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粉煤灰在砂浆中的应用

1 粉煤灰在建筑砂浆中的应用
    建筑砂浆是一种量大面广的建筑材料。砂浆中石灰膏含水50%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，抹灰层开裂、渗漏现象屡见不鲜，影响了整个工程质量。目前，上海市工程建设都使用商品混凝土，施工现场文明施工、标化管理要求严格，现场使用干排粉煤灰须配置筒仓，使用湿灰则含水率受天气影响大，影响现场施工环境，上海地区粉煤灰在砂浆中应用逐步减少。随着住宅产业化的发展，建筑砂浆采取工业化生产，确保砂浆质量，从材性上稳定砂浆质量，消除抹灰层渗漏裂也就迫在眉睫，势在必行。
2 商品砂浆研究与应用
2.1商品砂浆配合比试验方法和试验用原材料
    商品砂浆分为干粉砂浆和预拌砂浆两大类。干粉砂浆的主要原材料为水泥、稠化粉、粉煤灰和经烘干处理的砂。预拌砂浆的主要原材料为水泥、稠化粉、粉煤灰、经筛分处理的砂、缓凝剂和水。
由于商品砂浆原材料中水泥、稠化粉、粉煤灰和砂均为固体，缓凝剂和水为液体，取消了含水率经常波动难以实现质量计量的传统保水材料——石灰膏。因此，商品砂浆配合比设计可如同混凝土配合比设计实现科学合理的绝对体积法计量，并以质量来表示。
2.1.1试验用原材料
2.1.1.1水泥：425矿渣水泥（上海水泥厂生产）
                    表1  水泥物理性质
项目
测试值
抗折强度(MPa)
抗压强度(MPa)
细度
3.1%
3d
28d
3d
28d
初凝时间
2h20min
5.1
8.3
25.7
52.6
终凝时间
3h15min
安定性
合格

2.1.1.2 粉煤灰：质量品质符合Ⅱ级灰要求。
2.1.1.3 砂：河砂，细度模数2.5。
2.1.1.4 稠化粉：由建科院研制的一种非石灰非引气型粉状保水增稠材料。
2.1.1.5 缓凝剂：建科院研制的砂浆专用缓凝剂
2.1.1.6 水：一般饮用水
2.2 干粉砂浆试验
普通干粉砂浆是经烘干筛分处理的砂与水泥、稠化粉和粉煤灰按一定比例混合而成的一种颗粒状混合物。它具有计量准确、质量稳定、使用方便和不污染环境的特点。
2.2.1各组分对砂浆性能影响
2.2.1.1 水泥、粉煤灰用量对砂浆性能影响（见图1、图2）

                                    图1       水泥用量对干粉砂浆强度影响

                  图2      粉煤灰掺量对干粉砂浆强度影响
试验表明，水泥、粉煤灰主要影响砂浆强度。水泥用量增加砂浆强度基本呈线性增加，但也存在一个最高点(450kg/m3)，超过该点后，继续增加水泥用量，砂浆强度不会继续提高。掺加粉煤灰后，其规律性相同。
由于粉煤灰火山灰效应，粉煤灰砂浆在等水泥用量条件下，其强度有一定的提高（见图1）。同样由于粉煤灰的胶凝性显著低于水泥，表现为粉煤灰等体积取代水泥，砂浆强度随其取代比例增大而下降（见图2）。通过调整粉煤灰与水泥比例，可配制不同强度等级的砂浆。
2.2.1.2   砂灰比对砂浆强度影响（见图3）

图3       砂灰比对强度影响

试验表明，砂灰比提高，砂用量增加，相应胶凝材料减少，强度随之下降，也存在一个最佳砂灰比，其值为3.0。通过调整水泥用量，可配制强度等级M5.0到M30的各种类型砂浆。
2.2.2      稠化粉、粉煤灰和水泥共同工作性
表2 
干粉砂浆与传统砂浆性质对比试验
砂浆种类
水泥(kg/m3)
稠度(mm)
分层度(mm)
泌水(ml)
强度
(MPa)
传统
抹灰
砂浆
1:1:6混合砂浆
200
102
20
25
7.2
1:1:4混合砂浆
320
96
15
4
17.1
1:3水泥砂浆
404
97
39
90
29.2
1:2水泥砂浆
561
88
14
40
49.7
干粉
抹灰
砂浆
DP5干粉砂浆
194
97
15
13
10.8
DP10干粉砂浆
263
102
13
12
21.6
DP15干粉砂浆
300
100
12
11
29.6

 试验表明，稠化粉对砂浆保水性起着至关重要的作用。纯水泥砂浆由于缺乏保水增稠材料，砂浆保水性差，表现为砂浆泌水量和分层度都很大；混合砂浆由于掺入石灰膏砂浆保水性得到明显改善。在等水泥用量条件下，掺入稠化粉后砂浆保水性显著提高，分层度和泌水都很小；粉煤灰商品砂浆28d强度大大高于传统砂浆，稠化粉与水泥、粉煤灰共同工作性良好。
2.2.3存放时间及方式对强度影响
袋装干粉砂浆保存期试验结果见表3。
表3  干粉砂浆存放时间
28d抗压强度(MPa/%)
555555555555

5
5
5）
混合后立即成型
混合后6个月成型
33.4/100
31.3/94
21.7/100
21.4/99

试验表明，干粉砂浆经6个月储存，强度基本保持不变。
2.3 预拌砂浆
预拌砂浆的特点是：生产批量大，砂浆凝结时间可以根据用户需要进行调节。与干粉砂浆区别在于掺加了一种特殊砂浆缓凝剂以保证砂浆在密闭容器中能储存相当长时间（8~36h），而在储存时间内取出使用又能保证砂浆与基体材料粘结牢固并能在大气中迅速硬化。预拌砂浆与干粉砂浆组分的最大区别在于掺加了特制的缓凝剂。
2.3.1    缓凝剂种类及掺量
已研制成一种满足砂浆缓凝要求的砂浆缓凝剂。试验结果见图4、图5。

图4  缓凝剂掺量对缓凝时间影响

图5      缓凝剂掺量对强度影响

试验表明，缓凝剂掺量增加，凝结时间可延长至48h（图4），对强度基本无影响（图5）。缓凝剂掺量可根据施工需要调整以获得砂浆的不同凝结时间。砂浆凝结时间控制在8~24h，可满足当日和隔夜施工之需。
2.3.2 水泥用量对砂浆性能影响
用不同水泥用量可配制不同强度等级的预拌砂浆，最高可配制M30砂浆。

图6 水泥用量与预拌砂浆强度关系

2.3.3 存放时间及重塑
在存放时间内，砂浆强度较出机强度有一定的损失（见表4），为出机强度80%。由于存放期内砂浆稠度有损失，特别在砂浆稠度较低情况下，为保持砂浆可操作性，在砌筑或抹灰前必须再添加一部分水拌合到砂浆中，使砂浆重新获得原来的稠度，上述过程称为砂浆的重塑。为考察重塑对砂浆强度的影响，特进行了重塑试验（见表5），试验结果表明，重塑后强度为出机强度的81%。
表4 
存放期内强度变化
出机后存放时间(小时)
0
4
8
12
18
24
28d强度(MPa)
24.3
18.5
20.7
17.0
19.5
21.0
砂浆的重塑
时间
稠度(mm)
R28(MPa)
出机时
107
19.6/100
储存40h后重塑前
37
/
储存40h后重塑后
95
15.8/81
2.4 砂浆粘结强度试验研究
    砂浆作为1~2cm薄层材料，与基层材料粘结牢固尤为重要。工程中抹灰砂浆质量指标是抹灰层无起壳开裂、空鼓和爆裂。抹灰砂浆粘结强度试验结果见表6。
表6 
预拌抹灰砂浆与传统砂浆粘结强度的对比
砂浆种类
水泥
(kg/m3)
稠化粉
(kg/m3)
稠度(mm)
分层度(mm)
泌水(ml)
28d强度(MPa)
抗压
粘结
传统抹灰砂浆
1:2水泥砂浆
561
0
88
14
40
34.9
0.169
1:3水泥砂浆
404
0
97
39
90
29.0
0.188
1:1:4混合砂浆
320
0
96
15
4
17.1
0.158
1:1:6混合砂浆
200
0
102
20
25
7.2
0.107
预拌抹灰砂浆
RP20
400
40
99
16
13
31.4
0.233
RP15
300
40
97
12
6
25.5
0.247
RP10
250
55
96
8
2
19.9
0.353
    试验表明，水泥用量大，粘结强度高，但其也不一定成正比；而稠化粉改善了预拌砂浆保水性，在一定水泥用量情况下，粘结强度较传统砂浆高30%以上。