超細粉煤灰對水泥基灌漿料性能的影響

趙松海 宋 濤 徐騰威 張東東 申啟航

（河南強耐新材股份有限公司，河南 焦作 454950）

粉煤灰是煤炭燃燒過程產生的副產物，我國年產量約6億噸，利用率70%；目前有效利用不足，累計歷史堆存總量已超25億噸，占地約100萬畝；粉煤灰目前以水泥、筑路建材低端利用為主，粉煤灰高質化利用是當今社會大宗固廢利用的趨勢。[1]水泥基灌漿料在當下用途廣、用量大，無論是大型設備和精密設備地腳螺栓與機座錨固還是鋼結構，如鋼軌、鋼槊、鋼拄等，與基礎固接的灌注等都起到至關重要的作用。對于用戶來說強度是他們所關心的，對于商家來說不僅僅是產品性能和質量的好壞還有成本的問題，為此，超細粉煤灰無論對水泥基灌漿料的強度還是流動度都起到很大的改善作用[2，3]。

1 實驗

1.1 原材料

超細粉煤灰：300目以下。

硅灰：粉末狀。

粗砂：砂土中礫粒含量不大于25%，而粒徑大于0.5mm的含量超過總質量50%的砂。

中砂：細度模數為3.0～2.3，平均粒徑為0.5mm～0.35mm的砂子。

天然砂：河道細砂。

水泥：PO 42.5硅酸鹽水泥。

膨脹劑：塑性膨脹劑。

減水劑：聚羧酸減水劑，粉狀。

消泡劑：白色粉狀。

1.2 實驗基礎配比

水泥基灌漿料材料所需不同粒徑的砂子為50%左右，普通硅酸鹽水泥為50%左右，所需外加劑膨脹劑為0.2%～0.4%，減水劑為1.5%～2.0%，消泡劑為0.2%～0.8%，為防止砂漿沉降泌水現象出現，硅灰為1%～3%。表1為水泥基灌漿料基礎配比，砂子和水泥摻量不變。

表1 水泥基灌漿料基礎配比（質量分數%）

1.3 實驗方法

標準試驗條件下砂漿的制備和流動度標準參照JC T 986-2018《水泥基灌漿材料》進行。力學性能的測試：將水泥基灌漿料澆筑在強度試驗模具中，試件尺寸為40mm×40mm×160mm，2h拆模，將試塊養護在(23±2)℃標準試驗條件[4]。在開始實驗前，材料、水以及模具等都應放置24h于空氣相對濕度為(50±5)%、標準試驗條件下進行。

2 結果與討論

2.1 超細粉煤灰對水泥基灌漿料流動度的影響

水泥基灌漿料在保證施工良好的狀態下，需要有良好的流動性能且不出現沉降泌水，因此流動度的大小至關重要，在水泥基灌漿料流動度盡可能大的情況下保證不沉降泌水，增加流動度的方式有增加減水劑、增加用水量等，本文采用的是加入超細粉煤灰。

超細粉煤灰本身的特點是球形，粒徑小且分布窄，其特點是助流、降粘[5]。從表2可以看出，在加水量為14%的情況下超細粉煤灰摻量0%～2.5%，其流動度在不斷增加，然而在超細粉煤灰摻量為2.5%的情況下，水泥基灌漿料出現了泌水現象，表明超細粉煤灰摻量為2.0%的時候為最佳摻量，在加水量為14%的情況下初始流動度為320mm。

表2 超細粉煤灰對水泥基灌漿料流動度影響（質量分數%）

2.2 超細粉煤灰對水泥基灌漿料強度的影響

水泥基灌漿料本身的特點就是高強、早強，為后續快速投入使用增加可能性，高強、早強可通過增加硫鋁酸鹽水泥和早強劑等實現，本文在節省成本的情況下且保證30min流動度在允許的范圍當中，采用加入超細粉煤灰來進一步提高水泥基灌漿料的早強、高強。

超細粉煤灰本身的特點是早強、耐高溫和降粘等[6]。從表3可以看出，在加水量不變的情況下，超細粉煤灰的摻量0%～2%，其24h抗壓強度不斷增加，然而在摻量為2.5%時，由于水泥基灌漿料出現了泌水現象導致其24h抗壓強度驟降。試驗表明，在保證水泥基灌漿料不泌水的情況下，超細粉煤灰摻量2%為最合適的摻量，其24h抗壓強度為38MPa。

表3 超細粉煤灰對水泥基灌漿料強度影響（質量分數%）

2.3 超細粉煤灰對水泥基灌漿料減水劑用量的影響

減水劑是在不影響水泥基灌漿料施工和易性的情況下提高水泥基灌漿料強度，減水劑有很多的功能，分為引氣型減水劑（兼引氣作用的減水劑）、早強型減水劑（兼早強作用的減水劑）、緩凝型減水劑（兼緩凝作用的減水劑）等。本文采用加入超細粉煤灰來替代一部分的減水劑，在降低成本的同時提高水泥基灌漿料材料的特性。

從表4可以看出，水泥基灌漿料在加水量為14%不變的情況下，超細粉煤灰摻量0%～2%，且保持其流動度基本不變，減水劑摻量在不斷減少，在超細粉煤灰摻量為2%，加水量為14%，其流動度為300mm左右，減水劑摻量降低到1.4%后，24h抗壓強度為38MPa，較不摻入超細粉煤灰其強度增加14MPa。

表4 超細粉煤灰對水泥基灌漿料減水劑用量的影響（質量分數%）

3 結論

研究表明，可以通過超細粉煤灰提高水泥基灌漿料的基本性能，同時也可以大大降低減水劑的摻量，在用水量不變的情況下加入2%的超細粉煤灰最優，其流動度可以提高30mm，同時24h抗壓強度提高110%，減水劑的摻量也從1.7%降低到1.4%。