粉煤灰对干混砂浆的性能影响研究综述及展望

刘立国 蓝如海 杨日天 黄冰梅 陈祥花

（1.广西农业职业技术大学，广西 南宁 530007；2.广西昊网电力工程有限公司，广西 南宁 530023；3.中国能源建设集团广西电力设计研究院有限公司，广西 南宁 530007）

1 国外对于粉煤灰的应用研究

西方国家针对粉煤灰的研究始于欧洲第一次和第二次工业革命爆发后。重工业的发展带来了严重的城市废气、粉尘污染现象。1935 年，美国学者R.E.David 对粉煤灰混凝土进行了一系列研究和探讨，在国际能源大会上发表了粉煤灰混凝土研究报告并获得了多数专家学者的认可。1942 年，Hoover 在大坝的修补工程中掺入粉煤灰，目的是提升坝体的耐久性。1980 年以后，粉煤灰混凝土是世界混凝土技术发展新的风向标。澳大利亚、加拿大等国家的一些发电厂专门给相关的混凝土行业提供质量优良的粉煤灰并用作混凝土生产的第五种组分。1985 年，加拿大Malhota 等人在对大掺量粉煤灰混凝土的结构应用上进行研发，极大地提高了建筑结构的使用寿命。在大量试验研究的基础上，西方多数国家制定了粉煤灰的相关规范。

2 我国对于粉煤灰的应用研究

国内对于粉煤灰的研究主要针对粉煤灰在混凝土中的应用，相较于西方工业国家，我国最早从20 世纪50 年代开始，有国内专家学者陆续发表粉煤灰水泥混合材料的研究报告，有关企业部门研发了粉煤灰混凝土的技术规范，粉煤灰加入混凝土获得了良好的经济效益。在工程实例方面，三峡大坝的混凝土浇筑中添加大量粉煤灰，使得坝体的温升得到了良好的控制，也提高了坝体的抗渗性；荆岳长江大桥的承台部分在混凝土设计方面加入了大量粉煤灰，明显改善了承台的抗裂能力；福州地铁地下混凝土根据结构耐久性设计要求，针对地铁车站工程混凝土的力学性能和抗渗性能，采用了较高掺量的粉煤灰进行施工，并最终取得成功。近年来，我国投入了大量的人力、物力对粉煤灰进行了综合利用。

3 粉煤灰对砂浆性能影响的研究

在粉煤灰对砂浆性能影响的研究方面，张金才等以煤矸石底渣、粉煤灰、镁渣为原材料，生石灰和石膏为激发剂，通过简单研磨混料制备出了抗压强度为42.1MPa 的无机胶凝材料。胡明玉等将钒铁渣、矿渣粉、熟石灰、脱硫石膏、石灰石粉等通过正交试验优化配合比后制备了免烧砖固化剂，并利用其制备铜尾矿免烧砖，制备的免烧砖抗压强度和软化系数分别为22.3MPa和0.77。曾亮等利用钢渣粉、矿渣粉、磨细二水脱硫石膏粉和碱性激发剂制备的钢渣矿渣水泥，利用钢渣矿渣水泥制备的干混砌筑砂浆凝结时间、2h 稠度损失率、保水率和抗压强度均能满足《预拌砂浆》（GB/T 25181-2019）的相关要求。赵庆新等采用II 级粉煤灰替代水泥，其替代率为60%时，水胶比为0.53 的混凝土抗压强度降低了55%。崔正龙以C30 混凝土为研究对象，发现粉煤灰替代率为30%时，养护180d 时的贡献率达到最大，之后有所下降。由于粉煤灰的活性相对较差，许多工程师和学者采用粉煤灰和其他矿物掺合料复合掺入混凝土，以期达到多种掺合料复合的叠加效果。综上所述，在粉煤灰研究方面取得了丰硕的研究成果，但对广西常见粉煤灰的研究相对较少，且未明确各地区粉煤灰之间的差异性。

4 干混砂浆的技术性能

由于干混砂浆存在易泌水、粘聚性差、施工时间短、粘结力不足等问题，近些年来，粉煤灰的研究主要针对聚合物添加剂广泛应用于干混砂浆。保水增稠剂被广泛应用于干混砂浆，用于调节砂浆的稠度、保水性等，减少砂浆泌水及水分散失，提高砂浆的可操作性。其中，纤维素醚和淀粉醚是干混砂浆中最常见的保水增稠材料。研究表明，纤维素醚对砂浆具有较好的保水增稠作用，然而，由于纤维素醚还会产生引气效果，这将会增加硬化浆体的孔隙率，降低密实性，从而导致强度降低。淀粉醚对砂浆的增稠效果良好，且其无引气特性，但保持性能较差。黄莉红等认为，若适当将纤维素醚和淀粉醚配合使用，可达到二者优势互补的效果，产生较好的协同效应，是保水增稠材料研究发展的方向。此外，以蒙脱石为主体矿物的膨润土具有优异的吸水增稠、悬浮稳定性，不仅对砂浆有保水增稠作用，而且对提高砂浆的抗渗性能等也有帮助，具备作为预拌砂浆保水增稠矿物外加剂的潜力。何秀强等对纤维素醚、改性淀粉醚和钠基膨润土3 种保水增稠材料对再生细骨料干混砂浆性能的影响进行了研究。

为了响应国家绿色建材的号召，从提高废物再利用的角度出发，本文提出制作不同种类与掺量的粉煤灰砂浆试件与普通水泥砂浆试件做和易性、抗压强度、抗折强度等性能的对比试验，旨在满足砂浆强度、和易性等性能前提下确定最佳粉煤灰掺量，以达到节约资源、优化环境、节约建筑成本的目的。

5 粉煤灰对干混砂浆性能影响待解决的主要问题

（1）通过改变不同种类和掺量粉煤灰，分析其对干混砂浆的和易性、抗压强度、抗折强度等性能的影响。

（2）通过对传统普通砂浆与不同种类和掺量粉煤灰进行力学性能、工作性能试验的对比总结性能变化情况，分析粉煤灰的种类和掺量对干混砂浆性能的影响。

（3）通过对传统普通砂浆与不同种类和掺量粉煤灰进行材料单价对比，在满足干混砂浆和易性、强度的基础上总结出采用不同掺量粉煤灰砂浆的经济效益。

6 一定比例掺量的粉煤灰替换水泥试验技术路线

（1）采集不同种类的粉煤灰，固定水胶比为0.5，将水泥、水、标准砂、一定比例掺量的粉煤灰替换水泥，为保证水胶比，在必要情况下添加一定量减水剂。依据《建筑砂浆基本性能试验方法》（JGJ/T 70-2009）对新拌砂浆进行稠度、分层度试验，记录试验数据。

（2）制作尺寸为70.7mm×70.7mm×70.7mm的砂浆标准立方体试块，并在20±2℃、湿度不低于90%的条件下进行28d 养护；同时，制作尺寸为40mm×40mm×160mm 的砂浆标准长方体试块，并将试模放入养护室20～24h 后脱模放入养护水温为20±1℃的水槽养护28d。

（3）将干混砂浆试件分组：普通干混砂浆、C 类I 级粉煤灰干混砂浆、C 类II 级粉煤灰干混砂浆、C 类III 级粉煤灰干混砂浆、F 类粉煤灰干混砂浆。依据《普通混凝土力学性能试验方法标准》（GB/T 50081-2002）的试验方法对试件进行抗压和抗折力学性能测试。试验过程中仔细观察试验现象，并将试验采集到的数据记录在相应的试验报告册，由小组成员及时进行数据处理，总结强度变化规律。

（4）将普通干混砂浆试件与不同种类的粉煤灰试件进行对比，整理分析试验数据，对比出各种粉煤灰对干混砂浆抗折强度、抗压强度性能的影响。将普通干混砂浆、同种类粉煤灰的不同掺量进行对比，整理分析试验数据，对比出各种粉煤灰对干混砂浆抗折强度、抗压强度性能的影响。

7 粉煤灰干混砂浆应用前景展望

粉煤灰的品质在全国范围内差别较大，不同地区发电站生产的粉煤灰的细度、化学成分不尽相同。为了使粉煤灰混凝土更好地应用于实际工程，除了对粉煤灰混凝土加强养护环境的控制外，粉煤灰掺量成为影响其早期强度和后期强度的关键因素之一。

（1）在现有传统干混砂浆的基础上添加不同种类和掺量的粉煤灰来改善干混砂浆性能，使其满足建筑对砂浆的工作性能要求。

（2）通过改变不同种类和掺量的粉煤灰研究干混砂浆的性能，测试干混砂浆一系列的力学性能，找出满足砂浆强度、和易性的粉煤灰掺率范围，选取其中较适合的粉煤灰掺率。

（3）通过改变不同种类和掺量的粉煤灰研究干混砂浆的性能，测定掺粉煤灰干混砂浆的后期强度，目的在于满足砂浆强度、和易性的同时能更高效地利用粉煤灰，实现资源再利用、节省建筑成本。

8 结语

国家统计局数据显示，2020 年我国水泥产量达到了23.77 亿t，其中水泥熟料产量达到15.79亿t，同比增长3.07%。粉煤灰作为工业废料，如果能被充分利用起来，将会带来巨大的经济效益和环境效益。通过理论和试验对广西本地的粉煤灰替换部分水泥进行多方面研究，采用不同种类和掺量的粉煤灰配置干混砂浆，研究其对干混砂浆的和易性、抗折强度、抗压强度、经济效益等方面的影响，从而为广西地区粉煤灰的使用提供参考价值，实现绿色环保、降低建筑成本、相应国家绿色低碳发展理念的目的。