大量CO2。再加上混凝土的廣泛使用，使得波特蘭水泥大量生產(chǎn)，從而加劇了溫室效應(yīng)。我國的粉煤灰年排放量在不斷地增長，這給國民經(jīng)濟建設(shè)和生態(tài)環(huán)境造成了巨大的壓力。粉煤灰混凝土技術(shù)不僅可以實現(xiàn)粉煤灰的資源化，解決環(huán)境污染問題;還可以改善混凝土的質(zhì)量，增加混凝土品種，降低混凝土水化熱及綜合成本［1］。因此大力發(fā)展粉煤灰的綜合利用具有十分重要的意義。

攪拌是使混合料趨干勻質(zhì)化的過程，是混凝土生產(chǎn)中的關(guān)鍵工序，良好均勻性和施工性能是混凝土攪拌的最終目的。目前水泥砂漿普遍采用將水泥加入水中，先慢速攪拌60s，再快速攪拌120s的攪拌方法，該方法優(yōu)點是攪拌設(shè)備與工藝較簡單。但是對于粉煤灰水泥凈漿，尤其是粉煤灰摻量較大時，應(yīng)在加水之前將混合物充分攪拌再加入水，以利于混合物的化學(xué)反應(yīng)可以更加充分。根據(jù)對攪拌過程的分析，攪拌時間可以定義為:從開始攪拌到拌合物開始離析時的時間［2］。對于粉煤灰水泥凈漿攪拌效果的分析可以從兩個方面進行:一是攪拌后凈漿的流動性，二是凈漿的7d抗壓強度。

在實際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，拌和后宏觀上均勻的水泥凈漿放在顯微鏡下會，仍有10%—30%的水泥顆粒粘聚成微小的水泥團，微觀上并未達到均勻［3］。這種現(xiàn)象同樣會出現(xiàn)在粉煤灰水泥凈漿中，而這種問題與凈漿的攪拌時間有關(guān)。

1 實驗設(shè)計

1.1 實驗原材料

粉煤灰:湖北省武漢市青山發(fā)電廠的一級粉煤灰，粒度分布以及化學(xué)成分見表1表2。

水泥:采用波特蘭第一型水泥，其物理性質(zhì)及化學(xué)成分如表3所示。

水:自來水。

表1 粉煤灰的粒度分布

表2 粉煤灰的化學(xué)成分 /%

1.2 實驗分組

實驗中采用的粉煤灰水泥凈漿的配合比分組如表4所示。

1.3 粉煤灰水泥凈漿的制作與取樣

對于S02-S05組，先將稱量好的固體粉末倒在水泥凈漿攪拌機中干拌5分鐘，使混合物可以混合均勻，再緩慢加入稱量好的水，注意加水過程應(yīng)為邊加水邊攪拌。對于攪拌時間為2min，5min，10min，15 min和20 min時取5個試樣，進行后續(xù)的凈漿流動性及抗壓強度實驗。

1.4 實驗依據(jù)

根據(jù)《水泥膠砂強度檢驗方法(ISO法)》GB/T17671、《水泥取樣方法》GB12573，《水泥標準稠度用水量、凝結(jié)時間、安定性檢驗方法》GB1346，《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB1596中規(guī)定的方法檢驗相關(guān)指標。

表3 水泥物理性質(zhì)及化學(xué)成分

表4 粉煤灰水泥凈漿的配合比組分

2 實驗結(jié)果及分析

2.1 流動性實驗結(jié)果

圖1—圖5為攪拌時間與不同配合比凈漿流動性的關(guān)系曲線圖。從圖中可以看出隨著粉煤灰摻入量的加大，凈漿流動性逐漸減小。對每一配合比的凈漿再逐一進行分析，可以發(fā)現(xiàn)對于S01組，當攪拌時間在5min時，可以達到最大流動度179 mm。對于S02組，仍然是5 min時達到最大流動度，但這時最大流動度已經(jīng)降低至158 mm。而在S03組中，我們發(fā)現(xiàn)最大流動度是在攪拌時間為10 min而不是5min。對于S04組，攪拌10 min與15 min時的流動度非常接近，并且15 min時凈漿的流動度已經(jīng)略大于10 min的流動度。S05組中，凈漿的最大流動度為攪拌了20 min時。

圖1 S01組水泥粉煤灰漿流動度

圖2 S02組水泥粉煤灰漿流動度

圖3 S03組水泥粉煤灰漿流動度

圖4 S04組水泥粉煤灰漿流動度

圖5 S05組水泥粉煤灰漿流動度

由此可見，對于水泥凈漿，最高的流動性發(fā)生在攪拌時間為5 min時，此后，隨著攪拌時間的增長，凈漿的流動性逐漸降低。當摻入粉煤灰時，情況發(fā)生了改變。隨著粉煤灰摻入量的增大，要達到最佳的凈漿流動性所需的攪拌時間也逐漸增加，當以粉煤灰完全替代水泥時，攪拌時間在20min時才能達到最佳的凈漿流動性。其次，比較每個配合比的最高流動度可得，隨著粉煤灰的摻入量的加大，凈漿的流動度在逐漸減小，即，粉煤灰的摻入量也是凈漿流動度的重要影響因素。

2.2 抗壓強度實驗結(jié)果

圖5—圖10為攪拌時間與不同配合比凈漿的7d抗壓強度的關(guān)系。由圖可知，隨著粉煤灰摻入量的加大，凈漿抗壓強度逐漸減小。對每一配合比的凈漿再逐一進行分析，可以發(fā)現(xiàn)凈漿達到最大抗壓強度后再進行攪拌，抗壓強度雖然略有降低，但是基本穩(wěn)定。對于S01組，當攪拌時間在5 min時，可以達到最大抗壓強度26 Mpa。對于S02組，仍然是5 min時達到最大抗壓強度，但這時最大抗壓強度已經(jīng)降低至21Mpa。而在S03組中，我們發(fā)現(xiàn)最大抗壓強度是在攪拌時間為10 min而不是5 min。對于S04組，攪拌15 min才達到最大抗壓強度。S05組中，凈漿的最大抗壓強度為攪拌了20 min時。

圖6 S01組7d抗壓強度

圖7 S02組7d抗壓強度

由此可見，對于水泥凈漿，最大抗壓強度發(fā)生在攪拌時間為5 min時，此后，隨著攪拌時間的增長，凈漿的抗壓強度基本穩(wěn)定。當摻入粉煤灰時，情況發(fā)生了改變。隨著粉煤灰摻入量的增大，要達到最大凈漿抗壓強度所需的攪拌時間也逐漸增加，當以粉煤灰完全替代水泥時，攪拌時間在20 min時才能達到最大抗壓強度。其次，比較每個配合比的最大抗壓強度可得，隨著粉煤灰的摻入量的加大，凈漿的抗壓強度在逐漸減小，即，粉煤灰的摻入量也是影響凈漿抗壓強度的重要因素。

圖8 S03組7d抗壓強度

圖9 S04組7d抗壓強度

圖10 S05組7d抗壓強度

3 結(jié)論

3.1 攪拌時間對凈漿流動性的影響非常明顯，并且隨著粉煤灰摻量的增大，達到凈漿最佳流動性的攪拌時間也在增加，而凈漿所能達到的最大流動度在減小。

3.2 攪拌時間對凈漿的7d抗壓強度有一定的影響，當達到一定的攪拌時間以后，凈漿的7d抗壓強度幾乎沒有變化。隨著粉煤灰摻量的增加，達到最高的7d抗壓強度的攪拌時間在增加，7d抗壓強度在減小。

3.3 對于不摻加粉煤灰的凈漿最佳攪拌時間為5min，對于完全以粉煤灰替代水泥的凈漿最佳攪拌時間為20 min。

［1］錢覺時.粉煤灰特性與粉煤灰混凝土［M］.北京:科學(xué)出版社，2002:81-23.

［2］趙利軍，張曉波，馮忠緒.混凝土的雙速攪拌拌工藝研究［J］.混凝土，2006(10):78-80.

［3］趙利軍.攪拌低效區(qū)及其消除方法的研究［D］西安:長安大學(xué)，2005.