水泥粉煤灰砂浆应用研究

陶建红，李 权

(1.平煤神马建工集团有限公司土建处，河南平顶山467000;2.平顶山市地质工程处，河南 平顶山467000)

建筑砂浆作为一种量大而面广的建筑材料，广泛应用于建筑物的重要部位。多年来一直使用水泥砂浆或水泥石灰混合砌筑砂浆。混合砂浆中石灰膏含水呈膏状，难以实现重量计量，而且石灰膏质量不稳定，纯水泥砂浆缺乏保水增稠材料，显得操作性差、易结硬，现场为改善和易性往往多放水泥，使砂浆质量波动大。砌筑砂浆强度波动大，影响了整个工程质量。在水泥砂浆中掺入一定量的粉煤灰替代石灰膏或部分水泥，可使新拌砂浆在施工过程中具有一定的黏聚力，不产生分层沁水现象，显著改善砂浆的物理性能，对硬化砂浆的力学性能也产生一定的影响。开展水泥粉煤灰砂浆的研究与应用可以节约资源，使粉煤灰变废为宝，使建筑砂浆也成为一种绿色建材。

1 水泥粉煤灰砂浆的试验研究

粉煤灰是一种火山灰质材料，与水泥的水化产物可发生二次水化，具有一定的活性。粉煤灰作为活性掺料加入砂浆中，可以取代石灰膏和部分水泥，改善砂浆的和易性和强度。

根据JGJ/T70－2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》的要求，从砌筑砂浆的原材料、拌合物性能和成型后强度三方面对水泥粉煤灰砂浆进行了研究，并对水泥粉煤灰砂浆和普通混合砂浆进行了比较。

1.1 原材料的选择

(1)水泥:水泥的品种和成分不同，直接影响砂浆的性能和强度。本文采用大地32.5级复合硅酸盐水泥，其物理性能指标如表1所示。

(2)砂子:沙河的河砂，其物理性能指标如表2所示。筛分析如表3所示。由筛余结果计算得出砂的细度模数为2.4，属于中砂Ⅱ区。

(3)水:普通饮用水。

(4)粉煤灰:姚孟电厂Ⅱ级粉煤灰，其物理性能指标如表4所示。

1.2 正交设计法设计安排试验

根据砂浆配合比设计的经验及相关标准规程的规定，对水泥粉煤灰砂浆配合比进行了研究与试配。运用正交设计法安排试验，运用画趋势图的方法分析正交设计试验的结果，综合大量的试验数据，找出影响砂浆强度的主要因素，并确定粉煤灰的最佳掺量。

表1 水泥物理性能指标

表2 砂物理性能指标

表3 砂筛分析

表4 粉煤灰物理性能指标 %

本次试验考虑3种胶凝材料用量、3种粉煤灰的掺量、3种用水量，采用三因素三水平正交设计法(见表5)，采用L9(34)正交试验表，只需做9次试验。利用正交设计法对水泥粉煤灰砂浆配合比进行设计，水泥粉煤灰砂浆配合比试验结果如表6所示。

表5 因素水平表

表6 正交试验及结果

表7 水泥粉煤灰砂浆试验配合比

1.3 试验结果

试验结果如表8、表9所示。

表8 7 d强度结果

表9 28 d强度结果

1.4 趋势图

以表8和表9中K值为纵坐标，分别以胶凝材料、粉煤灰掺量和用水量为横坐标，画出胶凝材料、粉煤灰掺量和用水量的趋势图(见图1、图2、图3)。

2 研究结论

(1)由图1～图3可以看出，胶凝材料越多砂浆强度越高，随着粉煤灰掺量和用水量的增加，强度呈下降趋势。由强度结果中R值的大小可以看出，影响砂浆强度的主要因素是胶凝材料用量和用水量，粉煤灰掺量的R值较小，对砂浆强度的影响不大。

图1 胶凝材料影响强度和变化趋势图

图2 粉煤灰掺量影响强度和变化趋势图

(2)通过水泥粉煤灰砂浆试验配合比表可以看出，以上试配胶凝材料为230 kg/m3时强度均在5.0 MPa以上、胶凝材料为270 kg/m3时强度均在7.5 MPa以上、胶凝材料为300 kg/m3时强度均在10 MPa以上，满足要求。同时当用水量为290 kg/m3时，试配的强度均达到了砂浆强度的配置不低于强度等级值1.20倍的标准。

(3)通过水泥粉煤灰砂浆试验配合比表可以看出，此次试验水泥粉煤灰砂浆的稠度在60～90 mm之间，满足施工的需要。

水泥粉煤灰的成功配置，从经济角度来讲，节约了砂浆的水泥用量，有效地利用了废弃物粉煤灰，降低了成本，同时有利于环境的改善。粉煤灰砂浆推广应用后，不但可以节约原材料的直接成本，使粉煤灰得到再利用，同时可以提高工人的工作效率，节约人工费及工期。可以预见，一旦水泥粉煤灰砂浆推广应用，其经济效益和社会效益将是巨大的。

图3 用水量影响强度和变化趋势图

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