粉煤灰在砂漿中的應用
2004-12-31 00:00
1 粉煤灰在建筑砂漿中的應用
建筑砂漿是一種量大面廣的建筑材料。砂漿中石灰膏含水50%呈膏狀，難以實現(xiàn)重量計量，而且石灰膏質量不穩(wěn)定，純水泥砂漿缺乏保水增稠材料，顯得操作性差、易結硬，現(xiàn)場為改善和易性往往多放水泥，使砂漿質量波動大。砌筑砂漿強度波動大，抹灰層開裂、滲漏現(xiàn)象屢見不鮮，影響了整個工程質量。目前，上海市工程建設都使用商品混凝土，施工現(xiàn)場文明施工、標化管理要求嚴格，現(xiàn)場使用干排粉煤灰須配置筒倉，使用濕灰則含水率受天氣影響大，影響現(xiàn)場施工環(huán)境，上海地區(qū)粉煤灰在砂漿中應用逐步減少。隨著住宅產(chǎn)業(yè)化的發(fā)展，建筑砂漿采取工業(yè)化生產(chǎn)，確保砂漿質量，從材性上穩(wěn)定砂漿質量，消除抹灰層滲漏裂也就迫在眉睫，勢在必行。
2 商品砂漿研究與應用
2.1商品砂漿配合比試驗方法和試驗用原材料
商品砂漿分為干粉砂漿和預拌砂漿兩大類。干粉砂漿的主要原材料為水泥、稠化粉、粉煤灰和經(jīng)烘干處理的砂。預拌砂漿的主要原材料為水泥、稠化粉、粉煤灰、經(jīng)篩分處理的砂、緩凝劑和水。
由于商品砂漿原材料中水泥、稠化粉、粉煤灰和砂均為固體，緩凝劑和水為液體，取消了含水率經(jīng)常波動難以實現(xiàn)質量計量的傳統(tǒng)保水材料——石灰膏。因此，商品砂漿配合比設計可如同混凝土配合比設計實現(xiàn)科學合理的絕對體積法計量，并以質量來表示。
2.1.1試驗用原材料
2.1.1.1水泥：425礦渣水泥（上海水泥廠生產(chǎn)）
表1 水泥物理性質
|
項目 |
測試值 |
抗折強度(MPa) |
抗壓強度(MPa) | ||
|
細度 |
3.1% |
3d |
28d |
3d |
28d |
|
初凝時間 |
2h20min |
5.1 |
8.3 |
25.7 |
52.6 |
|
終凝時間 |
3h15min | ||||
|
安定性 |
合格 | ||||
2.1.1.2 粉煤灰：質量品質符合Ⅱ級灰要求。
2.1.1.3 砂：河砂，細度模數(shù)2.5。
2.1.1.4 稠化粉：由建科院研制的一種非石灰非引氣型粉狀保水增稠材料。
2.1.1.5 緩凝劑：建科院研制的砂漿專用緩凝劑
2.1.1.6 水：一般飲用水
2.2 干粉砂漿試驗
普通干粉砂漿是經(jīng)烘干篩分處理的砂與水泥、稠化粉和粉煤灰按一定比例混合而成的一種顆粒狀混合物。它具有計量準確、質量穩(wěn)定、使用方便和不污染環(huán)境的特點。
2.2.1各組分對砂漿性能影響
2.2.1.1 水泥、粉煤灰用量對砂漿性能影響（見圖1、圖2）
|
圖1 水泥用量對干粉砂漿強度影響 |
圖2 粉煤灰摻量對干粉砂漿強度影響
試驗表明，水泥、粉煤灰主要影響砂漿強度。水泥用量增加砂漿強度基本呈線性增加，但也存在一個最高點(450kg/m3)，超過該點后，繼續(xù)增加水泥用量，砂漿強度不會繼續(xù)提高。摻加粉煤灰后，其規(guī)律性相同。
由于粉煤灰火山灰效應，粉煤灰砂漿在等水泥用量條件下，其強度有一定的提高（見圖1）。同樣由于粉煤灰的膠凝性顯著低于水泥，表現(xiàn)為粉煤灰等體積取代水泥，砂漿強度隨其取代比例增大而下降（見圖2）。通過調整粉煤灰與水泥比例，可配制不同強度等級的砂漿。
2.2.1.2 砂灰比對砂漿強度影響（見圖3）
|
圖3 砂灰比對強度影響 |
試驗表明，砂灰比提高，砂用量增加，相應膠凝材料減少，強度隨之下降，也存在一個最佳砂灰比，其值為3.0。通過調整水泥用量，可配制強度等級M5.0到M30的各種類型砂漿。
2.2.2 稠化粉、粉煤灰和水泥共同工作性
表2
干粉砂漿與傳統(tǒng)砂漿性質對比試驗
|
砂漿種類 |
水泥(kg/m3) |
稠度(mm) |
分層度(mm) |
泌水(ml) |
強度
(MPa) | |
|
傳統(tǒng)
抹灰
砂漿 |
1:1:6混合砂漿 |
200 |
102 |
20 |
25 |
7.2 |
|
1:1:4混合砂漿 |
320 |
96 |
15 |
4 |
17.1 | |
|
1:3水泥砂漿 |
404 |
97 |
39 |
90 |
29.2 | |
|
1:2水泥砂漿 |
561 |
88 |
14 |
40 |
49.7 | |
|
干粉
抹灰
砂漿 |
DP5干粉砂漿 |
194 |
97 |
15 |
13 |
10.8 |
|
DP10干粉砂漿 |
263 |
102 |
13 |
12 |
21.6 | |
|
DP15干粉砂漿 |
300 |
100 |
12 |
11 |
29.6 | |
|
|
試驗表明，稠化粉對砂漿保水性起著至關重要的作用。純水泥砂漿由于缺乏保水增稠材料，砂漿保水性差，表現(xiàn)為砂漿泌水量和分層度都很大；混合砂漿由于摻入石灰膏砂漿保水性得到明顯改善。在等水泥用量條件下，摻入稠化粉后砂漿保水性顯著提高，分層度和泌水都很?。环勖夯疑唐飞皾{28d強度大大高于傳統(tǒng)砂漿，稠化粉與水泥、粉煤灰共同工作性良好。
2.2.3存放時間及方式對強度影響
袋裝干粉砂漿保存期試驗結果見表3。
表3 干粉砂漿存放時間
|
28d抗壓強度(MPa/%)
555555555555
5
5
5） | |
|
混合后立即成型 |
混合后6個月成型 |
|
33.4/100 |
31.3/94 |
|
21.7/100 |
21.4/99 |
試驗表明，干粉砂漿經(jīng)6個月儲存，強度基本保持不變。
2.3 預拌砂漿
預拌砂漿的特點是：生產(chǎn)批量大，砂漿凝結時間可以根據(jù)用戶需要進行調節(jié)。與干粉砂漿區(qū)別在于摻加了一種特殊砂漿緩凝劑以保證砂漿在密閉容器中能儲存相當長時間（8~36h），而在儲存時間內(nèi)取出使用又能保證砂漿與基體材料粘結牢固并能在大氣中迅速硬化。預拌砂漿與干粉砂漿組分的最大區(qū)別在于摻加了特制的緩凝劑。
2.3.1 緩凝劑種類及摻量
已研制成一種滿足砂漿緩凝要求的砂漿緩凝劑。試驗結果見圖4、圖5。
|
圖4 緩凝劑摻量對緩凝時間影響 |
圖5 緩凝劑摻量對強度影響
試驗表明，緩凝劑摻量增加，凝結時間可延長至48h（圖4），對強度基本無影響（圖5）。緩凝劑摻量可根據(jù)施工需要調整以獲得砂漿的不同凝結時間。砂漿凝結時間控制在8~24h，可滿足當日和隔夜施工之需。
2.3.2 水泥用量對砂漿性能影響
用不同水泥用量可配制不同強度等級的預拌砂漿，最高可配制M30砂漿。
|
圖6 水泥用量與預拌砂漿強度關系 |
2.3.3 存放時間及重塑
在存放時間內(nèi)，砂漿強度較出機強度有一定的損失（見表4），為出機強度80%。由于存放期內(nèi)砂漿稠度有損失，特別在砂漿稠度較低情況下，為保持砂漿可操作性，在砌筑或抹灰前必須再添加一部分水拌合到砂漿中，使砂漿重新獲得原來的稠度，上述過程稱為砂漿的重塑。為考察重塑對砂漿強度的影響，特進行了重塑試驗（見表5），試驗結果表明，重塑后強度為出機強度的81%。
表4
存放期內(nèi)強度變化
|
出機后存放時間(小時) |
0 |
4 |
8 |
12 |
18 |
24 |
|
28d強度(MPa) |
24.3 |
18.5 |
20.7 |
17.0 |
19.5 |
21.0 |
砂漿的重塑
|
時間 |
稠度(mm) |
R28(MPa) |
|
出機時 |
107 |
19.6/100 |
|
儲存40h后重塑前 |
37 |
/ |
|
儲存40h后重塑后 |
95 |
15.8/81 |
2.4 砂漿粘結強度試驗研究
砂漿作為1~2cm薄層材料，與基層材料粘結牢固尤為重要。工程中抹灰砂漿質量指標是抹灰層無起殼開裂、空鼓和爆裂。抹灰砂漿粘結強度試驗結果見表6。
表6
預拌抹灰砂漿與傳統(tǒng)砂漿粘結強度的對比
|
砂漿種類 |
水泥
(kg/m3) |
稠化粉
(kg/m3) |
稠度(mm) |
分層度(mm) |
泌水(ml) |
28d強度(MPa) | ||
|
抗壓 |
粘結 | |||||||
|
傳統(tǒng)抹灰砂漿 |
1:2水泥砂漿 |
561 |
0 |
88 |
14 |
40 |
34.9 |
0.169 |
|
1:3水泥砂漿 |
404 |
0 |
97 |
39 |
90 |
29.0 |
0.188 | |
|
1:1:4混合砂漿 |
320 |
0 |
96 |
15 |
4 |
17.1 |
0.158 | |
|
1:1:6混合砂漿 |
200 |
0 |
102 |
20 |
25 |
7.2 |
0.107 | |
|
預拌抹灰砂漿 |
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 | |
試驗表明，水泥用量大，粘結強度高，但其也不一定成正比；而稠化粉改善了預拌砂漿保水性，在一定水泥用量情況下，粘結強度較傳統(tǒng)砂漿高30%以上。
3．商品砂漿性能
商品砂漿原材料目前為水泥、粉煤灰、砂、緩凝劑（預拌砂漿用）和水，砂漿耐久性與原材料及其相互比例有關。商品砂漿的主要物理力學性能及耐久性試驗結果見表7。
表7
粉煤灰預拌砂漿與傳統(tǒng)砂漿性能比較
|
項目 |
預拌抹灰砂漿 |
傳統(tǒng)抹灰砂漿 | |
|
配合比（kg/m3） |
水泥：稠化粉：粉煤灰：砂：外加劑：水 300： 40： 116：1400： 5.60：279 |
水泥：石灰膏：砂：水
320： 320 ：1280：180 | |
|
稠度（mm） |
105 |
101 | |
|
分層度（mm） |
18 |
14 | |
|
密度（kg/m3） |
2140 |
2100 | |
|
28d強度（MPa） |
28.7 |
17.1 | |
|
90d強度（MPa） |
39.9 |
20.2 | |
|
飽水強度（MPa） |
29.9 |
16.5 | |
|
粘結強度（MPa） |
0.272 |
0.133 | |
|
抗?jié)B性（MPa） |
0.60 |
0.40 | |
|
收縮（‰） |
0.75 |
0.83 | |
|
抗凍性 |
強度損失（%） |
3.3 |
12.8 |
|
質量損失（%） |
0 |
0.3 | |
表7表明，預拌砂漿各項耐久性均優(yōu)于傳統(tǒng)砂漿，長期強度發(fā)展穩(wěn)定，粘結強度高，耐水抗?jié)B性優(yōu)良。
4．砌體性能試驗
砌體力學性能指標主要有：軸心抗壓強度、通縫抗剪強度，其中砂漿對砌體通縫抗剪強度影響最大。試驗表明，用稠化粉砂漿砌筑的砌體，其砌體力學性能均大大超過了規(guī)范（GBJ3-88）要求。
表8
MU15混凝土多孔磚、M10砂漿砌筑的砌體力學性能試驗結果
|
項目 |
試驗值 |
GBJ3—88
技術要求 | |||||
|
平均值
MPa |
標準離差
MPa |
變異系數(shù)
% |
標準值
MPa |
設計值
MPa |
標準值
MPa |
設計值
MPa | |
|
軸心抗壓
|
8.77 |
0.745 |
8.5 |
7.55 |
5.03 |
3.66 |
2.44 |
|
通縫抗剪
|
0.523 |
0.0788 |
15.0 |
0.393 |
0.262 |
0.27 |
0.18 |
|
彎曲抗拉沿通縫 |
0.539 |
0.0886 |
16.4 |
0.393 |
0.262 |
0.27 |
0.18 |
|
彎曲抗拉沿齒縫 |
0.707 |
0.0307 |
4.4 |
0.657 |
0.438 |
0.53 |
0.36 |
5. 商品砂漿試生產(chǎn)及工程應用
預拌砂漿試生產(chǎn)主要通過對砼攪拌站技術改造，使之能夠生產(chǎn)預拌砂漿。目前在建工、住總的真如和長風拌站進行技術改造和試生產(chǎn)，分別用于市委黨校擴建項目（4.5萬平方米）和五洲大廈（8千平方米）的部分抹灰和砌筑工程。上海水泥廠通過挖潛和利用部分老設備建立了一條干粉砂漿中試生產(chǎn)線，共生產(chǎn)了1000多噸干粉砂漿。產(chǎn)品應用于家庭裝潢、市委黨校、五洲大廈、梅川二街坊商場和冠生圓科技大廈，效果良好。
表9 商品砂漿28d強度匯總
|
類別 |
最大值 |
最小值 |
平均值 | |
|
預拌砂漿 |
M5.0砌筑 |
16.5MPa |
8.3MPa |
12.5MPa |
|
M15抹灰 |
30.7MPa |
26.6MPa |
28.9MPa | |
|
干粉M5抹灰 |
16.4MPa |
15.3MPa |
14.2MPa | |
6. 商品砂漿技術經(jīng)濟分析
6.1 經(jīng)濟效益
砂漿商品化后，預拌砂漿由于添加了緩凝劑，材料成本較現(xiàn)場拌制的砂漿提高3.1~8.8%；加上工繳費和利稅，預拌砂漿到工地價在265~315元/m3。干粉砂漿從材料成本看，比現(xiàn)場砂漿便宜，由于包裝袋的費用，材料成本較現(xiàn)場拌制的砂漿提高18.6~29.8%。由于加上砂的烘干，投資、加工和利稅，干粉砂漿預測售價在210~230元/噸；為水泥價格的70~80%，大大低于國外水泥價格的140~160%水平。
按每年施工住宅1000萬平方米計算，拌站的預拌砂漿生產(chǎn)產(chǎn)值可達到4.45億元，利稅3000萬元，施工單位增收費用1786萬元和稅金549萬元，可以形成一個新的產(chǎn)業(yè)。
6.2 社會效益
砂漿商品化生產(chǎn)可使砂漿質量穩(wěn)定提高，砂漿質量得到有序控制，杜絕了砂漿的石灰爆裂現(xiàn)象，從材性上消除了砂漿層的滲漏裂的質量通病，提高了住宅工程質量。同時減輕了勞動強度、極大地方便了施工，有利于文明施工。
在環(huán)保方面，由于稠化粉不含石灰，可節(jié)約石灰燒制能源，減少CO2排放量，并且可有效利用粉煤灰，節(jié)約水泥，而且砂漿商品化生產(chǎn)采取集中環(huán)保措施，降低了建筑工地的噪聲和揚塵，杜絕了石灰膏、砂、水泥在運輸過程中對環(huán)境的污染，減少了現(xiàn)場材料浪費，環(huán)境效益顯著。
另外砂漿商品化生產(chǎn)在投入不多情況下，可形成的一個新產(chǎn)業(yè)，也提供了一些就業(yè)機會，并使原混凝土攪拌站生產(chǎn)富裕能力和水泥廠改造提供了新的發(fā)展途徑。
7. 結論
7.1按不同用途，用水泥、稠化粉、粉煤灰、砂、水，可配制出不同強度等級的商品砂漿，最高強度等級可達到M30，能用于一般工業(yè)與民用建筑物及構筑物的砌筑、抹灰和地面工程。
7.2由于商品砂漿不含石灰和引氣成分，商品砂漿在水中和大氣中強度均能穩(wěn)定增長，從材性上解決了水泥砂漿操作性差和水泥石灰混合砂漿強度低，收縮大和不耐水的問題。該商品砂漿具有保水、強度高、抗?jié)B、耐水、收縮低和粘結好的特點。用于墻體的砌筑與抹灰，有利于墻體防滲抗裂，杜絕了爆裂。
7.3通過對拌站的適當技術改造可生產(chǎn)預拌砂漿。預拌砂漿可通過摻加緩凝劑調整砂漿凝結時間，砂漿凝結時間最長可達到48h。
7.4使用商品砂漿可提高工程質量，減輕勞動強度，減少環(huán)境污染。提高現(xiàn)場文明施工程度，減少環(huán)境污染，有利于推廣新材料、新技術。因此，其社會效益十分顯著。
7.5以上海每年建造1000萬平方米住宅計算，花極少投資，盤活存量，預拌砂漿的生產(chǎn)可在本市形成一個新的產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)值可達4.68億元，利稅4000萬元。如部分實行干粉砂漿，產(chǎn)值和利稅將更高。
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