陳瑞軍

(唐山學(xué)院 環(huán)境與化學(xué)工程系,河北 唐山 063000)

在過去的數(shù)十年里，研究人員做了大量關(guān)于粉煤灰砂漿方面的應(yīng)用研究，從多方面研究了粉煤灰對(duì)砂漿性能的影響因素，但對(duì)于較為劣質(zhì)的Ⅲ級(jí)粉煤灰在砂漿中的應(yīng)用研究相對(duì)較少。本文旨在通過正交試驗(yàn)將Ⅲ級(jí)粉煤灰應(yīng)用到砂漿中去，旨在提高Ⅲ級(jí)粉煤灰的利用率。

1 試驗(yàn)

1.1 實(shí)驗(yàn)原料與主要實(shí)驗(yàn)設(shè)備

1.1.1 主要實(shí)驗(yàn)原料

水泥：水泥采用唐山冀東水泥廠生產(chǎn)的P32.5水泥，燒失量4.42%，含水率0.51%。粉煤灰：所用粉煤灰為Ⅲ級(jí)粉煤灰，過0.074mm號(hào)篩，篩余率為14.1%，燒失量1.77，含水率0.58%。

骨料：骨料所用砂為天然砂，細(xì)度模數(shù)為2.95，含水率為1.64%，最大粒徑不超過5mm。

外加劑：減水劑采用聚羧酸減水劑，其摻加量為膠凝材料總量的0.9%，堿激發(fā)劑采用NaOH，其摻加量為粉煤灰摻加量的2.0%。水：采用實(shí)驗(yàn)室自來水。

1.1.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)備及儀器

SRJX-4-13標(biāo)準(zhǔn)恒溫恒濕養(yǎng)護(hù)箱；AL204電子天平；TYB-300D型全自動(dòng)抗折抗壓恒應(yīng)力試驗(yàn)機(jī)；SC145砂漿稠度儀；砂漿分層度儀(河北科聯(lián)公路儀器)。

1.2 設(shè)計(jì)正交試驗(yàn)方案

表1 L9=(34)因素水平表

以水膠比、砂膠比、粉煤灰摻量為因素變量，每個(gè)因素設(shè)置3個(gè)水平，并以砂漿稠度，砂漿分層度，7d砂漿抗壓強(qiáng)度為指標(biāo)，設(shè)計(jì)L9=(34)正交試驗(yàn)表[1]，其中膠凝材料為固定值，各摻量均是占膠凝量的質(zhì)量分?jǐn)?shù)，正交試驗(yàn)設(shè)計(jì)的因素-水平表見表1所示。

各組原料的用量見表2。

表2 原材料用量

1.3 試驗(yàn)方法

砂漿稠度與分層度是通過砂漿稠度儀和砂漿分層度儀來測(cè)定，并依據(jù)《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法》中的相關(guān)要求進(jìn)行[2]。砂漿抗壓強(qiáng)度是通過人工拌制砂漿，用全鑄鐵砂漿試模(70.7mm×70.7mm×70.7mm)成型試件，并將試模放置于室溫為(20±5)℃下，24 h左右時(shí)對(duì)試件拆模、標(biāo)號(hào)，并用保鮮膜包裹養(yǎng)護(hù)7d，用實(shí)驗(yàn)室全自動(dòng)抗折抗壓恒應(yīng)力試驗(yàn)機(jī)測(cè)定試塊的抗壓強(qiáng)度。

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與討論

實(shí)驗(yàn)結(jié)果如下表3所示。

表3 L9=(34)正交表及實(shí)驗(yàn)結(jié)果

通過實(shí)驗(yàn)進(jìn)行的極差的分析發(fā)現(xiàn)：影響砂漿的流動(dòng)性的因素影響先后順序?yàn)椋核z比>砂膠比>粉煤灰摻量，最優(yōu)方案為A1B3C2；影響砂漿保水性的因素影響先后順序?yàn)椋荷澳z比>水膠比>粉煤灰摻量，最優(yōu)方案為A2B3C2；影響砂漿強(qiáng)度的因素影響先后順序?yàn)椋悍勖夯覔搅?砂膠比>水膠比，最優(yōu)方案為A3B3C2。為了設(shè)計(jì)出三個(gè)指標(biāo)性能的都較好的配料方案，現(xiàn)分析各因素對(duì)砂漿性能的影響如下：

水膠比對(duì)砂漿性能的影響：水膠比是影響砂漿流動(dòng)性的主要因素，隨著水膠比的逐漸增大，砂漿的流動(dòng)性越來越大，砂漿的保水性逐漸變好。但水膠比過大，會(huì)導(dǎo)致砂漿流動(dòng)度過高，超出使用稠度，因此需控制水膠比不宜過大[3]。

砂膠比對(duì)砂漿性能的影響：隨著砂膠比的增大，砂漿流動(dòng)度逐漸變?。簧皾{分層度先增大后減小。主要是由于當(dāng)砂占主要成分時(shí)，膠凝材料占比持續(xù)減少，由于包裹的水泥漿總量一定，砂含量不斷增大，比表面積不斷增大，水分不足，導(dǎo)致顆粒間粘度增大，砂漿稠度降低，當(dāng)砂膠比為2.65時(shí)，膠凝材料占比較少，無法填充大顆粒之間的空隙，因此砂漿的和易性會(huì)變差。砂漿強(qiáng)度隨著砂膠比的增加，強(qiáng)度有所提高，主要由于砂膠比比較小時(shí)，砂中的粗顆粒起骨架作用，因此使砂漿的強(qiáng)度有所提高。

粉煤灰摻量對(duì)砂漿性能的影響：與基準(zhǔn)組實(shí)驗(yàn)結(jié)果對(duì)比，用適量的粉煤灰替代水泥后，砂漿的流動(dòng)性有所提高，這是由于粉煤灰與水泥相比較，粉煤灰多數(shù)為球狀，有利于減小顆粒間的阻力[4]。砂漿的分層度略小于基準(zhǔn)組，原因是粉煤灰粒徑小于水泥粒徑，可以填充更小的空隙，使水分不易流失，由此可見，粉煤灰可以提高砂漿的保水性。粉煤灰摻量是影響砂漿抗壓強(qiáng)度的主要因素，砂漿的抗壓強(qiáng)度隨著粉煤灰摻加量的增加會(huì)先增高后降低，當(dāng)粉煤灰摻量為35%，砂漿強(qiáng)度普遍低于基準(zhǔn)組，這是由于7d時(shí)粉煤灰活性未得到完全激發(fā)而激發(fā)劑摻量略低導(dǎo)致的，且由于Ⅲ級(jí)粉煤灰較為稀碎，質(zhì)量差，也對(duì)砂漿強(qiáng)度造成了一定的影響。當(dāng)粉煤灰摻加量為25%時(shí)，砂漿強(qiáng)度略高于基準(zhǔn)砂漿強(qiáng)度，摻量為25%是粉煤灰的最合適摻加量。

綜合上述：從流動(dòng)性方面考慮，水膠比不宜過大，可以看出0.55為最合適水膠比；粉煤灰摻量對(duì)強(qiáng)度影響較大，通過結(jié)果可知，其最適宜摻加量為25%；砂膠比對(duì)砂漿性能的影響均為次要因素，且實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，砂膠比為2.65時(shí)，均為各指標(biāo)的最優(yōu)方案。故此，確定最優(yōu)方案為A1B3C2。

對(duì)A1B3C2配料方案又進(jìn)行砂漿各項(xiàng)性能測(cè)試實(shí)驗(yàn)，測(cè)得其砂漿稠度、分層度和抗壓強(qiáng)度分別為75mm、14mm和18.5MPa，砂漿稠度和分層度值均符合砂漿設(shè)計(jì)要求，且砂漿抗壓強(qiáng)度明顯優(yōu)于其他組試塊強(qiáng)度。

3 結(jié)論

(1)水膠比和砂膠比是影響砂漿流動(dòng)性的主要因素，可以改變水膠比來控制砂漿的流動(dòng)性，水膠比在合適范圍內(nèi)變動(dòng)，不會(huì)對(duì)強(qiáng)度造成太大影響。

(2)合理摻量的粉煤灰應(yīng)用到砂漿中可以顯著提高砂漿強(qiáng)度。當(dāng)水膠比、砂膠比和粉煤灰摻量分別為0.55、2.65和25%時(shí)制備的砂漿，具有流動(dòng)性好，保水性好，抗壓強(qiáng)度高等優(yōu)良特性。