沖填砂漿最優(yōu)配合比試驗(yàn)

姜國(guó)輝，郭張舜，李玉清

（沈陽農(nóng)業(yè)大學(xué)水利學(xué)院，沈陽 110161）

沖填砂漿結(jié)石技術(shù)是采用一定初始動(dòng)能和重力勢(shì)能的砂漿向已攤鋪好的堆石體孔隙中灌填，最終形成完整的沖填砂漿結(jié)石體。為避免砂漿在沖填過程中發(fā)生離析，這就要求沖填砂漿具有良好的和易性，同時(shí)也需滿足強(qiáng)度和抗凍性的要求[1]。目前，很多學(xué)者利用摻合料改善砂漿的性能。郭計(jì)含等[2]將粉煤灰取代部分水泥進(jìn)行正交試驗(yàn)，得出隨著粉煤灰摻量的增多，砂漿的流動(dòng)性變大；郭偉娜等[3]通過試驗(yàn)得出材料的抗壓強(qiáng)度隨著粉煤灰摻量的增多而下降；王敏等[4]通過試驗(yàn)得到摻入適量的粉煤灰可以提高混凝土的抗凍性；LTIFI等[5]指出硅灰可以均勻的分散到砂漿中，改變砂漿的結(jié)構(gòu)，提高砂漿的強(qiáng)度；MEDDAH等[6]將硅灰取代部分水泥，研究對(duì)混凝土力學(xué)性能的影響，得到硅灰可以顯著提高混凝土的強(qiáng)度和耐久性；楊錢榮等[7]研究硅灰摻量對(duì)砂漿流變性的影響，結(jié)果表明硅灰可以增加砂漿的粘聚性；RASOL等[8]研究得到硅灰可以減小混凝土的孔隙度，增加密實(shí)性，提高強(qiáng)度；丁向群等[9]研究硅灰摻量對(duì)混凝土抗凍性的影響，得到硅灰的摻入可以降低混凝土的孔隙率，從而提高抗凍性。眾多學(xué)者研究了粉煤灰和硅灰對(duì)砂漿性能的影響，摻一種摻合料往往不能改善砂漿的綜合性能，對(duì)于沖填砂漿，需要具有高流動(dòng)性，同時(shí)需要滿足力學(xué)性能和抗凍性能的要求。因此，本研究采用粉煤灰和硅灰作為摻合料，研究其對(duì)沖填砂漿的流動(dòng)性、抗壓強(qiáng)度和抗凍性的影響，得出最優(yōu)摻量，為實(shí)際工程提供參考。

1 材料與方法

1.1 材料

水泥采用沈陽山水集團(tuán)生產(chǎn)的工源牌P·O 42.5型普通硅酸鹽水泥。粉煤灰采用沈海熱電廠生產(chǎn)的Ⅱ級(jí)粉煤灰，含水量0.3%，細(xì)度（45μm方孔篩篩余）21.1μm。硅灰采用河南鉑潤(rùn)鑄造材料有限公司生產(chǎn)的硅灰，比表面積19100m2·kg-1，二氧化硅含量96.1%。細(xì)骨料采用普通河砂，細(xì)度模數(shù)為2.81，屬于中砂。纖維素醚采用羥丙基甲基纖維素。減水劑采用標(biāo)準(zhǔn)型聚羧酸系高性能減水劑，水使用沈陽市自來水。膠凝材料和細(xì)骨料顆粒級(jí)配曲線見圖1。

圖1 膠凝材料和細(xì)骨料顆粒級(jí)配曲線Figure 1 Grain gradation curves of cementitious materials and fine aggregate

1.2 方法

依據(jù)姜國(guó)輝等[1-2,10]研究成果，選取水膠比0.85，膠砂比0.28，膠凝材料（水泥+粉煤灰+硅灰）400kg·m-3，砂子1426kg·m-3，羥丙基甲基纖維素?fù)搅?.03%（所使用的外加劑摻量及摻合料摻量均為占膠凝材料總質(zhì)量的百分比），聚羧酸系高性能減水劑摻量0.2%。通過預(yù)試驗(yàn)結(jié)果設(shè)置粉煤灰摻量0%、10%、15%、20%，硅灰摻量0%、2%、5%、8%，參照NB/T 10077-2018《堆石混凝土筑壩技術(shù)導(dǎo)則》測(cè)定沖填砂漿擴(kuò)展度，按照J(rèn)GJ/T 70-2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)定7，14，28，90d沖填砂漿試件抗壓強(qiáng)度、不同凍融循環(huán)次數(shù)下質(zhì)量損失率和強(qiáng)度損失率，采用綜合評(píng)分法分別選取單摻粉煤灰、單摻硅灰的最優(yōu)及次優(yōu)摻量進(jìn)行復(fù)摻，最終選取最優(yōu)配合比。共11組試驗(yàn)，其中未摻粉煤灰、硅灰為空白對(duì)照組。具體試驗(yàn)設(shè)計(jì)配合比見表1。

表1 沖填砂漿配合比Table 1 Mix of filling slurry

2 結(jié)果與分析

2.1 單摻粉煤灰對(duì)沖填砂漿性能的影響

2.1.1 單摻粉煤灰對(duì)沖填砂漿擴(kuò)展度的影響由表2可知，沖填砂漿擴(kuò)展度隨粉煤灰摻量的增加而增加。這是由于粉煤灰中含有大量的類似球形的玻璃微珠，在沖填砂漿中起到滾珠的作用，有效降低沖填砂漿顆粒間滑動(dòng)的阻力，提高沖填砂漿的流動(dòng)性；粉煤灰還具有微集料效應(yīng)，粉煤灰的粒徑小于水泥，可以均勻的分散到水泥中，將水泥顆粒分散開，置換出沖填砂漿中顆粒間的水分，粉煤灰的水化反應(yīng)慢于水泥的水化反應(yīng)，減少了沖填砂漿在水化過程中初期的耗水量，自由水增多，故提高了沖填砂漿的流動(dòng)性。

表2 不同粉煤灰摻量沖填砂漿擴(kuò)展度試驗(yàn)結(jié)果Table 2 Test results of expansion of filling slurry with different fly ash content

由圖2可知，粉煤灰摻入之后，沖填砂漿會(huì)出現(xiàn)離析泌水的情況，并且隨著摻量的增加，沖填砂漿離析泌水情況越嚴(yán)重。在本次試驗(yàn)中，當(dāng)粉煤灰摻量20%時(shí)，沖填砂漿離析泌水情況最為嚴(yán)重。

圖2 不同摻量粉煤灰沖填砂漿擴(kuò)展度試驗(yàn)照片F(xiàn)igure 2 Pictures of expansion of filling slurry with different fly ash content

2.1.2 單摻粉煤灰對(duì)沖填砂漿抗壓強(qiáng)度的影響單摻粉煤灰的沖填砂漿試件抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見圖3。由圖3可知，隨著粉煤灰取代水泥的量逐漸增多，7，14，28，90d齡期的沖填砂漿立方體試件抗壓強(qiáng)度逐漸減小。以28d齡期為例，空白對(duì)照組試件的強(qiáng)度為31.1MPa，粉煤灰摻量10%、15%、20%的沖填砂漿試件抗壓強(qiáng)度較空白對(duì)照組下降18.6%、27.7%、32.8%。粉煤灰對(duì)各個(gè)齡期強(qiáng)度的發(fā)展都有影響，隨著齡期的增加，摻入粉煤灰的沖填砂漿與空白對(duì)照組的抗壓強(qiáng)度差距越來越小。在7d齡期，空白對(duì)照組的抗壓強(qiáng)度為16.6MPa，粉煤灰摻量10%、15%、20%的沖填砂漿試件的抗壓強(qiáng)度較于空白對(duì)照組下降24.7%、36.1%、41.0%；在90d齡期，空白對(duì)照組的強(qiáng)度為37.3MPa，粉煤灰摻量10%、15%、20%的沖填砂漿試件的抗壓強(qiáng)度較于空白對(duì)照組下降13.9%、17.4%、20.6%。這是因?yàn)榉勖夯业幕鹕交曳磻?yīng)，粉煤灰的活性組分主要有二氧化硅和三氧化二鋁，它們并不能直接和水泥反應(yīng)，而是在水泥發(fā)生水化反應(yīng)生成氫氧化鈣后才能進(jìn)行，隨著時(shí)間的增長(zhǎng)，沒有水化的粉煤灰在周圍堿性環(huán)境下，開始慢慢發(fā)生火山灰反應(yīng)，粉煤灰的活性組分與氫氧化鈣發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣凝膠，充填到?jīng)_填砂漿的空隙中，使沖填砂漿變得更加緊密，故粉煤灰的火山灰反應(yīng)在水泥的水化反應(yīng)之后[11]。在沖填砂漿立方體試件抗壓強(qiáng)度早期，主要是水泥的水化反應(yīng)，粉煤灰充填在砂漿的空隙中，對(duì)砂漿強(qiáng)度的影響較??；在沖填砂漿立方體試件抗壓強(qiáng)度后期，粉煤灰的火山灰效應(yīng)顯現(xiàn)出來。

圖3 不同摻量粉煤灰對(duì)沖填砂漿抗壓強(qiáng)度的影響Figure 3 Influence of different fly ash content on compressive strength of filling slurry

2.1.3單摻粉煤灰對(duì)沖填砂漿抗凍性能的影響由圖4a可知，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，沖填砂漿試件的質(zhì)量損失率在增加，但是摻入粉煤灰的沖填砂漿試件的質(zhì)量損失率均小于空白對(duì)照組的質(zhì)量損失率，說明摻入粉煤灰可以提高沖填砂漿的抗凍性。在凍融循環(huán)50次時(shí)，沖填砂漿試件的質(zhì)量損失率從大到小排序?yàn)椋悍勖夯覔搅?%＞粉煤灰摻量10%＞粉煤灰摻量15%＞粉煤灰摻量20%。由圖4b可知，摻入粉煤灰的沖填砂漿試件的強(qiáng)度損失率低于空白對(duì)照組的強(qiáng)度損失率。在凍融循環(huán)10次，各組試件的強(qiáng)度損失率相差不大；隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，摻入20%粉煤灰的沖填砂漿試件的強(qiáng)度損失率增長(zhǎng)加快；凍融循環(huán)40次，空白對(duì)照組的強(qiáng)度損失率為27.97%，達(dá)到JGJ/T 70-2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》中抗凍性試驗(yàn)破壞要求，即抗壓強(qiáng)度損失率大于25%，而摻入10%、15%、20%粉煤灰沖填砂漿試件的強(qiáng)度損失率分別為23.64%、21.21%、24.62%，均未達(dá)到破壞要求。凍融循環(huán)50次，各組沖填砂漿試件均達(dá)到抗凍性試驗(yàn)破壞要求，沖填砂漿試件的強(qiáng)度損失率從大到小排序?yàn)椋悍勖夯覔搅?%＞粉煤灰摻量20%＞粉煤灰摻量10%＞粉煤灰摻量15%。粉煤灰摻量15%抗凍性能最好。

圖4 單摻粉煤灰沖填砂漿抗凍性試驗(yàn)結(jié)果Figure 4 Freezing resistance test results of single fly ash filled slurry

2.1.4 單摻粉煤灰試驗(yàn)結(jié)果綜合評(píng)判分析根據(jù)上述分析，不同粉煤灰摻量對(duì)沖填砂漿試件的性能指標(biāo)影響程度不同。根據(jù)沖填砂漿結(jié)石技術(shù)的施工特點(diǎn)，應(yīng)選取流動(dòng)性盡可能大的配合比，以便將砂漿沖填到堆石體孔隙中；在提高流動(dòng)性的基礎(chǔ)上，粉煤灰摻量越小越好，以便滿足沖填砂漿抗壓強(qiáng)度和抗凍性的要求。為此，本研究采用綜合評(píng)分法將各指標(biāo)結(jié)果綜合考慮，選取粉煤灰最優(yōu)及次優(yōu)摻量[12-13]。

本次試驗(yàn)共4組，記為x1、x2、x3、x4。選取擴(kuò)展度、7d抗壓強(qiáng)度、14d抗壓強(qiáng)度、28d抗壓強(qiáng)度、90d抗壓強(qiáng)度、50次凍融循環(huán)條件下質(zhì)量損失率和強(qiáng)度損失率共7個(gè)指標(biāo)，則各個(gè)試驗(yàn)結(jié)果記為{xi,j}（i=1，2，3，4；j=1，2，…，7）。在本試驗(yàn)中，擴(kuò)展度和抗壓強(qiáng)度的試驗(yàn)結(jié)果越大越好，即為極大型指標(biāo)，隸屬度計(jì)算按式(1)；50次凍融循環(huán)條件下質(zhì)量損失率和強(qiáng)度損失率的試驗(yàn)結(jié)果越小越好，即為極小型指標(biāo)，隸屬度計(jì)算按式(2)[14]。

式中：A(xi,j)為第i組第j個(gè)指標(biāo)的隸屬度；xi,j為第i組第j個(gè)指標(biāo)的試驗(yàn)結(jié)果；xjmin為第j個(gè)指標(biāo)的試驗(yàn)結(jié)果最小值；xjmax為第j個(gè)指標(biāo)的試驗(yàn)結(jié)果最大值。

由式(1)和式(2)可知，0≤A(xi,j)≤1，A(xi,j)越大，說明沖填砂漿性能越好。根據(jù)沖填砂漿結(jié)石技術(shù)的施工要求，確定擴(kuò)展度權(quán)重為0.4，7d和14d抗壓強(qiáng)度權(quán)重為0.05；28d和90d抗壓強(qiáng)度權(quán)重為0.15，50次凍融循環(huán)質(zhì)量損失率和強(qiáng)度損失率權(quán)重為0.1。由表3可知，摻入粉煤灰的沖填砂漿配合比的綜合評(píng)分均高于未摻粉煤灰的沖填砂漿的綜合評(píng)分，說明粉煤灰的摻入對(duì)沖填砂漿有利。最優(yōu)摻量為15%，次優(yōu)摻量為20%。

表3 單摻粉煤灰配合比的綜合評(píng)分Table 3 Comprehensive score of single fly ash mixture ratio

2.2 單摻硅灰對(duì)沖填砂漿性能的影響

2.2.1 單摻硅灰對(duì)沖填砂漿擴(kuò)展度的影響按表1中單摻硅灰的沖填砂漿配合比進(jìn)行擴(kuò)展度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表4。由表4可知，沖填砂漿擴(kuò)展度隨硅灰摻量的增加而降低。摻量小于5%，擴(kuò)展度下降的不明顯；摻量超過5%時(shí)，擴(kuò)展度明顯下降。這主要是因?yàn)楣杌矣蓺庀噢D(zhuǎn)變?yōu)楣滔噙^程中，表面張力的作用，形成了圓球形的顆粒，表面光滑，雖然可以起到滾珠軸承的作用，但硅灰顆粒較小，其比表面積較大，吸附水的能力也較強(qiáng)，隨著硅灰摻量的增加，大量的游離水被吸附，故使得沖填砂漿的流動(dòng)性降低，擴(kuò)展度下降[15]。

表4 不同硅灰摻量沖填砂漿擴(kuò)展度試驗(yàn)結(jié)果Table 4 Test results of expansion of filling slurry with different silica fume content

由圖5可知，硅灰摻入之后，沖填砂漿的黏性增加。這是由于硅灰的摻入，吸附了大量水分，并且過小粒徑的硅灰，在沖填砂漿中更容易形成大量的絮凝結(jié)構(gòu)，大量的團(tuán)聚體增加沖填砂漿流動(dòng)的內(nèi)部的阻力，致使沖填砂漿黏性增大[15-17]。

圖5 不同摻量硅灰沖填砂漿擴(kuò)展度試驗(yàn)照片F(xiàn)igure 5 Pictures of expansion of filling slurry with different silica fume content

2.2.2 單摻硅灰對(duì)沖填砂漿抗壓強(qiáng)度的影響將不同摻量的硅灰沖填砂漿試件進(jìn)行抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見圖6。由圖6可知，沖填砂漿試件的抗壓強(qiáng)度隨硅灰摻量的增多而增大。硅灰摻量小于5%時(shí)，抗壓強(qiáng)度增大的不明顯；當(dāng)摻量超過5%，抗壓強(qiáng)度明顯增大；硅灰摻量8%時(shí)，抗壓強(qiáng)度達(dá)到最大。原因是硅灰具有微集料效應(yīng)，其粒徑遠(yuǎn)小于水泥的粒徑，可以充填到?jīng)_填砂漿的空隙中，均勻的分布在漿體中，減小孔隙率，使沖填砂漿更加密實(shí)；同時(shí)硅灰具有火山灰效應(yīng)，生成水化硅酸鈣凝膠，充填到?jīng)_填砂漿的空隙中，提高結(jié)構(gòu)的密實(shí)度，所以摻入硅灰后的沖填砂漿試件抗壓強(qiáng)度會(huì)提高[18-19]。

圖6 不同摻量硅灰對(duì)沖填砂漿抗壓強(qiáng)度的影響Figure 6 Influence of different silica fume content on compressive strength of filling slurry

2.2.3 單摻硅灰對(duì)沖填砂漿抗凍性能的影響 由圖7a可知，與空白對(duì)照組相比，摻加硅灰的沖填砂漿試件的質(zhì)量損失率明顯降低。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，摻入硅灰對(duì)沖填砂漿試件的質(zhì)量損失減小的效果越明顯。在凍融循環(huán)50次時(shí)，沖填砂漿試件的質(zhì)量損失率從大到小排序?yàn)椋汗杌覔搅?%＞硅灰摻量2%＞硅灰摻量5%＞硅灰摻量8%。說明摻入硅灰可以提高沖填砂漿的抗凍性。由圖7b可知，摻入硅灰沖填砂漿試件的強(qiáng)度損失率均低于空白對(duì)照組的強(qiáng)度損失率。在凍融循環(huán)前期，強(qiáng)度損失率上升的較為緩慢，隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，強(qiáng)度損失率上升的越快。凍融循環(huán)40次，空白對(duì)照組強(qiáng)度損失率為27.97%，大于25%，達(dá)到抗凍性試驗(yàn)破壞要求；摻入2%、5%、8%硅灰的沖填砂漿試件的強(qiáng)度損失率分別為21.84%、19.53%、17.56%，未達(dá)到破壞要求。凍融循環(huán)50次，各組沖填砂漿試件的強(qiáng)度損失率大于25%，均達(dá)到破壞要求，沖填砂漿試件的強(qiáng)度損失率從大到小排序?yàn)椋汗杌覔搅?%＞硅灰摻量2%＞硅灰摻量5%＞硅灰摻量8%。這是因?yàn)楣杌业幕鹕交倚?yīng)，使結(jié)構(gòu)更加緊密，減少?zèng)_填砂漿內(nèi)部有害孔隙的數(shù)量，提高試件的抗凍性[9]。

圖7 單摻硅灰沖填砂漿抗凍性試驗(yàn)結(jié)果Figure 7 Freezing resistance test results of single silica fume filled slurry

2.2.4 單摻硅灰試驗(yàn)結(jié)果綜合評(píng)判分析根據(jù)上述分析，不同硅灰摻量對(duì)沖填砂漿試件的性能指標(biāo)影響程度也不同。采用與單摻粉煤灰相同的方法評(píng)判，即綜合評(píng)分法。選取的指標(biāo)及各指標(biāo)所占權(quán)重與單摻粉煤灰的各指標(biāo)權(quán)重也相同。對(duì)單摻硅灰各組試驗(yàn)進(jìn)行綜合評(píng)分，結(jié)果見表5。由表5可知，摻入硅灰的沖填砂漿配合比的綜合評(píng)分均大于空白對(duì)照組的沖填砂漿配合比的綜合評(píng)分，說明硅灰在沖填砂漿中起積極作用。最優(yōu)摻量及次優(yōu)摻量分別為5%和8%。

表5 單摻硅灰配合比的綜合評(píng)分Table 5 Comprehensive score of single silica fume mixture ratio

2.3 復(fù)摻粉煤灰和硅灰對(duì)沖填砂漿性能的影響

2.3.1 復(fù)摻粉煤灰和硅灰對(duì)沖填砂漿擴(kuò)展度的影響選取單摻粉煤灰最優(yōu)及次優(yōu)摻量15%和20%，單摻硅灰的最優(yōu)及次優(yōu)摻量5%和8%進(jìn)行復(fù)摻。復(fù)摻粉煤灰和硅灰的沖填砂漿配合比的擴(kuò)展度試驗(yàn)結(jié)果見表6。由表6可知，當(dāng)粉煤灰摻量固定為15%和20%時(shí)，隨著硅灰摻量的增加，沖填砂漿擴(kuò)展度相應(yīng)減少。這是由于硅灰表面可吸附大量水分，隨著摻量的增多，吸附的水分越多，沖填砂漿中自由水減少，導(dǎo)致流動(dòng)性降低。當(dāng)硅灰摻量一定時(shí)，并不是隨著粉煤灰摻量的增加，沖填砂漿的擴(kuò)展度增大。當(dāng)硅灰摻量為5%，粉煤灰摻量20%的沖填砂漿的擴(kuò)展度大于粉煤灰摻量15%的沖填砂漿的擴(kuò)展度，均大于空白對(duì)照組沖填砂漿的擴(kuò)展度。這是由于硅灰摻量較小，雖然增加了需水量，但粉煤灰的微集料效應(yīng)和形態(tài)效應(yīng)，減小了沖填砂漿中顆粒間的阻力，有效的抵消了因摻入硅灰而增加的需水量，此時(shí)粉煤灰對(duì)沖填砂漿的流動(dòng)性占主導(dǎo)作用，故隨著粉煤灰的增多，沖填砂漿的流動(dòng)性增大。當(dāng)硅灰摻量為8%，粉煤灰摻量20%的沖填砂漿的擴(kuò)展度小于粉煤灰摻量15%的沖填砂漿的擴(kuò)展度。這是由于硅灰摻量較多，其粒徑較小，比表面積較大，吸附大量水分，約束了沖填砂漿中大量的自由水，摻入粉煤灰后，粉煤灰的比表面積也較大，表面需要水分來潤(rùn)濕，此時(shí)硅灰的強(qiáng)大的吸附水分的能力占主導(dǎo)地位，故隨著粉煤灰的摻量的增加，表面所需要的水分也越多，沖填砂漿的粘性增加，流動(dòng)性降低[20]。

表6 復(fù)摻粉煤灰和硅灰沖填砂漿擴(kuò)展度試驗(yàn)結(jié)果Table 6 Test results of expansion degree of filling slurry mixed with fly ash content and silica fume content

由圖8可知，復(fù)摻粉煤灰和硅灰可以減少單摻粉煤灰的沖填砂漿發(fā)生離析、泌水的情況，也可以避免因單摻硅灰使沖填砂漿的流動(dòng)性降低。兩者混合使用時(shí)，在適當(dāng)摻量下，剛好改善單摻所產(chǎn)生的不利影響，有利于增大沖填砂漿的擴(kuò)展度、增加粘聚性。

圖8 復(fù)摻粉煤灰和硅灰沖填砂漿擴(kuò)展度試驗(yàn)照片F(xiàn)igure 8 Pictures of expansion of filling slurry with fly ash and silica fume

2.3.2 復(fù)摻粉煤灰和硅灰對(duì)沖填砂漿抗壓強(qiáng)度的影響由圖9可知，不同摻量粉煤灰、硅灰進(jìn)行復(fù)摻對(duì)沖填砂漿試件的抗壓強(qiáng)度有不同的影響。硅灰的摻入對(duì)抗壓強(qiáng)度有利，粉煤灰的摻入對(duì)抗壓強(qiáng)度不利。硅灰的摻入不能彌補(bǔ)因摻粉煤灰導(dǎo)致抗壓強(qiáng)度下降的損失，以28d齡期為例，粉煤灰摻量15%+硅灰摻量8%的沖填砂漿試件抗壓強(qiáng)度28.9MPa，較單摻粉煤灰摻量15%的沖填砂漿試件抗壓強(qiáng)度提高28.4%，較空白對(duì)照組降低7.1%。粉煤灰摻量15%+硅灰摻量8%的沖填砂漿試件在各個(gè)齡期抗壓強(qiáng)度最高，粉煤灰摻量20%+硅灰摻量5%的沖填砂漿試件在各個(gè)齡期抗壓強(qiáng)度最低。

圖9 復(fù)摻粉煤灰和硅灰對(duì)沖填砂漿抗壓強(qiáng)度的影響Figure 9 Influence of fly ash and silica fume on compressive strength of filling slurry

2.3.3 復(fù)摻粉煤灰和硅灰對(duì)沖填砂漿抗凍性能的影響由圖10a可知，復(fù)摻粉煤灰和硅灰的沖填砂漿試件的質(zhì)量損失率隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加而增大，并且均低于空白對(duì)照組。在凍融循環(huán)10次時(shí)，各組復(fù)摻粉煤灰和硅灰的沖填砂漿試件的質(zhì)量損失率相差不大。隨著凍融循環(huán)次數(shù)的增加，各組的質(zhì)量損失率差距越來越明顯。大致趨勢(shì)為：粉煤灰摻量固定時(shí)，隨著硅灰摻量的增加，沖填砂漿試件的質(zhì)量損失率減少；硅灰摻量固定時(shí)，隨著粉煤灰摻量的增加，沖填砂漿試件的質(zhì)量損失率增加。在凍融循環(huán)50次時(shí)，沖填砂漿試件的質(zhì)量損失率從大到小排序?yàn)椋悍勖夯覔搅?%+硅灰摻量0%＞粉煤灰摻量20%+硅灰摻量5%＞粉煤灰摻量20%+硅灰摻量8%＞粉煤灰摻量15%+硅灰摻量5%＞粉煤灰摻量15%+硅灰摻量8%。由圖10b可知，復(fù)摻粉煤灰、硅灰的各組沖填砂漿試件的強(qiáng)度損失率變化趨勢(shì)大致相同，并且均低于空白對(duì)照組。在凍融循環(huán)40次時(shí)，空白對(duì)照組的強(qiáng)度損失率大于25%，說明試件已經(jīng)破壞；其余4組的強(qiáng)度損失率均小于25%，說明試件未被破壞。在凍融循環(huán)50次時(shí)，各組沖填砂漿試件的強(qiáng)度損失率均大于25%，即試件被破壞，強(qiáng)度損失率從大到小排序?yàn)椋悍勖夯覔搅?%+硅灰摻量0%＞粉煤灰摻量20%+硅灰摻量5%＞粉煤灰摻量20%+硅灰摻量8%＞粉煤灰摻量15%+硅灰摻量5%＞粉煤灰摻量15%+硅灰摻量8%。

圖10 復(fù)摻粉煤灰和硅灰沖填砂漿抗凍性試驗(yàn)結(jié)果Figure 10 Freezing resistance test results of filling slurry mixed with fly ash and silica fume

2.3.4 復(fù)摻粉煤灰和硅灰試驗(yàn)結(jié)果綜合評(píng)判分析根據(jù)上述分析，將粉煤灰和硅灰進(jìn)行復(fù)摻，可以改善單摻所產(chǎn)生的不利影響，充分發(fā)揮各自的作用。適量復(fù)摻可以提高沖填砂漿的流動(dòng)性；過量的粉煤灰對(duì)砂漿抗壓強(qiáng)度和抗凍性不利，硅灰對(duì)砂漿抗壓強(qiáng)度和抗凍性有利。采用與單摻粉煤灰、單摻硅灰相同的方法評(píng)判，選取的指標(biāo)及各指標(biāo)所占的權(quán)重也相同。由表7可知，適量的粉煤灰、硅灰復(fù)摻可以改善沖填砂漿的性能。粉煤灰摻量15%+硅灰摻量5%和粉煤灰摻量15%+硅灰摻量8%的配合比的綜合評(píng)分大于空白對(duì)照組的綜合評(píng)分，粉煤灰摻量20%+硅灰摻量5%和粉煤灰摻量20%+硅灰摻量8%的配合比的綜合評(píng)分小于空白對(duì)照組的綜合評(píng)分。粉煤灰摻量15%+硅灰摻量8%綜合評(píng)分最高，即為最優(yōu)摻量。

表7 復(fù)摻粉煤灰和硅灰配合比的綜合評(píng)分Table 7 Comprehensive score of mixed fly ash and silica fume

3 討論與結(jié)論

粉煤灰和硅灰對(duì)沖填砂漿性能的影響不同，隨著粉煤灰替代水泥摻量逐漸增多，沖填砂漿擴(kuò)展度增大，可以提高流動(dòng)性，摻量過多會(huì)導(dǎo)致沖填砂漿離析泌水，與朱龍鵬[10]的研究結(jié)果較為一致。為改善摻入粉煤灰沖填砂漿離析泌水的情況，利用硅灰粒徑較小、比表面積較大、吸附水的能力較強(qiáng)等特點(diǎn)，通過試驗(yàn)硅灰得到硅灰可以提高沖填砂漿的粘聚性，與楊錢榮等[7]研究結(jié)果較為一致。并且硅灰具有火山灰效應(yīng)，生成物充填到?jīng)_填砂漿的空隙中，提高結(jié)構(gòu)的密實(shí)度，可以提高沖填砂漿抗壓強(qiáng)度和抗凍性，與劉茉莉的研究結(jié)果較為一致[21]。因此，將粉煤灰和硅灰復(fù)摻，充分發(fā)揮各自優(yōu)勢(shì)，改善單摻所產(chǎn)生的不利影響。

復(fù)摻粉煤灰和硅灰可以改善單摻粉煤灰沖填砂漿離析泌水情況，適當(dāng)?shù)膹?fù)摻摻量可以提高沖填砂漿流動(dòng)性。粉煤灰摻量20%+硅灰摻量5%的沖填砂漿擴(kuò)展度最大，為329mm。粉煤灰摻量20%+硅灰摻量8%的沖填砂漿的擴(kuò)展度最小，為284mm，小于空白對(duì)照組，沖填砂漿流動(dòng)性不足，在堆石體中流動(dòng)距離較短，不能完全沖填滿堆石體孔隙，導(dǎo)致沖填砂漿結(jié)石體不密實(shí)，即不滿足沖填要求。復(fù)摻粉煤灰和硅灰的沖填砂漿試件抗壓強(qiáng)度和抗凍性優(yōu)于單摻粉煤灰的沖填砂漿試件。粉煤灰摻量15%+硅灰摻量8%的沖填砂漿抗壓強(qiáng)度和抗凍性最優(yōu)，粉煤灰摻量15%+硅灰摻量5%的沖填砂漿抗壓強(qiáng)度和抗凍性次優(yōu)。在滿足沖填砂漿流動(dòng)性要求情況下，選取抗壓強(qiáng)度越大、抗凍性越好的砂漿，通過綜合評(píng)分法，得到粉煤灰摻量15%+硅灰摻量8%評(píng)分最高，為最優(yōu)摻量，其擴(kuò)展度為315mm，7，14，28，90d的抗壓強(qiáng)度分別為14.0，22.3，28.9，34.3MPa，凍融循環(huán)50次質(zhì)量損失率0.201%，強(qiáng)度損失率26.81%。