粉煤灰對干混砂漿的性能影響研究綜述及展望

劉立國 藍如海 楊日天 黃冰梅 陳祥花

（1.廣西農業(yè)職業(yè)技術大學，廣西 南寧 530007；2.廣西昊網電力工程有限公司，廣西 南寧 530023；3.中國能源建設集團廣西電力設計研究院有限公司，廣西 南寧 530007）

1 國外對于粉煤灰的應用研究

西方國家針對粉煤灰的研究始于歐洲第一次和第二次工業(yè)革命爆發(fā)后。重工業(yè)的發(fā)展帶來了嚴重的城市廢氣、粉塵污染現象。1935 年，美國學者R.E.David 對粉煤灰混凝土進行了一系列研究和探討，在國際能源大會上發(fā)表了粉煤灰混凝土研究報告并獲得了多數專家學者的認可。1942 年，Hoover 在大壩的修補工程中摻入粉煤灰，目的是提升壩體的耐久性。1980 年以后，粉煤灰混凝土是世界混凝土技術發(fā)展新的風向標。澳大利亞、加拿大等國家的一些發(fā)電廠專門給相關的混凝土行業(yè)提供質量優(yōu)良的粉煤灰并用作混凝土生產的第五種組分。1985 年，加拿大Malhota 等人在對大摻量粉煤灰混凝土的結構應用上進行研發(fā)，極大地提高了建筑結構的使用壽命。在大量試驗研究的基礎上，西方多數國家制定了粉煤灰的相關規(guī)范。

2 我國對于粉煤灰的應用研究

國內對于粉煤灰的研究主要針對粉煤灰在混凝土中的應用，相較于西方工業(yè)國家，我國最早從20 世紀50 年代開始，有國內專家學者陸續(xù)發(fā)表粉煤灰水泥混合材料的研究報告，有關企業(yè)部門研發(fā)了粉煤灰混凝土的技術規(guī)范，粉煤灰加入混凝土獲得了良好的經濟效益。在工程實例方面，三峽大壩的混凝土澆筑中添加大量粉煤灰，使得壩體的溫升得到了良好的控制，也提高了壩體的抗?jié)B性；荊岳長江大橋的承臺部分在混凝土設計方面加入了大量粉煤灰，明顯改善了承臺的抗裂能力；福州地鐵地下混凝土根據結構耐久性設計要求，針對地鐵車站工程混凝土的力學性能和抗?jié)B性能，采用了較高摻量的粉煤灰進行施工，并最終取得成功。近年來，我國投入了大量的人力、物力對粉煤灰進行了綜合利用。

3 粉煤灰對砂漿性能影響的研究

在粉煤灰對砂漿性能影響的研究方面，張金才等以煤矸石底渣、粉煤灰、鎂渣為原材料，生石灰和石膏為激發(fā)劑，通過簡單研磨混料制備出了抗壓強度為42.1MPa 的無機膠凝材料。胡明玉等將釩鐵渣、礦渣粉、熟石灰、脫硫石膏、石灰石粉等通過正交試驗優(yōu)化配合比后制備了免燒磚固化劑，并利用其制備銅尾礦免燒磚，制備的免燒磚抗壓強度和軟化系數分別為22.3MPa和0.77。曾亮等利用鋼渣粉、礦渣粉、磨細二水脫硫石膏粉和堿性激發(fā)劑制備的鋼渣礦渣水泥，利用鋼渣礦渣水泥制備的干混砌筑砂漿凝結時間、2h 稠度損失率、保水率和抗壓強度均能滿足《預拌砂漿》（GB/T 25181-2019）的相關要求。趙慶新等采用II 級粉煤灰替代水泥，其替代率為60%時，水膠比為0.53 的混凝土抗壓強度降低了55%。崔正龍以C30 混凝土為研究對象，發(fā)現粉煤灰替代率為30%時，養(yǎng)護180d 時的貢獻率達到最大，之后有所下降。由于粉煤灰的活性相對較差，許多工程師和學者采用粉煤灰和其他礦物摻合料復合摻入混凝土，以期達到多種摻合料復合的疊加效果。綜上所述，在粉煤灰研究方面取得了豐碩的研究成果，但對廣西常見粉煤灰的研究相對較少，且未明確各地區(qū)粉煤灰之間的差異性。

4 干混砂漿的技術性能

由于干混砂漿存在易泌水、粘聚性差、施工時間短、粘結力不足等問題，近些年來，粉煤灰的研究主要針對聚合物添加劑廣泛應用于干混砂漿。保水增稠劑被廣泛應用于干混砂漿，用于調節(jié)砂漿的稠度、保水性等，減少砂漿泌水及水分散失，提高砂漿的可操作性。其中，纖維素醚和淀粉醚是干混砂漿中最常見的保水增稠材料。研究表明，纖維素醚對砂漿具有較好的保水增稠作用，然而，由于纖維素醚還會產生引氣效果，這將會增加硬化漿體的孔隙率，降低密實性，從而導致強度降低。淀粉醚對砂漿的增稠效果良好，且其無引氣特性，但保持性能較差。黃莉紅等認為，若適當將纖維素醚和淀粉醚配合使用，可達到二者優(yōu)勢互補的效果，產生較好的協同效應，是保水增稠材料研究發(fā)展的方向。此外，以蒙脫石為主體礦物的膨潤土具有優(yōu)異的吸水增稠、懸浮穩(wěn)定性，不僅對砂漿有保水增稠作用，而且對提高砂漿的抗?jié)B性能等也有幫助，具備作為預拌砂漿保水增稠礦物外加劑的潛力。何秀強等對纖維素醚、改性淀粉醚和鈉基膨潤土3 種保水增稠材料對再生細骨料干混砂漿性能的影響進行了研究。

為了響應國家綠色建材的號召，從提高廢物再利用的角度出發(fā)，本文提出制作不同種類與摻量的粉煤灰砂漿試件與普通水泥砂漿試件做和易性、抗壓強度、抗折強度等性能的對比試驗，旨在滿足砂漿強度、和易性等性能前提下確定最佳粉煤灰摻量，以達到節(jié)約資源、優(yōu)化環(huán)境、節(jié)約建筑成本的目的。

5 粉煤灰對干混砂漿性能影響待解決的主要問題

（1）通過改變不同種類和摻量粉煤灰，分析其對干混砂漿的和易性、抗壓強度、抗折強度等性能的影響。

（2）通過對傳統(tǒng)普通砂漿與不同種類和摻量粉煤灰進行力學性能、工作性能試驗的對比總結性能變化情況，分析粉煤灰的種類和摻量對干混砂漿性能的影響。

（3）通過對傳統(tǒng)普通砂漿與不同種類和摻量粉煤灰進行材料單價對比，在滿足干混砂漿和易性、強度的基礎上總結出采用不同摻量粉煤灰砂漿的經濟效益。

6 一定比例摻量的粉煤灰替換水泥試驗技術路線

（1）采集不同種類的粉煤灰，固定水膠比為0.5，將水泥、水、標準砂、一定比例摻量的粉煤灰替換水泥，為保證水膠比，在必要情況下添加一定量減水劑。依據《建筑砂漿基本性能試驗方法》（JGJ/T 70-2009）對新拌砂漿進行稠度、分層度試驗，記錄試驗數據。

（2）制作尺寸為70.7mm×70.7mm×70.7mm的砂漿標準立方體試塊，并在20±2℃、濕度不低于90%的條件下進行28d 養(yǎng)護；同時，制作尺寸為40mm×40mm×160mm 的砂漿標準長方體試塊，并將試模放入養(yǎng)護室20～24h 后脫模放入養(yǎng)護水溫為20±1℃的水槽養(yǎng)護28d。

（3）將干混砂漿試件分組：普通干混砂漿、C 類I 級粉煤灰干混砂漿、C 類II 級粉煤灰干混砂漿、C 類III 級粉煤灰干混砂漿、F 類粉煤灰干混砂漿。依據《普通混凝土力學性能試驗方法標準》（GB/T 50081-2002）的試驗方法對試件進行抗壓和抗折力學性能測試。試驗過程中仔細觀察試驗現象，并將試驗采集到的數據記錄在相應的試驗報告冊，由小組成員及時進行數據處理，總結強度變化規(guī)律。

（4）將普通干混砂漿試件與不同種類的粉煤灰試件進行對比，整理分析試驗數據，對比出各種粉煤灰對干混砂漿抗折強度、抗壓強度性能的影響。將普通干混砂漿、同種類粉煤灰的不同摻量進行對比，整理分析試驗數據，對比出各種粉煤灰對干混砂漿抗折強度、抗壓強度性能的影響。

7 粉煤灰干混砂漿應用前景展望

粉煤灰的品質在全國范圍內差別較大，不同地區(qū)發(fā)電站生產的粉煤灰的細度、化學成分不盡相同。為了使粉煤灰混凝土更好地應用于實際工程，除了對粉煤灰混凝土加強養(yǎng)護環(huán)境的控制外，粉煤灰摻量成為影響其早期強度和后期強度的關鍵因素之一。

（1）在現有傳統(tǒng)干混砂漿的基礎上添加不同種類和摻量的粉煤灰來改善干混砂漿性能，使其滿足建筑對砂漿的工作性能要求。

（2）通過改變不同種類和摻量的粉煤灰研究干混砂漿的性能，測試干混砂漿一系列的力學性能，找出滿足砂漿強度、和易性的粉煤灰摻率范圍，選取其中較適合的粉煤灰摻率。

（3）通過改變不同種類和摻量的粉煤灰研究干混砂漿的性能，測定摻粉煤灰干混砂漿的后期強度，目的在于滿足砂漿強度、和易性的同時能更高效地利用粉煤灰，實現資源再利用、節(jié)省建筑成本。

8 結語

國家統(tǒng)計局數據顯示，2020 年我國水泥產量達到了23.77 億t，其中水泥熟料產量達到15.79億t，同比增長3.07%。粉煤灰作為工業(yè)廢料，如果能被充分利用起來，將會帶來巨大的經濟效益和環(huán)境效益。通過理論和試驗對廣西本地的粉煤灰替換部分水泥進行多方面研究，采用不同種類和摻量的粉煤灰配置干混砂漿，研究其對干混砂漿的和易性、抗折強度、抗壓強度、經濟效益等方面的影響，從而為廣西地區(qū)粉煤灰的使用提供參考價值，實現綠色環(huán)保、降低建筑成本、相應國家綠色低碳發(fā)展理念的目的。