粉煤灰在砂漿中的應(yīng)用
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1 粉煤灰在建筑砂漿中的應(yīng)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(shí)現(xiàn)重量計(jì)量，而且石灰膏質(zhì)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(jié)硬，現(xiàn)場(chǎng)為改善和易性往往多放水泥，使砂漿質(zhì)量波動(dòng)大。砌筑砂漿強(qiáng)度波動(dòng)大，抹灰層開(kāi)裂、滲漏現(xiàn)象屢見(jiàn)不鮮，影響了整個(gè)工程質(zhì)量。目前，上海市工程建設(shè)都使用商品混凝土，施工現(xiàn)場(chǎng)文明施工、標(biāo)化管理要求嚴(yán)格，現(xiàn)場(chǎng)使用干排粉煤灰須配置筒倉(cāng)，使用濕灰則含水率受天氣影響大，影響現(xiàn)場(chǎng)施工環(huán)境，上海地區(qū)粉煤灰在砂漿中應(yīng)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(zhì)量，從材性上穩(wěn)定砂漿質(zhì)量，消除抹灰層滲漏裂也就迫在眉睫，勢(shì)在必行。
2 商品砂漿研究與應(yīng)用
2.1商品砂漿配合比試驗(yàn)方法和試驗(yàn)用原材料
商品砂漿分為干粉砂漿和預(yù)拌砂漿兩大類(lèi)。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(yù)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(dòng)難以實(shí)現(xiàn)質(zhì)量計(jì)量的傳統(tǒng)保水材料——石灰膏。因此，商品砂漿配合比設(shè)計(jì)可如同混凝土配合比設(shè)計(jì)實(shí)現(xiàn)科學(xué)合理的絕對(duì)體積法計(jì)量，并以質(zhì)量來(lái)表示。
2.1.1試驗(yàn)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(zhì)
|
項(xiàng)目 |
測(cè)試值 |
抗折強(qiáng)度(MPa) |
抗壓強(qiáng)度(MPa) | ||
|
細(xì)度 |
3.1% |
3d |
28d |
3d |
28d |
|
初凝時(shí)間 |
2h20min |
5.1 |
8.3 |
25.7 |
52.6 |
|
終凝時(shí)間 |
3h15min | ||||
|
安定性 |
合格 | ||||
2.1.1.2 粉煤灰：質(zhì)量品質(zhì)符合Ⅱ級(jí)灰要求。
2.1.1.3 砂：河砂，細(xì)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(zhuān)用緩凝劑
2.1.1.6 水：一般飲用水
2.2 干粉砂漿試驗(yàn)
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(jì)量準(zhǔn)確、質(zhì)量穩(wěn)定、使用方便和不污染環(huán)境的特點(diǎn)。
2.2.1各組分對(duì)砂漿性能影響
2.2.1.1 水泥、粉煤灰用量對(duì)砂漿性能影響（見(jiàn)圖1、圖2）
|
圖1 水泥用量對(duì)干粉砂漿強(qiáng)度影響 |
圖2 粉煤灰摻量對(duì)干粉砂漿強(qiáng)度影響
試驗(yàn)表明，水泥、粉煤灰主要影響砂漿強(qiáng)度。水泥用量增加砂漿強(qiáng)度基本呈線(xiàn)性增加，但也存在一個(gè)最高點(diǎn)(450kg/m3)，超過(guò)該點(diǎn)后，繼續(xù)增加水泥用量，砂漿強(qiáng)度不會(huì)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(yīng)，粉煤灰砂漿在等水泥用量條件下，其強(qiáng)度有一定的提高（見(jiàn)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(qiáng)度隨其取代比例增大而下降（見(jiàn)圖2）。通過(guò)調(diào)整粉煤灰與水泥比例，可配制不同強(qiáng)度等級(jí)的砂漿。
2.2.1.2 砂灰比對(duì)砂漿強(qiáng)度影響（見(jiàn)圖3）
|
圖3 砂灰比對(duì)強(qiáng)度影響 |
試驗(yàn)表明，砂灰比提高，砂用量增加，相應(yīng)膠凝材料減少，強(qiáng)度隨之下降，也存在一個(gè)最佳砂灰比，其值為3.0。通過(guò)調(diào)整水泥用量，可配制強(qiáng)度等級(jí)M5.0到M30的各種類(lèi)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(zhì)對(duì)比試驗(yàn)
|
砂漿種類(lèi) |
水泥(kg/m3) |
稠度(mm) |
分層度(mm) |
泌水(ml) |
強(qiáng)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(yàn)表明，稠化粉對(duì)砂漿保水性起著至關(guān)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??；粉煤灰商品砂漿28d強(qiáng)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(shí)間及方式對(duì)強(qiáng)度影響
袋裝干粉砂漿保存期試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表3。
表3 干粉砂漿存放時(shí)間
|
28d抗壓強(qiáng)度(MPa/%)
555555555555
5
5
5） | |
|
混合后立即成型 |
混合后6個(gè)月成型 |
|
33.4/100 |
31.3/94 |
|
21.7/100 |
21.4/99 |
試驗(yàn)表明，干粉砂漿經(jīng)6個(gè)月儲(chǔ)存，強(qiáng)度基本保持不變。
2.3 預(yù)拌砂漿
預(yù)拌砂漿的特點(diǎn)是：生產(chǎn)批量大，砂漿凝結(jié)時(shí)間可以根據(jù)用戶(hù)需要進(jìn)行調(diào)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(chǔ)存相當(dāng)長(zhǎng)時(shí)間（8~36h），而在儲(chǔ)存時(shí)間內(nèi)取出使用又能保證砂漿與基體材料粘結(jié)牢固并能在大氣中迅速硬化。預(yù)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(lèi)及摻量
已研制成一種滿(mǎn)足砂漿緩凝要求的砂漿緩凝劑。試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)圖4、圖5。
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圖4 緩凝劑摻量對(duì)緩凝時(shí)間影響 |
圖5 緩凝劑摻量對(duì)強(qiáng)度影響
試驗(yàn)表明，緩凝劑摻量增加，凝結(jié)時(shí)間可延長(zhǎng)至48h（圖4），對(duì)強(qiáng)度基本無(wú)影響（圖5）。緩凝劑摻量可根據(jù)施工需要調(diào)整以獲得砂漿的不同凝結(jié)時(shí)間。砂漿凝結(jié)時(shí)間控制在8~24h，可滿(mǎn)足當(dāng)日和隔夜施工之需。
2.3.2 水泥用量對(duì)砂漿性能影響
用不同水泥用量可配制不同強(qiáng)度等級(jí)的預(yù)拌砂漿，最高可配制M30砂漿。
|
圖6 水泥用量與預(yù)拌砂漿強(qiáng)度關(guān)系 |
2.3.3 存放時(shí)間及重塑
在存放時(shí)間內(nèi)，砂漿強(qiáng)度較出機(jī)強(qiáng)度有一定的損失（見(jiàn)表4），為出機(jī)強(qiáng)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(lái)的稠度，上述過(guò)程稱(chēng)為砂漿的重塑。為考察重塑對(duì)砂漿強(qiáng)度的影響，特進(jìn)行了重塑試驗(yàn)（見(jiàn)表5），試驗(yàn)結(jié)果表明，重塑后強(qiáng)度為出機(jī)強(qiáng)度的81%。
表4
存放期內(nèi)強(qiáng)度變化
|
出機(jī)后存放時(shí)間(小時(shí)) |
0 |
4 |
8 |
12 |
18 |
24 |
|
28d強(qiáng)度(MPa) |
24.3 |
18.5 |
20.7 |
17.0 |
19.5 |
21.0 |
砂漿的重塑
|
時(shí)間 |
稠度(mm) |
R28(MPa) |
|
出機(jī)時(shí) |
107 |
19.6/100 |
|
儲(chǔ)存40h后重塑前 |
37 |
/ |
|
儲(chǔ)存40h后重塑后 |
95 |
15.8/81 |
2.4 砂漿粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)研究
砂漿作為1~2cm薄層材料，與基層材料粘結(jié)牢固尤為重要。工程中抹灰砂漿質(zhì)量指標(biāo)是抹灰層無(wú)起殼開(kāi)裂、空鼓和爆裂。抹灰砂漿粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表6。
表6
預(yù)拌抹灰砂漿與傳統(tǒng)砂漿粘結(jié)強(qiáng)度的對(duì)比
|
砂漿種類(lèi) |
水泥
(kg/m3) |
稠化粉
(kg/m3) |
稠度(mm) |
分層度(mm) |
泌水(ml) |
28d強(qiáng)度(MPa) | ||
|
抗壓 |
粘結(jié) | |||||||
|
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(yù)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(yàn)表明，水泥用量大，粘結(jié)強(qiáng)度高，但其也不一定成正比；而稠化粉改善了預(yù)拌砂漿保水性，在一定水泥用量情況下，粘結(jié)強(qiáng)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(yù)拌砂漿用）和水，砂漿耐久性與原材料及其相互比例有關(guān)。商品砂漿的主要物理力學(xué)性能及耐久性試驗(yàn)結(jié)果見(jiàn)表7。
表7
粉煤灰預(yù)拌砂漿與傳統(tǒng)砂漿性能比較
|
項(xiàng)目 |
預(yù)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(qiáng)度（MPa） |
28.7 |
17.1 | |
|
90d強(qiáng)度（MPa） |
39.9 |
20.2 | |
|
飽水強(qiáng)度（MPa） |
29.9 |
16.5 | |
|
粘結(jié)強(qiáng)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(qiáng)度損失（%） |
3.3 |
12.8 |
|
質(zhì)量損失（%） |
0 |
0.3 | |
表7表明，預(yù)拌砂漿各項(xiàng)耐久性均優(yōu)于傳統(tǒng)砂漿，長(zhǎng)期強(qiáng)度發(fā)展穩(wěn)定，粘結(jié)強(qiáng)度高，耐水抗?jié)B性?xún)?yōu)良。
4．砌體性能試驗(yàn)
砌體力學(xué)性能指標(biāo)主要有：軸心抗壓強(qiáng)度、通縫抗剪強(qiáng)度，其中砂漿對(duì)砌體通縫抗剪強(qiáng)度影響最大。試驗(yàn)表明，用稠化粉砂漿砌筑的砌體，其砌體力學(xué)性能均大大超過(guò)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(xué)性能試驗(yàn)結(jié)果
|
項(xiàng)目 |
試驗(yàn)值 |
GBJ3—88
技術(shù)要求 | |||||
|
平均值
MPa |
標(biāo)準(zhǔn)離差
MPa |
變異系數(shù)
% |
標(biāo)準(zhǔn)值
MPa |
設(shè)計(jì)值
MPa |
標(biāo)準(zhǔn)值
MPa |
設(shè)計(jì)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(yīng)用
預(yù)拌砂漿試生產(chǎn)主要通過(guò)對(duì)砼攪拌站技術(shù)改造，使之能夠生產(chǎn)預(yù)拌砂漿。目前在建工、住總的真如和長(zhǎng)風(fēng)拌站進(jìn)行技術(shù)改造和試生產(chǎn)，分別用于市委黨校擴(kuò)建項(xiàng)目（4.5萬(wàn)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(guò)挖潛和利用部分老設(shè)備建立了一條干粉砂漿中試生產(chǎn)線(xiàn)，共生產(chǎn)了1000多噸干粉砂漿。產(chǎn)品應(yīng)用于家庭裝潢、市委黨校、五洲大廈、梅川二街坊商場(chǎng)和冠生圓科技大廈，效果良好。
表9 商品砂漿28d強(qiáng)度匯總
|
類(lèi)別 |
最大值 |
最小值 |
平均值 | |
|
預(yù)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(shù)經(jīng)濟(jì)分析
6.1 經(jīng)濟(jì)效益
砂漿商品化后，預(yù)拌砂漿由于添加了緩凝劑，材料成本較現(xiàn)場(chǎng)拌制的砂漿提高3.1~8.8%；加上工繳費(fèi)和利稅，預(yù)拌砂漿到工地價(jià)在265~315元/m3。干粉砂漿從材料成本看，比現(xiàn)場(chǎng)砂漿便宜，由于包裝袋的費(fèi)用，材料成本較現(xiàn)場(chǎng)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(yù)測(cè)售價(jià)在210~230元/噸；為水泥價(jià)格的70~80%，大大低于國(guó)外水泥價(jià)格的140~160%水平。
按每年施工住宅1000萬(wàn)平方米計(jì)算，拌站的預(yù)拌砂漿生產(chǎn)產(chǎn)值可達(dá)到4.45億元，利稅3000萬(wàn)元，施工單位增收費(fèi)用1786萬(wàn)元和稅金549萬(wàn)元，可以形成一個(gè)新的產(chǎn)業(yè)。
6.2 社會(huì)效益
砂漿商品化生產(chǎn)可使砂漿質(zhì)量穩(wěn)定提高，砂漿質(zhì)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(zhì)量通病，提高了住宅工程質(zhì)量。同時(shí)減輕了勞動(dòng)強(qiáng)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(yáng)塵，杜絕了石灰膏、砂、水泥在運(yùn)輸過(guò)程中對(duì)環(huán)境的污染，減少了現(xiàn)場(chǎng)材料浪費(fèi)，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(gè)新產(chǎn)業(yè)，也提供了一些就業(yè)機(jī)會(huì)，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(jié)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(qiáng)度等級(jí)的商品砂漿，最高強(qiáng)度等級(jí)可達(dá)到M30，能用于一般工業(yè)與民用建筑物及構(gòu)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(qiáng)度均能穩(wěn)定增長(zhǎng)，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(qiáng)度低，收縮大和不耐水的問(wèn)題。該商品砂漿具有保水、強(qiáng)度高、抗?jié)B、耐水、收縮低和粘結(jié)好的特點(diǎn)。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(guò)對(duì)拌站的適當(dāng)技術(shù)改造可生產(chǎn)預(yù)拌砂漿。預(yù)拌砂漿可通過(guò)摻加緩凝劑調(diào)整砂漿凝結(jié)時(shí)間，砂漿凝結(jié)時(shí)間最長(zhǎng)可達(dá)到48h。
7.4使用商品砂漿可提高工程質(zhì)量，減輕勞動(dòng)強(qiáng)度，減少環(huán)境污染。提高現(xiàn)場(chǎng)文明施工程度，減少環(huán)境污染，有利于推廣新材料、新技術(shù)。因此，其社會(huì)效益十分顯著。
7.5以上海每年建造1000萬(wàn)平方米住宅計(jì)算，花極少投資，盤(pán)活存量，預(yù)拌砂漿的生產(chǎn)可在本市形成一個(gè)新的產(chǎn)業(yè)，產(chǎn)值可達(dá)4.68億元，利稅4000萬(wàn)元。如部分實(shí)行干粉砂漿，產(chǎn)值和利稅將更高。
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