粉煤灰與礦粉對保溫砂漿性能影響的復合作用

　　摘要：本文通過對在聚苯乙烯顆粒保溫砂漿中復摻礦粉與粉煤灰的試驗研究，建立強度與容重之間的關(guān)系，尋找出保溫與強度相對較好的砂漿配比。保溫砂漿強度增加時，其密實性較好，容重也就增加，但砂漿保溫性能往往會隨之下降。因此，如何平衡砂漿強度與容重之間的關(guān)系，尋找出既能提高砂漿的強度又不影響其保溫性能的最佳砂漿配比，并分析論證其粉煤灰與礦渣對砂漿影響的綜合作用機理是這篇論文要解決的關(guān)鍵問題。結(jié)果表明：隨著粉煤灰與礦粉摻量的增加，保溫砂漿早期強度下降，后期強度增長較快，但在礦粉摻量為20%,粉煤灰摻量在30%時，保溫砂漿出現(xiàn)強度相對較高，容重相對較低的情況，這即是我們要找的最優(yōu)摻量。

　　關(guān)鍵詞：保溫砂漿，礦粉，粉煤灰，強度，容重

　　1引言

　　商品砂漿因其具有許多獨特的優(yōu)點，近年來在中國得到了迅速發(fā)展。保溫砂漿是商品砂漿的一個重要類型。隨著建筑節(jié)能要求的不斷提高，保溫砂漿近年來發(fā)展較快。

　　對保溫砂漿來說，保溫性能與容重有著密切的關(guān)系。一般來說，容重越低，保溫性能越好。但是，容重降低也會導致強度的降低。如何平衡容重與強度的矛盾，是配制保溫砂漿的關(guān)鍵問題。

　　粉煤灰是從燃燒的電廠煙囪收集下來的一種工業(yè)廢棄物，礦粉是冶煉鐵礦石時產(chǎn)生的一種工業(yè)廢棄物，這些都是最常用的摻合料，今年來已被廣泛應(yīng)用于混凝土和普通砂漿的生產(chǎn)，起到了改善水泥基材料的綜合性能、降低生產(chǎn)成本和減輕環(huán)境負荷的作用。它也將對強度和容重產(chǎn)生較大的影響。伊立 [1]認為粉煤灰復合保溫砂漿既具高強度、耐久性好、容重輕、粘結(jié)強度高等優(yōu)良性能， 同時又能達到隔熱保溫作用。本章將通過試驗建立強度與容重的關(guān)系，尋找出最合適的粉煤灰和礦粉摻量。

　　2實驗原材料

　　1.水泥：   實驗所用水泥是32.5強度等級的普通硅酸鹽水泥。

　　2.粉煤灰： 取自開封電廠的Ⅲ級粉煤灰。

　　3.礦粉：   取自北京首鋼的Ⅰ級礦粉。

　　4.泡沫球： 原粒發(fā)泡顆粒，粒徑小于5mm.

　　3試驗方法

　　3.1配合比的確定采用水膠比1:2,膠材用量為500kg/m3泡沫球，粉煤灰、礦粉兩種摻和料替代水泥的質(zhì)量百分比分別為0%、10%、20%、30%、40%、50%.

　　3.2 砂漿制備和測試先將準確稱量的原材料混合均勻，然后參照GB/T17671-1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》成型，24小時拆模，隨即放入標準養(yǎng)護箱中養(yǎng)護，至3天、7天、28天、90天，測定保溫砂漿各齡期的抗折強度及抗壓強度，28天容重測定是將試件養(yǎng)護24天后從養(yǎng)護箱中取出浸水4天后將表面用濕布擦干，測得其濕容重，然后再烘干至衡重測得其干容重。

　　4結(jié)果與分析

　　4.1礦渣粉對保溫砂漿強度與容重的影響

　　1.  基本規(guī)律：

　?。?） 砂漿抗折、抗壓強度在前期（3d、7d）會隨著礦粉摻量的增加而整體呈下降趨勢，但在礦粉摻量為10%時有一極值點。

　　（2） 在后期（90d）砂漿強度迅速增長，且隨著礦粉摻量的增加砂漿強度先增加后降低。90d強度在礦粉摻量30%左右時強度達到最大值。

　　（3） 礦粉摻量對砂漿干、濕容重的影響不大，在30%時容重較低。

　　2. 結(jié)果分析：

　?。?）砂漿強度取決于泡沫球接觸點水泥漿的數(shù)量和性質(zhì)。水泥漿越多，接觸點越牢固；水泥漿強度越高，接觸點越牢固。

　?。?）前期（3d、7d）隨礦粉摻量增加，水泥漿數(shù)量增加，但水泥石強度降低，且后者的作用強于前者，所以砂漿強度隨礦粉摻量的增加而降低。其中7d強度在礦粉小摻量時有所增加，主要是因為礦粉顆粒與水泥顆粒級配較好，因此密實性較好，這也與礦粉摻量為10%時容重上升相呼應(yīng)。

　?。?）后期（90d）礦粉活性被激發(fā)出來，水泥水化釋放出的氫氧化鈣成為礦渣成分的堿性激發(fā)劑，并與礦渣中的活性組分相互作用，繼續(xù)生成水化硅酸鈣、水化硫鋁酸鈣或水化硫鐵酸鈣，促進礦渣與水泥的繼續(xù)水化，且在摻量為30%時，釋放的氫氧化鈣量剛好能與礦渣中的活性組分相當，礦渣粉水化相對完全，使得強度最高。

　?。?）盡管水泥漿體積增加，但重量不增加。而且這些水泥漿都填充在泡沫球的空隙中，不產(chǎn)生總的體積增加。因此，礦粉對砂漿容重影響不大。

　　4.2.2粉煤灰對保溫砂漿強度與容重的影響 1. 基本規(guī)律：由圖4-4,4-5,4-6可見，與礦粉有相似的規(guī)律。

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　　4.2.3礦渣粉煤灰復合的優(yōu)勢互補效應(yīng) 1. 固定水泥用量

　　單摻礦渣粉與單摻粉煤灰的保溫砂漿相比，兩者還存在一些差異，主要表現(xiàn)在：

　　礦渣粉的活性較高，因此摻礦渣粉的保溫砂漿雖然早期強度較低，但是后期能夠較快增長，后期強度甚至超過普通硅酸鹽水泥保溫砂漿。粉煤灰與礦渣相比，由于粉煤灰的玻璃體鈣含量較低，玻璃體中硅含量較高，[SiO₄]^4-多以高聚體為主，因此粉煤灰中的玻璃體解體較困難，在水泥水化形成的惡性環(huán)境下解體速度很慢，隨粉煤灰摻量的增加，保溫砂漿早期強度降低幅度很大，但是后期強度（（28d以后）卻能有所增長。

　　選取礦渣和粉煤灰以不同比例復合，希望能夠通過兩者性能上的差異，彌補各自的缺陷，獲得較好的砂漿性能，即達到優(yōu)勢互補的效果。復合礦渣粉煤灰的保溫砂漿的強度能否超過單摻的強度，是評判復摻時能否表現(xiàn)出優(yōu)勢互補效應(yīng)的主要指標。

　　圖4-7是保持水膠比為0.5,水泥摻量為300g,粉煤灰、礦粉總摻量40%時復摻的強度結(jié)果。由圖4-7清晰可見，由28d和 90d水化齡期時砂漿D22、D13的強度超過單摻礦粉保溫砂漿D40和單摻粉煤灰保溫砂漿D04,可以認為在礦渣、粉煤灰總摻量為40%時，礦渣與粉煤灰復合確實能產(chǎn)生優(yōu)勢互補效應(yīng)。

　　諸多研究者對于復合水泥出現(xiàn)優(yōu)勢互補效應(yīng)這一事實已得到了承認，但是對于優(yōu)勢互補效應(yīng)產(chǎn)生的機理和條件，卻缺乏深入的研究探討。

　　由于水泥中的細顆粒中不僅有熟料顆粒，還有礦渣和粉煤灰顆粒，它們的活性不同，水化速率也不同，在水泥水化過程中可以作為活性成分增加水化產(chǎn)物形成量，或作為活性微集料減少大孔數(shù)和降低孔隙率，以此對強度的提高作出貢獻。

　　4.2.4正交試驗本實驗試件尺寸為40mm×40mm×160mm,水膠比為0.5.為考察復摻粉煤灰、礦渣粉對保溫砂漿抗折強度、抗壓強度及容重的影響，尋求最佳配合比，進行正交實驗。依據(jù)正交實驗數(shù)據(jù)處理理論，將粉煤灰、礦渣粉作為兩個因素，設(shè)計了二因素三水平正交實驗，其中因素均為替代水泥質(zhì)量百分比。

　　1. 90天強度分析

　　90天正交試驗結(jié)果：對于90天抗折強度，按極差大小順序排出因素的主次順序為：

　　主→次 B,A,A×B.從表中可見最好的搭配是B1A1,其次是B2A3,B2A2.

　　對于90天抗壓強度，按極差大小順序排出因素的主次順序為：

　　主→次 B,A,A×B.從表中可見最好的搭配是B2A3,其次是B2A1,B3A2.

　　2. 容重分析

　　容重試驗結(jié)果見下表4-8.

　　對于濕容重，按極差大小順序排出因素的主次順序為：

　　主→次 A×B,A,B.從表中可見最好的搭配是A2B3,其次是A3B1,A3B2.

　　對于干容重，按極差大小順序排出因素的主次順序為：

　　主→次 A×B,A,B.從表中可見最好的搭配是A2B2,其次是A3B1,A3B2.極差R的大小用來衡量試驗中相應(yīng)因素作用的大小。極差大的因素，說明它的三個水平對考核指標所造成的差別大，通常是重要因素，而極差小的因素，則往往是不重要的因素。本實驗中，因素的主次順序?qū)拐蹚姸燃翱箟簭姸榷紴锽﹥A.上述關(guān)系從趨勢圖4-10中也能反映出來。B因素波動的范圍大，即為主要因素。 強度最高的組合為A2B2,容重最低的組合為A2B2.由直接看和計算得出的上述四種組合條件考慮因素的主次作用，用"綜合平衡法"最優(yōu)的組合條件為A2B2,即A=30%,B=20%.

　　5結(jié)論論文研究目的在于根據(jù)保溫砂漿應(yīng)用的需要，對礦渣粉、粉煤灰保溫砂漿各齡期強度與容重的研究，為摻礦渣砂漿在工程中的應(yīng)用確定所需的相關(guān)參數(shù)，通過實驗及數(shù)據(jù)分析，其主要研究結(jié)論如下：

　?。?）礦渣粉的摻入使得保溫砂漿強度在前期降低，直到后期才有所增長，趕上甚至超過不摻礦渣的水泥砂漿。

　?。?）礦粉摻量對砂漿干、濕容重的影響不大。

　?。?）粉煤灰摻入時與摻入礦粉規(guī)律相似，但其強度不及摻入礦粉的保溫砂漿。

　　（4）粉煤灰對砂漿容重影響不大。

　　（5）礦渣粉、粉煤灰復摻對保溫砂漿強度存在優(yōu)勢互補效應(yīng)。

　?。?）通過正交試驗，確定了新研制的復摻礦渣粉和粉煤灰的保溫砂漿90天其優(yōu)化的摻量分別為：礦粉20%、粉煤灰30%.使膠凝材料的各級配、活性的激發(fā)最優(yōu)，從而能使保溫砂漿的強度與容重達到最佳。

　　（7）復摻礦物摻合料的保溫砂漿不僅具有較好的強度，而且市場經(jīng)濟性也很顯著。

　　參考文獻

　　[1] 伊立。高性能粉煤灰復合保溫砂漿的研制[J].粉煤灰，2002（4）：12-15.

　　[2]楊紹林。建筑砂漿實用手冊[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003.

　　[3]黃為民，強衛(wèi) .粉煤灰摻量對商品砂漿性能的影響[J].華東地區(qū)第十四次混凝土技術(shù)學術(shù)交流會論文集[C],2004,5.