粉煤灰在干粉砂浆中的应用研究
摘要：粉煤灰作为掺合料用于干粉砂浆生产，即可改善砂浆的可操作性，又可节约水泥，是粉煤灰综合利用的新途径。掺粉煤灰的干粉砂浆性能好、性价比高，已在上海的干粉砂浆生产企业得到全面推广，并通过大量工程使用，综合技术经济效益良好。
关键词：粉煤灰 干粉砂浆 稠化粉 砂浆性能 砌体性能
1前言
众所周知，砂浆的强度等级只有水泥的八分之一到四分之一，按强度设计砂浆配合比时，水泥用量势必太少而影响了砂浆的可操作性，因此《砌筑砂浆配合比设计规程》规定了砌筑砂浆的最低水泥用量不得低于200kg/m3，尽管如此，水泥砂浆的保水性和可操作性仍较差。此外，在一般工业与民用建筑中，用于配制各种砂浆的水泥要占水泥总用量的25％左右。因此在建筑砂浆中掺加粉煤灰，既可改善砂浆的可操作性，又可节约水泥。实践表明，粉煤灰干粉砂浆具有良好的操作性、合理的强度等级、较高的产品性价比，大力推广这一技术，为粉煤灰资源的综合利用开辟了新的途径。
2粉煤灰干粉砂浆性能研究
2.1试验用原材料
2.1.1水泥：P.O 32.5MPa普通硅酸盐水泥
2.1.2 砂：细度模数2.4，含泥量2.8％。
2.1.3粉煤灰：低钙Ⅱ级灰、低钙Ⅲ级灰、高钙灰和高低钙复合灰(见表1)。
表1粉煤灰性质
项 目 需水量比(％) 烧失量(％) 细度(％) f-CaO(％)
低钙Ⅱ级灰 99 7.05 16.3 0
低钙Ⅲ级灰 105 10.00 31.5 0
高钙灰 93 1.26 8.6 2.94
高低钙复合灰 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产，性质见表2。
表2稠化粉性质
项目 分层度(mm) 强度(MPa) 抗冻性
质量损失(％) 强度损失(％)
测试值 14 17.4 0 9.8
2.2试验研究
试验采取单因素试验。试验方法采用《建筑砂浆基本性能试验方法》(JGJ70-1990)。
2.2.1粉煤灰等量取代水泥对砂浆性能的影响
试验用基准砂浆为1：3水泥砂浆，水泥用量为400kg/m3，其后以一定的比例用低钙Ⅱ级灰等量取代水泥，保持胶凝材料总量为400kg/m3，稠化粉用量为50kg/m3，以稠度控制用水量，试验结果见表3。
表3粉煤灰等量取代水泥对砂浆性能的影响
粉煤灰取代水泥(％) 用水量 (kg/m3) 稠度(mm) 分层度 (mm) 密度 (kg/m3) R7 (MPa) R28 (MPa) 90d收缩 (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
试验表明，在同等稠度条件下，粉煤灰等量取代水泥后，用水量基本不变，分层度略有降低，密度随取代率增大而降低，7d和28d强度随取代率上升而递减，收缩值变化无规律。但粉煤灰取代率超过50％时，砂浆早期强度和28d强度都有大幅度减少，因此粉煤灰取代水泥率以不超过50％为宜。
2.2.2高钙灰与低钙灰混掺对砂浆性能的影响
试验用基准砂浆为114混合砂浆，其后掺加不同比例的低钙灰和高钙灰，并通过加入稠化粉以取代石灰膏，试验结果见表4。
表4高钙灰与低钙Ⅱ级灰混掺对砂浆性能的影响
编号 水泥 (kg/m3) 石灰膏 (kg/m3) 低钙灰 (kg/m3) 高钙灰 (kg/m3) 稠化粉 (kg/m3) 砂 (kg/m3) 水 (kg/m3) 稠度 (mm) 分层度 (mm) R28 (MPa) 90d收缩 (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
试验表明，粉煤灰砂浆强度都明显大于混合砂浆，收缩值则降低了15％左右。掺加高钙灰后，砂浆强度随高钙灰替代低钙灰比例的增加而增加，与此同时，收缩值随之递减。因此，可以利用高钙灰的活性提高砂浆强度，减少收缩。
2.2.3不同品种商品粉煤灰对砂浆性能的影响
本文以上海地区不同品种的商品粉煤灰，以两个固定掺量进行了对比试验，试验结果见表5。
表5不同品种商品粉煤灰对砂浆性能的影响
编号 水泥 kg/m3 粉煤灰品种 粉煤灰 kg/m3 稠化粉 kg/m3 砂 kg/m3 水 kg/m3 R28 (MPa) 90d收缩 (mm/m)
JK- 71 229 高低钙复合灰 100 53 1314 364． 15.8 1.07
JK-72 205 高低钙复合灰 205 53 1256 335 21 0.931
JK-73 229 高钙灰 100 53 1315 350 15.5 0.844
JK-74 208 高钙灰 208 52 1274 329 18.9 0.823
JK-75 229 低钙Ⅱ级灰 100 53 1319 358 13.9 1.093
JK-76 209 低钙Ⅱ级灰 209 52 1279 331 16.7 0.962
JK-77 227 低钙Ⅲ级灰 99 53 1307 355 14.2 1.096
JK-78 200 低钙Ⅲ级灰 200 50 1225 354． 14.5 1.167
2.2.4粉煤灰干粉砂浆物理力学性能和耐久性试验
目前，粉煤灰干粉砂浆的原材料为水泥、粉煤灰、稠化粉、砂，粉煤灰干粉砂浆的物理力学性能和耐久性与原材料及其相互比例有关。以下以等水泥用量的粉煤灰干粉砂浆和传统114混合砂浆进行的主要物理力学性能及耐久性对比，试验结果见表6。
表6粉煤灰干粉砂浆与传统砂浆性能比较
项 目 粉煤灰干粉抹灰砂浆 传统抹灰砂浆
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
分层度(mm) 18 14
密度(kg/m3) 2140 2100
28d强度(MPa) 28.7 17.1
90d强度(MPa) 39.9 20.2
饱水强度(MPa) 29.9 16.5
粘结强度(MPa) 0.272 0.133
抗渗性(MPa) 0.60 0.40
收缩(‰) 0.75 0.83
抗冻性 强度损失(％) 0 3.3
质量损失(％) 0.3 12.8
试验表明，粉煤灰干粉砂浆的各项物理力学和耐久性指标均优于传统砂浆。粉煤灰干粉砂浆的长期强度发展稳定，粘结强度高，抗渗性好、耐久性优良。
2.2.5粉煤灰干粉砂浆砌体力学性能试验
砌体力学性能指标主要有：轴心抗压强度、通缝抗剪强度，其中砂浆对砌体通缝抗剪强度影响最大。而砌体试验是国家强制性规范要求的必须试验项目。粉煤灰干粉砂浆砌体力学性能试验结果见表7。
表7 MU20烧结普通砖、M15粉煤灰干粉砂浆砌筑的砌体力学性能
项 目 试验值 GBJ50003-2001 技术要求
平均值 MPa 标准离差 MPa 变异系数 ％ 标准值 MPa 设计值 MPa 标准值 MPa 设计值 MPa
轴心抗压 12.6 1.04 8.3 10.9 6.81 5.15 3.22
通缝抗剪 0.808 0.125 15.5 0.602 0.376 0.27 0.17
备注：砂浆实际强度为19．0Mpa，底模为烧结普通砖。
试验表明，通缝抗剪强度为规范要求值的221％，轴心抗压强度为规范要求的211％，说明粉煤灰干粉砂浆与砖粘结牢固，粉煤灰干粉砂浆砌筑的烧结普通砖砌体满足力学性能的《砌体结构设计规范》((3BJ50003—2001)的要求。
3工程应用
1998年上海开始商品砂浆研究。到2004年6月，已建了10多条干粉砂浆生产线，产品全部掺加了粉煤灰。产品应用于市委党校、五洲大厦、梅川二街坊商场和冠生圆科技大厦等工程，效果良好。
4 结论
4.1利用粉煤灰资源生产商品砂浆是工业废渣综合利用的新途径。
4.2用低钙Ⅱ级粉煤灰配制的干粉砂浆的物理力学性能和耐久性指标均优于传统砂浆，粉煤灰干粉砂浆的长期强度发展稳定，粘结强度高，抗渗性好、耐久性优异，砌体力学性能优良。
4.3用低钙Ⅱ级粉煤灰配制的干粉砂浆经大量工程使用，实际效果良好。
摘要：粉煤灰作为掺合料用于干粉砂浆生产，即可改善砂浆的可操作性，又可节约水泥，是粉煤灰综合利用的新途径。掺粉煤灰的干粉砂浆性能好、性价比高，已在上海的干粉砂浆生产企业得到全面推广，并通过大量工程使用，综合技术经济效益良好。
关键词：粉煤灰 干粉砂浆 稠化粉 砂浆性能 砌体性能
1前言
众所周知，砂浆的强度等级只有水泥的八分之一到四分之一，按强度设计砂浆配合比时，水泥用量势必太少而影响了砂浆的可操作性，因此《砌筑砂浆配合比设计规程》规定了砌筑砂浆的最低水泥用量不得低于200kg/m3，尽管如此，水泥砂浆的保水性和可操作性仍较差。此外，在一般工业与民用建筑中，用于配制各种砂浆的水泥要占水泥总用量的25％左右。因此在建筑砂浆中掺加粉煤灰，既可改善砂浆的可操作性，又可节约水泥。实践表明，粉煤灰干粉砂浆具有良好的操作性、合理的强度等级、较高的产品性价比，大力推广这一技术，为粉煤灰资源的综合利用开辟了新的途径。
2粉煤灰干粉砂浆性能研究
2.1试验用原材料
2.1.1水泥：P.O 32.5MPa普通硅酸盐水泥
2.1.2 砂：细度模数2.4，含泥量2.8％。
2.1.3粉煤灰：低钙Ⅱ级灰、低钙Ⅲ级灰、高钙灰和高低钙复合灰(见表1)。
表1粉煤灰性质
项 目 需水量比(％) 烧失量(％) 细度(％) f-CaO(％)
低钙Ⅱ级灰 99 7.05 16.3 0
低钙Ⅲ级灰 105 10.00 31.5 0
高钙灰 93 1.26 8.6 2.94
高低钙复合灰 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产，性质见表2。
表2稠化粉性质
项目 分层度(mm) 强度(MPa) 抗冻性
质量损失(％) 强度损失(％)
测试值 14 17.4 0 9.8
2.2试验研究
试验采取单因素试验。试验方法采用《建筑砂浆基本性能试验方法》(JGJ70-1990)。
2.2.1粉煤灰等量取代水泥对砂浆性能的影响
试验用基准砂浆为1：3水泥砂浆，水泥用量为400kg/m3，其后以一定的比例用低钙Ⅱ级灰等量取代水泥，保持胶凝材料总量为400kg/m3，稠化粉用量为50kg/m3，以稠度控制用水量，试验结果见表3。
表3粉煤灰等量取代水泥对砂浆性能的影响
粉煤灰取代水泥(％) 用水量 (kg/m3) 稠度(mm) 分层度 (mm) 密度 (kg/m3) R7 (MPa) R28 (MPa) 90d收缩 (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
试验表明，在同等稠度条件下，粉煤灰等量取代水泥后，用水量基本不变，分层度略有降低，密度随取代率增大而降低，7d和28d强度随取代率上升而递减，收缩值变化无规律。但粉煤灰取代率超过50％时，砂浆早期强度和28d强度都有大幅度减少，因此粉煤灰取代水泥率以不超过50％为宜。
2.2.2高钙灰与低钙灰混掺对砂浆性能的影响
试验用基准砂浆为114混合砂浆，其后掺加不同比例的低钙灰和高钙灰，并通过加入稠化粉以取代石灰膏，试验结果见表4。
表4高钙灰与低钙Ⅱ级灰混掺对砂浆性能的影响
编号 水泥 (kg/m3) 石灰膏 (kg/m3) 低钙灰 (kg/m3) 高钙灰 (kg/m3) 稠化粉 (kg/m3) 砂 (kg/m3) 水 (kg/m3) 稠度 (mm) 分层度 (mm) R28 (MPa) 90d收缩 (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
试验表明，粉煤灰砂浆强度都明显大于混合砂浆，收缩值则降低了15％左右。掺加高钙灰后，砂浆强度随高钙灰替代低钙灰比例的增加而增加，与此同时，收缩值随之递减。因此，可以利用高钙灰的活性提高砂浆强度，减少收缩。
2.2.3不同品种商品粉煤灰对砂浆性能的影响
本文以上海地区不同品种的商品粉煤灰，以两个固定掺量进行了对比试验，试验结果见表5。
表5不同品种商品粉煤灰对砂浆性能的影响
编号 水泥 kg/m3 粉煤灰品种 粉煤灰 kg/m3 稠化粉 kg/m3 砂 kg/m3 水 kg/m3 R28 (MPa) 90d收缩 (mm/m)
JK- 71 229 高低钙复合灰 100 53 1314 364． 15.8 1.07
JK-72 205 高低钙复合灰 205 53 1256 335 21 0.931
JK-73 229 高钙灰 100 53 1315 350 15.5 0.844
JK-74 208 高钙灰 208 52 1274 329 18.9 0.823
JK-75 229 低钙Ⅱ级灰 100 53 1319 358 13.9 1.093
JK-76 209 低钙Ⅱ级灰 209 52 1279 331 16.7 0.962
JK-77 227 低钙Ⅲ级灰 99 53 1307 355 14.2 1.096
JK-78 200 低钙Ⅲ级灰 200 50 1225 354． 14.5 1.167
2.2.4粉煤灰干粉砂浆物理力学性能和耐久性试验
目前，粉煤灰干粉砂浆的原材料为水泥、粉煤灰、稠化粉、砂，粉煤灰干粉砂浆的物理力学性能和耐久性与原材料及其相互比例有关。以下以等水泥用量的粉煤灰干粉砂浆和传统114混合砂浆进行的主要物理力学性能及耐久性对比，试验结果见表6。
表6粉煤灰干粉砂浆与传统砂浆性能比较
项 目 粉煤灰干粉抹灰砂浆 传统抹灰砂浆
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
分层度(mm) 18 14
密度(kg/m3) 2140 2100
28d强度(MPa) 28.7 17.1
90d强度(MPa) 39.9 20.2
饱水强度(MPa) 29.9 16.5
粘结强度(MPa) 0.272 0.133
抗渗性(MPa) 0.60 0.40
收缩(‰) 0.75 0.83
抗冻性 强度损失(％) 0 3.3
质量损失(％) 0.3 12.8
试验表明，粉煤灰干粉砂浆的各项物理力学和耐久性指标均优于传统砂浆。粉煤灰干粉砂浆的长期强度发展稳定，粘结强度高，抗渗性好、耐久性优良。
2.2.5粉煤灰干粉砂浆砌体力学性能试验
砌体力学性能指标主要有：轴心抗压强度、通缝抗剪强度，其中砂浆对砌体通缝抗剪强度影响最大。而砌体试验是国家强制性规范要求的必须试验项目。粉煤灰干粉砂浆砌体力学性能试验结果见表7。
表7 MU20烧结普通砖、M15粉煤灰干粉砂浆砌筑的砌体力学性能
项 目 试验值 GBJ50003-2001 技术要求
平均值 MPa 标准离差 MPa 变异系数 ％ 标准值 MPa 设计值 MPa 标准值 MPa 设计值 MPa
轴心抗压 12.6 1.04 8.3 10.9 6.81 5.15 3.22
通缝抗剪 0.808 0.125 15.5 0.602 0.376 0.27 0.17
备注：砂浆实际强度为19．0Mpa，底模为烧结普通砖。
试验表明，通缝抗剪强度为规范要求值的221％，轴心抗压强度为规范要求的211％，说明粉煤灰干粉砂浆与砖粘结牢固，粉煤灰干粉砂浆砌筑的烧结普通砖砌体满足力学性能的《砌体结构设计规范》((3BJ50003—2001)的要求。
3工程应用
1998年上海开始商品砂浆研究。到2004年6月，已建了10多条干粉砂浆生产线，产品全部掺加了粉煤灰。产品应用于市委党校、五洲大厦、梅川二街坊商场和冠生圆科技大厦等工程，效果良好。
4 结论
4.1利用粉煤灰资源生产商品砂浆是工业废渣综合利用的新途径。
4.2用低钙Ⅱ级粉煤灰配制的干粉砂浆的物理力学性能和耐久性指标均优于传统砂浆，粉煤灰干粉砂浆的长期强度发展稳定，粘结强度高，抗渗性好、耐久性优异，砌体力学性能优良。
4.3用低钙Ⅱ级粉煤灰配制的干粉砂浆经大量工程使用，实际效果良好。
