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1前言
眾所周知，砂漿的強度等級只有水泥的八分之一到四分之一，按強度設計砂漿配合比時，水泥用量勢必太少而影響了砂漿的可操作性，因此《砌筑砂漿配合比設計規程》規定了砌筑砂漿的最低水泥用量不得低于200kg/m3，盡管如此，水泥砂漿的保水性和可操作性仍較差。此外，在一般工業與民用建筑中，用于配制各種砂漿的水泥要占水泥總用量的25%左右。因此在建筑砂漿中摻加粉煤灰，既可改善砂漿的可操作性，又可節約水泥。實踐表明，粉煤灰干粉砂漿具有良好的操作性、合理的強度等級、較高的產品性價比，大力推廣這一技術，為粉煤灰資源的綜合利用開辟了新的途徑。
2粉煤灰干粉砂漿性能研究
2.1試驗用原材料
2.1.1水泥：P.O 32.5MPa普通硅酸鹽水泥
2.1.2 砂：細度模數2.4，含泥量2.8%。
2.1.3粉煤灰：低鈣Ⅱ級灰、低鈣Ⅲ級灰、高鈣灰和高低鈣復合灰(見表1)。
表1粉煤灰性質
| 項 目 | 需水量比(％) | 燒失量(％) | 細度(％) | f-CaO(％) |
| 低鈣Ⅱ級灰 | 99 | 7.05 | 16.3 | 0 |
| 低鈣Ⅲ級灰 | 105 | 10.00 | 31.5 | 0 |
| 高鈣灰 | 93 | 1.26 | 8.6 | 2.94 |
| 高低鈣復合灰 | 94 | 1.76 | 13.5 | 3.30 |
2.1.4稠化粉：建科院研制，上海建研建材科技有限公司生產，性質見表2。
表2稠化粉性質
項目 |
分層度(mm) | 強度(MPa) | 抗凍性 | |
| 質量損失(％) | 強度損失(％) | |||
| 測試值 | 14 | 17.4 | 0 | 9.8 |
2.2試驗研究
試驗采取單因素試驗。試驗方法采用《建筑砂漿基本性能試驗方法》(JGJ70-1990)。
2.2.1粉煤灰等量取代水泥對砂漿性能的影響
試驗用基準砂漿為1：3水泥砂漿，水泥用量為400kg/m3，其后以一定的比例用低鈣Ⅱ級灰等量取代水泥，保持膠凝材料總量為400kg/m3，稠化粉用量為50kg/m3，以稠度控制用水量，試驗結果見表3。
表3粉煤灰等量取代水泥對砂漿性能的影響
| 粉煤灰取代水泥(％) | 用水量 (kg/m3) |
稠度(mm) | 分層度 (mm) |
密度 (kg/m3) |
R7 (MPa) | R28 (MPa) | 90d收縮 (mm/m) |
| 0 | 341 | 83 | 16 | 2110 | 14.6 | 32.3 | 1.20 |
| 12.5 | 350 | 96 | 9 | 2070 | 15.0 | 19.8 | 1.33 |
| 25.0 | 347 | 90 | 9 | 2060 | 11.7 | 17.9 | 1.26 |
| 37.5 | 339 | 98 | 14 | 2050 | 8.8 | 14.6 | 1.21 |
| 50.0 | 334． | 96 | 9 | 2040 | 7.7 | 11.6 | 1.34 |
| 62.5 | 344． | 93 | 5 | 2030 | 4.8 | 8.7 | 0.98 |
試驗表明，在同等稠度條件下，粉煤灰等量取代水泥后，用水量基本不變，分層度略有降低，密度隨取代率增大而降低，7d和28d強度隨取代率上升而遞減，收縮值變化無規律。但粉煤灰取代率超過50%時，砂漿早期強度和28d強度都有大幅度減少，因此粉煤灰取代水泥率以不超過50%為宜。
2.2.2高鈣灰與低鈣灰混摻對砂漿性能的影響
試驗用基準砂漿為114混合砂漿，其后摻加不同比例的低鈣灰和高鈣灰，并通過加入稠化粉以取代石灰膏，試驗結果見表4。
表4高鈣灰與低鈣Ⅱ級灰混摻對砂漿性能的影響
編號 |
水泥 (kg/m3) |
石灰膏 (kg/m3) |
低鈣灰 (kg/m3) |
高鈣灰 (kg/m3) |
稠化粉 (kg/m3) |
砂 (kg/m3) |
水 (kg/m3) |
稠度 (mm) |
分層度 (mm) |
R28 (MPa) |
90d收縮 (mm/m) |
| JK-21 | 243 | 268 | 0 | 0 | 0 | 1216 | 243 | 97 | 13 | 9.7 | 1.757 |
| JK-22 | 213 | 0 | 206 | 0 | 51 | 1229 | 362 | 98 | 13 | 12.6 | 1.496 |
| JK-23 | 217 | 0 | 157 | 52 | 52 | 1252 | 341 | 100 | 10 | 17.6 | 1.166 |
| JK-24 | 221 | 0 | 108 | 106 | 54 | 1279 | 333 | 97 | 15 | 21.6 | 1.259 |
| JK-25 | 223 | 0 | 53 | 162 | 56 | 1287 | 333 | 97 | 15 | 23.3 | 1.340 |
| JK-26 | 222 | 0 | 0 | 215 | 57 | 1284 | 336 | 98 | 11 | 24.0 | 1.035 |
試驗表明，粉煤灰砂漿強度都明顯大于混合砂漿，收縮值則降低了15%左右。摻加高鈣灰后，砂漿強度隨高鈣灰替代低鈣灰比例的增加而增加，與此同時，收縮值隨之遞減。因此，可以利用高鈣灰的活性提高砂漿強度，減少收縮。
2.2.3不同品種商品粉煤灰對砂漿性能的影響
本文以上海地區不同品種的商品粉煤灰，以兩個固定摻量進行了對比試驗，試驗結果見表5。
表5不同品種商品粉煤灰對砂漿性能的影響
編號 |
水泥 kg/m3 |
粉煤灰品種 |
粉煤灰 kg/m3 |
稠化粉 kg/m3 |
砂 kg/m3 |
水 kg/m3 |
R28 (MPa) |
90d收縮 (mm/m) |
| JK- 71 | 229 | 高低鈣復合灰 | 100 | 53 | 1314 | 364． | 15.8 | 1.07 |
| JK-72 | 205 | 高低鈣復合灰 | 205 | 53 | 1256 | 335 | 21 | 0.931 |
| JK-73 | 229 | 高鈣灰 | 100 | 53 | 1315 | 350 | 15.5 | 0.844 |
| JK-74 | 208 | 高鈣灰 | 208 | 52 | 1274 | 329 | 18.9 | 0.823 |
| JK-75 | 229 | 低鈣Ⅱ級灰 | 100 | 53 | 1319 | 358 | 13.9 | 1.093 |
| JK-76 | 209 | 低鈣Ⅱ級灰 | 209 | 52 | 1279 | 331 | 16.7 | 0.962 |
| JK-77 | 227 | 低鈣Ⅲ級灰 | 99 | 53 | 1307 | 355 | 14.2 | 1.096 |
| JK-78 | 200 | 低鈣Ⅲ級灰 | 200 | 50 | 1225 | 354． | 14.5 | 1.167 |
2.2.4粉煤灰干粉砂漿物理力學性能和耐久性試驗
目前，粉煤灰干粉砂漿的原材料為水泥、粉煤灰、稠化粉、砂，粉煤灰干粉砂漿的物理力學性能和耐久性與原材料及其相互比例有關。以下以等水泥用量的粉煤灰干粉砂漿和傳統114混合砂漿進行的主要物理力學性能及耐久性對比，試驗結果見表6。
表6粉煤灰干粉砂漿與傳統砂漿性能比較
| 項 目 | 粉煤灰干粉抹灰砂漿 | 傳統抹灰砂漿 | |
配合比(kg/m3) |
水泥：稠化粉：粉煤灰：砂：水 300：40：116：1400：279 |
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 | |
| 抗滲性(MPa) | 0.60 | 0.40 | |
| 收縮(‰) | 0.75 | 0.83 | |
抗凍性 |
強度損失(％) | 0 | 3.3 |
| 質量損失(％) | 0.3 | 12.8 | |
試驗表明，粉煤灰干粉砂漿的各項物理力學和耐久性指標均優于傳統砂漿。粉煤灰干粉砂漿的長期強度發展穩定，粘結強度高，抗滲性好、耐久性優良。
2.2.5粉煤灰干粉砂漿砌體力學性能試驗
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。而砌體試驗是國家強制性規范要求的必須試驗項目。粉煤灰干粉砂漿砌體力學性能試驗結果見表7。
表7 MU20燒結普通磚、M15粉煤灰干粉砂漿砌筑的砌體力學性能
項 目 |
試驗值 | GBJ50003-2001 技術要求 |
|||||
| 平均值 MPa |
標準離差 MPa |
變異系數 ％ |
標準值 MPa |
設計值 MPa |
標準值 MPa |
設計值 MPa |
|
| 軸心抗壓 | 12.6 | 1.04 | 8.3 | 10.9 | 6.81 | 5.15 | 3.22 |
| 通縫抗剪 | 0.808 | 0.125 | 15.5 | 0.602 | 0.376 | 0.27 | 0.17 |
備注：砂漿實際強度為19.0Mpa，底模為燒結普通磚。
試驗表明，通縫抗剪強度為規范要求值的221%，軸心抗壓強度為規范要求的211%，說明粉煤灰干粉砂漿與磚粘結牢固，粉煤灰干粉砂漿砌筑的燒結普通磚砌體滿足力學性能的《砌體結構設計規范》((3BJ50003—2001)的要求。
3工程應用
1998年上海開始商品砂漿研究。到2004年6月，已建了10多條干粉砂漿生產線，產品全部摻加了粉煤灰。產品應用于市委黨校、五洲大廈、梅川二街坊商場和冠生圓科技大廈等工程，效果良好。
4 結論
4.1利用粉煤灰資源生產商品砂漿是工業廢渣綜合利用的新途徑。
4.2用低鈣Ⅱ級粉煤灰配制的干粉砂漿的物理力學性能和耐久性指標均優于傳統砂漿，粉煤灰干粉砂漿的長期強度發展穩定，粘結強度高，抗滲性好、耐久性優異，砌體力學性能優良。
4.3用低鈣Ⅱ級粉煤灰配制的干粉砂漿經大量工程使用，實際效果良好。
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