粉煤灰對砂漿流變性和強度的影響研究

陳瑞軍

(唐山學院 環境與化學工程系,河北 唐山 063000)

在過去的數十年里，研究人員做了大量關于粉煤灰砂漿方面的應用研究，從多方面研究了粉煤灰對砂漿性能的影響因素，但對于較為劣質的Ⅲ級粉煤灰在砂漿中的應用研究相對較少。本文旨在通過正交試驗將Ⅲ級粉煤灰應用到砂漿中去，旨在提高Ⅲ級粉煤灰的利用率。

1 試驗

1.1 實驗原料與主要實驗設備

1.1.1 主要實驗原料

水泥：水泥采用唐山冀東水泥廠生產的P32.5水泥，燒失量4.42%，含水率0.51%。粉煤灰：所用粉煤灰為Ⅲ級粉煤灰，過0.074mm號篩，篩余率為14.1%，燒失量1.77，含水率0.58%。

骨料：骨料所用砂為天然砂，細度模數為2.95，含水率為1.64%，最大粒徑不超過5mm。

外加劑：減水劑采用聚羧酸減水劑，其摻加量為膠凝材料總量的0.9%，堿激發劑采用NaOH，其摻加量為粉煤灰摻加量的2.0%。水：采用實驗室自來水。

1.1.2 實驗設備及儀器

SRJX-4-13標準恒溫恒濕養護箱；AL204電子天平；TYB-300D型全自動抗折抗壓恒應力試驗機；SC145砂漿稠度儀；砂漿分層度儀(河北科聯公路儀器)。

1.2 設計正交試驗方案

表1 L9=(34)因素水平表

以水膠比、砂膠比、粉煤灰摻量為因素變量，每個因素設置3個水平，并以砂漿稠度，砂漿分層度，7d砂漿抗壓強度為指標，設計L9=(34)正交試驗表[1]，其中膠凝材料為固定值，各摻量均是占膠凝量的質量分數，正交試驗設計的因素-水平表見表1所示。

各組原料的用量見表2。

表2 原材料用量

1.3 試驗方法

砂漿稠度與分層度是通過砂漿稠度儀和砂漿分層度儀來測定，并依據《建筑砂漿基本性能試驗方法》中的相關要求進行[2]。砂漿抗壓強度是通過人工拌制砂漿，用全鑄鐵砂漿試模(70.7mm×70.7mm×70.7mm)成型試件，并將試模放置于室溫為(20±5)℃下，24 h左右時對試件拆模、標號，并用保鮮膜包裹養護7d，用實驗室全自動抗折抗壓恒應力試驗機測定試塊的抗壓強度。

2 實驗結果與討論

實驗結果如下表3所示。

表3 L9=(34)正交表及實驗結果

通過實驗進行的極差的分析發現：影響砂漿的流動性的因素影響先后順序為：水膠比>砂膠比>粉煤灰摻量，最優方案為A1B3C2；影響砂漿保水性的因素影響先后順序為：砂膠比>水膠比>粉煤灰摻量，最優方案為A2B3C2；影響砂漿強度的因素影響先后順序為：粉煤灰摻量>砂膠比>水膠比，最優方案為A3B3C2。為了設計出三個指標性能的都較好的配料方案，現分析各因素對砂漿性能的影響如下：

水膠比對砂漿性能的影響：水膠比是影響砂漿流動性的主要因素，隨著水膠比的逐漸增大，砂漿的流動性越來越大，砂漿的保水性逐漸變好。但水膠比過大，會導致砂漿流動度過高，超出使用稠度，因此需控制水膠比不宜過大[3]。

砂膠比對砂漿性能的影響：隨著砂膠比的增大，砂漿流動度逐漸變小；砂漿分層度先增大后減小。主要是由于當砂占主要成分時，膠凝材料占比持續減少，由于包裹的水泥漿總量一定，砂含量不斷增大，比表面積不斷增大，水分不足，導致顆粒間粘度增大，砂漿稠度降低，當砂膠比為2.65時，膠凝材料占比較少，無法填充大顆粒之間的空隙，因此砂漿的和易性會變差。砂漿強度隨著砂膠比的增加，強度有所提高，主要由于砂膠比比較小時，砂中的粗顆粒起骨架作用，因此使砂漿的強度有所提高。

粉煤灰摻量對砂漿性能的影響：與基準組實驗結果對比，用適量的粉煤灰替代水泥后，砂漿的流動性有所提高，這是由于粉煤灰與水泥相比較，粉煤灰多數為球狀，有利于減小顆粒間的阻力[4]。砂漿的分層度略小于基準組，原因是粉煤灰粒徑小于水泥粒徑，可以填充更小的空隙，使水分不易流失，由此可見，粉煤灰可以提高砂漿的保水性。粉煤灰摻量是影響砂漿抗壓強度的主要因素，砂漿的抗壓強度隨著粉煤灰摻加量的增加會先增高后降低，當粉煤灰摻量為35%，砂漿強度普遍低于基準組，這是由于7d時粉煤灰活性未得到完全激發而激發劑摻量略低導致的，且由于Ⅲ級粉煤灰較為稀碎，質量差，也對砂漿強度造成了一定的影響。當粉煤灰摻加量為25%時，砂漿強度略高于基準砂漿強度，摻量為25%是粉煤灰的最合適摻加量。

綜合上述：從流動性方面考慮，水膠比不宜過大，可以看出0.55為最合適水膠比；粉煤灰摻量對強度影響較大，通過結果可知，其最適宜摻加量為25%；砂膠比對砂漿性能的影響均為次要因素，且實驗結果顯示，砂膠比為2.65時，均為各指標的最優方案。故此，確定最優方案為A1B3C2。

對A1B3C2配料方案又進行砂漿各項性能測試實驗，測得其砂漿稠度、分層度和抗壓強度分別為75mm、14mm和18.5MPa，砂漿稠度和分層度值均符合砂漿設計要求，且砂漿抗壓強度明顯優于其他組試塊強度。

3 結論

(1)水膠比和砂膠比是影響砂漿流動性的主要因素，可以改變水膠比來控制砂漿的流動性，水膠比在合適范圍內變動，不會對強度造成太大影響。

(2)合理摻量的粉煤灰應用到砂漿中可以顯著提高砂漿強度。當水膠比、砂膠比和粉煤灰摻量分別為0.55、2.65和25%時制備的砂漿，具有流動性好，保水性好，抗壓強度高等優良特性。