粉煤灰对砂浆流变性和强度的影响研究

陈瑞军

(唐山学院 环境与化学工程系,河北 唐山 063000)

在过去的数十年里，研究人员做了大量关于粉煤灰砂浆方面的应用研究，从多方面研究了粉煤灰对砂浆性能的影响因素，但对于较为劣质的Ⅲ级粉煤灰在砂浆中的应用研究相对较少。本文旨在通过正交试验将Ⅲ级粉煤灰应用到砂浆中去，旨在提高Ⅲ级粉煤灰的利用率。

1 试验

1.1 实验原料与主要实验设备

1.1.1 主要实验原料

水泥：水泥采用唐山冀东水泥厂生产的P32.5水泥，烧失量4.42%，含水率0.51%。粉煤灰：所用粉煤灰为Ⅲ级粉煤灰，过0.074mm号筛，筛余率为14.1%，烧失量1.77，含水率0.58%。

骨料：骨料所用砂为天然砂，细度模数为2.95，含水率为1.64%，最大粒径不超过5mm。

外加剂：减水剂采用聚羧酸减水剂，其掺加量为胶凝材料总量的0.9%，碱激发剂采用NaOH，其掺加量为粉煤灰掺加量的2.0%。水：采用实验室自来水。

1.1.2 实验设备及仪器

SRJX-4-13标准恒温恒湿养护箱；AL204电子天平；TYB-300D型全自动抗折抗压恒应力试验机；SC145砂浆稠度仪；砂浆分层度仪(河北科联公路仪器)。

1.2 设计正交试验方案

表1 L9=(34)因素水平表

以水胶比、砂胶比、粉煤灰掺量为因素变量，每个因素设置3个水平，并以砂浆稠度，砂浆分层度，7d砂浆抗压强度为指标，设计L9=(34)正交试验表[1]，其中胶凝材料为固定值，各掺量均是占胶凝量的质量分数，正交试验设计的因素-水平表见表1所示。

各组原料的用量见表2。

表2 原材料用量

1.3 试验方法

砂浆稠度与分层度是通过砂浆稠度仪和砂浆分层度仪来测定，并依据《建筑砂浆基本性能试验方法》中的相关要求进行[2]。砂浆抗压强度是通过人工拌制砂浆，用全铸铁砂浆试模(70.7mm×70.7mm×70.7mm)成型试件，并将试模放置于室温为(20±5)℃下，24 h左右时对试件拆模、标号，并用保鲜膜包裹养护7d，用实验室全自动抗折抗压恒应力试验机测定试块的抗压强度。

2 实验结果与讨论

实验结果如下表3所示。

表3 L9=(34)正交表及实验结果

通过实验进行的极差的分析发现：影响砂浆的流动性的因素影响先后顺序为：水胶比>砂胶比>粉煤灰掺量，最优方案为A1B3C2；影响砂浆保水性的因素影响先后顺序为：砂胶比>水胶比>粉煤灰掺量，最优方案为A2B3C2；影响砂浆强度的因素影响先后顺序为：粉煤灰掺量>砂胶比>水胶比，最优方案为A3B3C2。为了设计出三个指标性能的都较好的配料方案，现分析各因素对砂浆性能的影响如下：

水胶比对砂浆性能的影响：水胶比是影响砂浆流动性的主要因素，随着水胶比的逐渐增大，砂浆的流动性越来越大，砂浆的保水性逐渐变好。但水胶比过大，会导致砂浆流动度过高，超出使用稠度，因此需控制水胶比不宜过大[3]。

砂胶比对砂浆性能的影响：随着砂胶比的增大，砂浆流动度逐渐变小；砂浆分层度先增大后减小。主要是由于当砂占主要成分时，胶凝材料占比持续减少，由于包裹的水泥浆总量一定，砂含量不断增大，比表面积不断增大，水分不足，导致颗粒间粘度增大，砂浆稠度降低，当砂胶比为2.65时，胶凝材料占比较少，无法填充大颗粒之间的空隙，因此砂浆的和易性会变差。砂浆强度随着砂胶比的增加，强度有所提高，主要由于砂胶比比较小时，砂中的粗颗粒起骨架作用，因此使砂浆的强度有所提高。

粉煤灰掺量对砂浆性能的影响：与基准组实验结果对比，用适量的粉煤灰替代水泥后，砂浆的流动性有所提高，这是由于粉煤灰与水泥相比较，粉煤灰多数为球状，有利于减小颗粒间的阻力[4]。砂浆的分层度略小于基准组，原因是粉煤灰粒径小于水泥粒径，可以填充更小的空隙，使水分不易流失，由此可见，粉煤灰可以提高砂浆的保水性。粉煤灰掺量是影响砂浆抗压强度的主要因素，砂浆的抗压强度随着粉煤灰掺加量的增加会先增高后降低，当粉煤灰掺量为35%，砂浆强度普遍低于基准组，这是由于7d时粉煤灰活性未得到完全激发而激发剂掺量略低导致的，且由于Ⅲ级粉煤灰较为稀碎，质量差，也对砂浆强度造成了一定的影响。当粉煤灰掺加量为25%时，砂浆强度略高于基准砂浆强度，掺量为25%是粉煤灰的最合适掺加量。

综合上述：从流动性方面考虑，水胶比不宜过大，可以看出0.55为最合适水胶比；粉煤灰掺量对强度影响较大，通过结果可知，其最适宜掺加量为25%；砂胶比对砂浆性能的影响均为次要因素，且实验结果显示，砂胶比为2.65时，均为各指标的最优方案。故此，确定最优方案为A1B3C2。

对A1B3C2配料方案又进行砂浆各项性能测试实验，测得其砂浆稠度、分层度和抗压强度分别为75mm、14mm和18.5MPa，砂浆稠度和分层度值均符合砂浆设计要求，且砂浆抗压强度明显优于其他组试块强度。

3 结论

(1)水胶比和砂胶比是影响砂浆流动性的主要因素，可以改变水胶比来控制砂浆的流动性，水胶比在合适范围内变动，不会对强度造成太大影响。

(2)合理掺量的粉煤灰应用到砂浆中可以显著提高砂浆强度。当水胶比、砂胶比和粉煤灰掺量分别为0.55、2.65和25%时制备的砂浆，具有流动性好，保水性好，抗压强度高等优良特性。