1前言
眾所周知，砂漿的強(qiáng)度等級只有水泥的八分之一到四分之一，按強(qiáng)度設(shè)計(jì)砂漿配合比時，水泥用量勢必太少而影響了砂漿的可操作性，因此《砌筑砂漿配合比設(shè)計(jì)規(guī)程》規(guī)定了砌筑砂漿的最低水泥用量不得低于200kg/m3，盡管如此，水泥砂漿的保水性和可操作性仍較差。此外，在一般工業(yè)與民用建筑中，用于配制各種砂漿的水泥要占水泥總用量的25%左右。因此在建筑砂漿中摻加粉煤灰，既可改善砂漿的可操作性，又可節(jié)約水泥。實(shí)踐表明，粉煤灰干粉砂漿具有良好的操作性、合理的強(qiáng)度等級、較高的產(chǎn)品性價(jià)比，大力推廣這一技術(shù)，為粉煤灰資源的綜合利用開辟了新的途徑。
2粉煤灰干粉砂漿性能研究
2.1試驗(yàn)用原材料
2.1.1水泥：P.O 32.5MPa普通硅酸鹽水泥
2.1.2 砂：細(xì)度模數(shù)2.4，含泥量2.8%。
2.1.3粉煤灰：低鈣Ⅱ級灰、低鈣Ⅲ級灰、高鈣灰和高低鈣復(fù)合灰(見表1)。
表1粉煤灰性質(zhì)
| 項(xiàng) 目 | 需水量比(％) | 燒失量(％) | 細(xì)度(％) | f-CaO(％) |
| 低鈣Ⅱ級灰 | 99 | 7.05 | 16.3 | 0 |
| 低鈣Ⅲ級灰 | 105 | 10.00 | 31.5 | 0 |
| 高鈣灰 | 93 | 1.26 | 8.6 | 2.94 |
| 高低鈣復(fù)合灰 | 94 | 1.76 | 13.5 | 3.30 |
2.1.4稠化粉：建科院研制，上海建研建材科技有限公司生產(chǎn)，性質(zhì)見表2。
表2稠化粉性質(zhì)
項(xiàng)目 |
分層度(mm) | 強(qiáng)度(MPa) | 抗凍性 | |
| 質(zhì)量損失(％) | 強(qiáng)度損失(％) | |||
| 測試值 | 14 | 17.4 | 0 | 9.8 |
2.2試驗(yàn)研究
試驗(yàn)采取單因素試驗(yàn)。試驗(yàn)方法采用《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法》(JGJ70-1990)。
2.2.1粉煤灰等量取代水泥對砂漿性能的影響
試驗(yàn)用基準(zhǔn)砂漿為1：3水泥砂漿，水泥用量為400kg/m3，其后以一定的比例用低鈣Ⅱ級灰等量取代水泥，保持膠凝材料總量為400kg/m3，稠化粉用量為50kg/m3，以稠度控制用水量，試驗(yàn)結(jié)果見表3。
表3粉煤灰等量取代水泥對砂漿性能的影響
| 粉煤灰取代水泥(％) | 用水量 (kg/m3) |
稠度(mm) | 分層度 (mm) |
密度 (kg/m3) |
R7 (MPa) | R28 (MPa) | 90d收縮 (mm/m) |
| 0 | 341 | 83 | 16 | 2110 | 14.6 | 32.3 | 1.20 |
| 12.5 | 350 | 96 | 9 | 2070 | 15.0 | 19.8 | 1.33 |
| 25.0 | 347 | 90 | 9 | 2060 | 11.7 | 17.9 | 1.26 |
| 37.5 | 339 | 98 | 14 | 2050 | 8.8 | 14.6 | 1.21 |
| 50.0 | 334． | 96 | 9 | 2040 | 7.7 | 11.6 | 1.34 |
| 62.5 | 344． | 93 | 5 | 2030 | 4.8 | 8.7 | 0.98 |
試驗(yàn)表明，在同等稠度條件下，粉煤灰等量取代水泥后，用水量基本不變，分層度略有降低，密度隨取代率增大而降低，7d和28d強(qiáng)度隨取代率上升而遞減，收縮值變化無規(guī)律。但粉煤灰取代率超過50%時，砂漿早期強(qiáng)度和28d強(qiáng)度都有大幅度減少，因此粉煤灰取代水泥率以不超過50%為宜。
2.2.2高鈣灰與低鈣灰混摻對砂漿性能的影響
試驗(yàn)用基準(zhǔn)砂漿為114混合砂漿，其后摻加不同比例的低鈣灰和高鈣灰，并通過加入稠化粉以取代石灰膏，試驗(yàn)結(jié)果見表4。
表4高鈣灰與低鈣Ⅱ級灰混摻對砂漿性能的影響
編號 |
水泥 (kg/m3) |
石灰膏 (kg/m3) |
低鈣灰 (kg/m3) |
高鈣灰 (kg/m3) |
稠化粉 (kg/m3) |
砂 (kg/m3) |
水 (kg/m3) |
稠度 (mm) |
分層度 (mm) |
R28 (MPa) |
90d收縮 (mm/m) |
| JK-21 | 243 | 268 | 0 | 0 | 0 | 1216 | 243 | 97 | 13 | 9.7 | 1.757 |
| JK-22 | 213 | 0 | 206 | 0 | 51 | 1229 | 362 | 98 | 13 | 12.6 | 1.496 |
| JK-23 | 217 | 0 | 157 | 52 | 52 | 1252 | 341 | 100 | 10 | 17.6 | 1.166 |
| JK-24 | 221 | 0 | 108 | 106 | 54 | 1279 | 333 | 97 | 15 | 21.6 | 1.259 |
| JK-25 | 223 | 0 | 53 | 162 | 56 | 1287 | 333 | 97 | 15 | 23.3 | 1.340 |
| JK-26 | 222 | 0 | 0 | 215 | 57 | 1284 | 336 | 98 | 11 | 24.0 | 1.035 |
試驗(yàn)表明，粉煤灰砂漿強(qiáng)度都明顯大于混合砂漿，收縮值則降低了15%左右。摻加高鈣灰后，砂漿強(qiáng)度隨高鈣灰替代低鈣灰比例的增加而增加，與此同時，收縮值隨之遞減。因此，可以利用高鈣灰的活性提高砂漿強(qiáng)度，減少收縮。
2.2.3不同品種商品粉煤灰對砂漿性能的影響
本文以上海地區(qū)不同品種的商品粉煤灰，以兩個固定摻量進(jìn)行了對比試驗(yàn)，試驗(yàn)結(jié)果見表5。
表5不同品種商品粉煤灰對砂漿性能的影響
編號 |
水泥 kg/m3 |
粉煤灰品種 |
粉煤灰 kg/m3 |
稠化粉 kg/m3 |
砂 kg/m3 |
水 kg/m3 |
R28 (MPa) |
90d收縮 (mm/m) |
| JK- 71 | 229 | 高低鈣復(fù)合灰 | 100 | 53 | 1314 | 364． | 15.8 | 1.07 |
| JK-72 | 205 | 高低鈣復(fù)合灰 | 205 | 53 | 1256 | 335 | 21 | 0.931 |
| JK-73 | 229 | 高鈣灰 | 100 | 53 | 1315 | 350 | 15.5 | 0.844 |
| JK-74 | 208 | 高鈣灰 | 208 | 52 | 1274 | 329 | 18.9 | 0.823 |
| JK-75 | 229 | 低鈣Ⅱ級灰 | 100 | 53 | 1319 | 358 | 13.9 | 1.093 |
| JK-76 | 209 | 低鈣Ⅱ級灰 | 209 | 52 | 1279 | 331 | 16.7 | 0.962 |
| JK-77 | 227 | 低鈣Ⅲ級灰 | 99 | 53 | 1307 | 355 | 14.2 | 1.096 |
| JK-78 | 200 | 低鈣Ⅲ級灰 | 200 | 50 | 1225 | 354． | 14.5 | 1.167 |
2.2.4粉煤灰干粉砂漿物理力學(xué)性能和耐久性試驗(yàn)
目前，粉煤灰干粉砂漿的原材料為水泥、粉煤灰、稠化粉、砂，粉煤灰干粉砂漿的物理力學(xué)性能和耐久性與原材料及其相互比例有關(guān)。以下以等水泥用量的粉煤灰干粉砂漿和傳統(tǒng)114混合砂漿進(jìn)行的主要物理力學(xué)性能及耐久性對比，試驗(yàn)結(jié)果見表6。
表6粉煤灰干粉砂漿與傳統(tǒng)砂漿性能比較
| 項(xiàng) 目 | 粉煤灰干粉抹灰砂漿 | 傳統(tǒng)抹灰砂漿 | |
配合比(kg/m3) |
水泥：稠化粉：粉煤灰：砂：水 300：40：116：1400：279 |
水泥：石灰膏：砂：水 320：320：1280：180 |
|
| 稠度(mm) | 105 | 101 | |
| 分層度(mm) | 18 | 14 | |
| 密度(kg/m3) | 2140 | 2100 | |
| 28d強(qiáng)度(MPa) | 28.7 | 17.1 | |
| 90d強(qiáng)度(MPa) | 39.9 | 20.2 | |
| 飽水強(qiáng)度(MPa) | 29.9 | 16.5 | |
| 粘結(jié)強(qiáng)度(MPa) | 0.272 | 0.133 | |
| 抗?jié)B性(MPa) | 0.60 | 0.40 | |
| 收縮(‰) | 0.75 | 0.83 | |
抗凍性 |
強(qiáng)度損失(％) | 0 | 3.3 |
| 質(zhì)量損失(％) | 0.3 | 12.8 | |
試驗(yàn)表明，粉煤灰干粉砂漿的各項(xiàng)物理力學(xué)和耐久性指標(biāo)均優(yōu)于傳統(tǒng)砂漿。粉煤灰干粉砂漿的長期強(qiáng)度發(fā)展穩(wěn)定，粘結(jié)強(qiáng)度高，抗?jié)B性好、耐久性優(yōu)良。
2.2.5粉煤灰干粉砂漿砌體力學(xué)性能試驗(yàn)
砌體力學(xué)性能指標(biāo)主要有：軸心抗壓強(qiáng)度、通縫抗剪強(qiáng)度，其中砂漿對砌體通縫抗剪強(qiáng)度影響最大。而砌體試驗(yàn)是國家強(qiáng)制性規(guī)范要求的必須試驗(yàn)項(xiàng)目。粉煤灰干粉砂漿砌體力學(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果見表7。
表7 MU20燒結(jié)普通磚、M15粉煤灰干粉砂漿砌筑的砌體力學(xué)性能
項(xiàng) 目 |
試驗(yàn)值 | GBJ50003-2001 技術(shù)要求 |
|||||
| 平均值 MPa |
標(biāo)準(zhǔn)離差 MPa |
變異系數(shù) ％ |
標(biāo)準(zhǔn)值 MPa |
設(shè)計(jì)值 MPa |
標(biāo)準(zhǔn)值 MPa |
設(shè)計(jì)值 MPa |
|
| 軸心抗壓 | 12.6 | 1.04 | 8.3 | 10.9 | 6.81 | 5.15 | 3.22 |
| 通縫抗剪 | 0.808 | 0.125 | 15.5 | 0.602 | 0.376 | 0.27 | 0.17 |
備注：砂漿實(shí)際強(qiáng)度為19.0Mpa，底模為燒結(jié)普通磚。
試驗(yàn)表明，通縫抗剪強(qiáng)度為規(guī)范要求值的221%，軸心抗壓強(qiáng)度為規(guī)范要求的211%，說明粉煤灰干粉砂漿與磚粘結(jié)牢固，粉煤灰干粉砂漿砌筑的燒結(jié)普通磚砌體滿足力學(xué)性能的《砌體結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)規(guī)范》((3BJ50003—2001)的要求。
3工程應(yīng)用
1998年上海開始商品砂漿研究。到2004年6月，已建了10多條干粉砂漿生產(chǎn)線，產(chǎn)品全部摻加了粉煤灰。產(chǎn)品應(yīng)用于市委黨校、五洲大廈、梅川二街坊商場和冠生圓科技大廈等工程，效果良好。
4 結(jié)論
4.1利用粉煤灰資源生產(chǎn)商品砂漿是工業(yè)廢渣綜合利用的新途徑。
4.2用低鈣Ⅱ級粉煤灰配制的干粉砂漿的物理力學(xué)性能和耐久性指標(biāo)均優(yōu)于傳統(tǒng)砂漿，粉煤灰干粉砂漿的長期強(qiáng)度發(fā)展穩(wěn)定，粘結(jié)強(qiáng)度高，抗?jié)B性好、耐久性優(yōu)異，砌體力學(xué)性能優(yōu)良。
4.3用低鈣Ⅱ級粉煤灰配制的干粉砂漿經(jīng)大量工程使用，實(shí)際效果良好。
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