混雜激發劑摻率對無熟料水泥砂漿的影響研究

遲翠萍 牛 碩 魏廣岳 裴長春*

(延邊大學工學院，吉林 延吉 133002)

混雜激發劑摻率對無熟料水泥砂漿的影響研究

遲翠萍 牛 碩 魏廣岳 裴長春*

(延邊大學工學院，吉林 延吉 133002)

利用粉煤灰和礦渣取代100%熟料水泥，同時以再生細骨料替代部分天然砂，研究不同混雜激發劑摻入率對無熟料水泥砂漿的基礎特性的影響，試驗結果表明，無熟料水泥砂漿的稠度及強度均低于OPC，隨著混雜激發劑摻入率的增加，砂漿的流動性逐步降低、強度逐步提高。

混雜激發劑，無熟料水泥，稠度，抗壓強度，抗折強度

隨著建設業的高速發展，水泥的使用量也逐年增加，據統計2014年我國的水泥產量達到24.7億t[1]，居世界第一。首先水泥的生產過程中需要消耗大量的能源，并產生大量粉塵和二氧化碳，造成嚴重的環境污染。其次，隨著工業的發展產生大量的工業廢棄物，如鋼鐵冶煉過程中產生的礦渣，熱電廠煤燒結后產生的粉煤灰等。這些工業廢棄物如果不能被合理處理，則對環境產生嚴重危害，而且不符合我國可持續發展及節能減排的號召。目前，在我國為了降低能源消耗、減少環境污染，部分水泥用粉煤灰或礦渣等工業廢棄物代替拌制混凝土，但由于使用這些工業廢棄物后混凝土的力學性能降低，其利用率受到一定的限制。本文為了擴大工業垃圾的再利用率，利用粉煤灰和礦渣全部取代傳統的熟料水泥[2- 4]膠凝材料，同時用再生細骨料代替部分天然砂[5，6]，并為了促進其水化加入堿性混雜激發劑，來探討無熟料水泥再生骨料砂漿的流動性及力學性能，為無熟料水泥再生骨料砂漿的應用提供技術參考。

1 試驗方案設計及方法

1.1 試驗方案設計

本試驗采用水膠比為0.4，在膠凝體中摻入以重量比粉煤灰47.5%、礦渣47.5%，生石灰5%來取代全部水泥，在骨料中以重量比取代20%的再生細骨料配制無熟料水泥砂漿，并為了分析其基礎特性，改變混雜激發劑(NaOH和KOH的重量比例為2∶1)的摻入率，摻入率包括0%，0.25%，0.5%，0.75%，1.0% 5組。且為了與無熟料水泥砂漿做性能比較多配制了一組膠凝體中使用100%普通硅酸鹽水泥的砂漿(簡稱OPC)，共計劃6組試驗。本試驗的砂漿配合比如表1所示。

表1 無水泥砂漿配合比 kg

1.2 試驗原材料

本試驗采用的水泥為延邊朝鮮族自治州廟嶺牌P.O42.5型號普通硅酸鹽水泥，密度為3 115 kg/m3；粉煤灰使用吉林省延吉市發電廠生產，密度為2 200 kg/m3；礦渣為濟南市歷城區榮興達礦粉廠生產，密度為2 890 kg/m3；生石灰密度為2 700 kg/m3。本試驗采用棕黃色液體聚羧酸高效減水劑，固含量為20%、減水率25%。激發劑NaOH和KOH的質量分數分別為96.0%,82.0%。試驗用天然砂為延吉市本地產天然黃沙，品級為細砂，級配良好，密度為2 705 kg/m3；試驗用再生細骨料為廢棄試塊用顎式破碎機破碎而成，廢棄混凝土的強度為20 MPa～40 MPa，表觀密度為2 280 kg/m3。天然砂和再生細骨料的基本物理性能指標如表2所示。

表2 天然砂和再生骨料基本物理性能指標

1.3 試驗方法

本試驗先將膠凝材料、細骨料機械干攪拌60 s，然后把稱量完的水、混雜復合激發劑及減水劑加入拌合物當中，再攪拌180 s，并把拌合完的砂漿裝模后插搗抹平，最后用振動臺振實。稠度試驗根據JGJ/T 70—2009建筑砂漿基本性能試驗方法標準測定。砂漿抗壓及抗折強度按照GB/T 17671—2005水泥膠砂強度檢測方法測定。

2 試驗結果與分析

2.1 塑性狀態砂漿稠度

圖1和圖2分別是激發劑摻入率變化下的砂漿稠度和相對OPC的稠度百分比。由圖可知，首先使用100%普通硅酸鹽水泥的OPC砂漿稠度為5.8 cm，而未摻入激發劑的H0組砂漿的稠度為5.1 cm，達到OPC的87.9%。隨著激發劑摻入率的增加，砂漿的稠度逐步降低。這是因為在高堿性環境中礦渣的潛在水硬性反應和粉煤灰火山灰反應開始逐步進行，生成水化物，砂漿逐步降低流動性。

2.2 力學性能分析

1)抗壓強度。圖3和圖4分別是激發劑摻入率變化下的砂漿7 d抗壓強度與相對OPC抗壓強度百分比。由圖可知，在齡期7 d時,使用100%普通硅酸鹽水泥的OPC組抗壓強度為30.2 MPa，而未摻入激發劑的H0組砂漿的抗壓強度為0。當激發劑摻入0.25%，0.5%，0.75%，1%時，砂漿抗壓強度分別為0 MPa，14.4 MPa，16.4 MPa，16.7 MPa，相對OPC抗壓強度百分比分別為0%，47.7%，54.2%，55.2%，即隨著激發劑摻入率的增加，砂漿抗壓強度逐步增加。這是因為在低堿性環境中粉煤灰未發生火山灰反應，高爐礦渣因被玻璃體包圍與外界的水隔離[7]，未能進行水化反應。隨著堿性激發劑摻入率增加，OH-濃度越來越高，在較高的堿性環境中粉煤灰的火山灰反應逐步進行、礦渣周圍玻璃體逐漸被破壞，礦渣參與水化反應，砂漿強度逐漸提高。

圖5和圖6分別是激發劑摻入率變化下的砂漿28 d抗壓強度與相對OPC抗壓強度百分比。由圖可知，在齡期28 d時，OPC抗壓強度為41.6 MPa，而H0組砂漿的抗壓強度為0。隨著激發劑摻入率的增加，砂漿28 d抗壓強度仍逐步增加。其中摻入激發劑H75和H100的28 d抗壓強度分別達到20.7 MPa，21.9 MPa，分別達到OPC的49.8%，52.6%，得到比較良好的強度值。

2)抗折強度。圖7和圖8分別是激發劑摻入率變化下的砂漿7 d抗折強度與相對OPC抗折強度百分比。由圖可知，在齡期7 d時，OPC的抗折強度為5.1 MPa，而H0砂漿的抗折強度為0。當激發劑摻入0.25%，0.5%，0.75%，1%時，砂漿7 d抗折強度分別為0 MPa，3.6 MPa，4.2 MPa，4.5 MPa，相對OPC百分比分別為0%，70.5%，83.0%，88.4%，即隨著激發劑摻入率的增加,砂漿的抗折強度得到較小幅度的提高。

圖9和圖10分別是激發劑摻入率變化下的砂漿28 d抗折強度與相對OPC抗折強度百分比。由圖可知，在齡期28 d時，OPC的抗折強度為5.5 MPa，而H0砂漿的28 d抗折強度為1.0 MPa，達到OPC的17.6%。隨著激發劑摻入率的增加，砂漿28 d抗折強度仍逐步增加，其中摻入激發劑H75和H100的28 d抗折強度分別達到4.3 MPa，4.4 MPa，得到比較良好的強度值。

2.3 綜合分析

表3 砂漿基礎特性綜合評價

無熟料水泥砂漿基礎特性綜合評價如表3所示。由綜合評價可知，在本試驗中，無熟料水泥砂漿H75和H100的稠度及抗壓強度、抗折強度相對穩定，并且在各項技術指標中獲得良好的效果。但在滿足流動性及力學性能的條件下考慮經濟性，則在無熟料水泥砂漿中摻入混雜激發劑0.75%的H75組試驗結果比較良好。

3 結語

本文通過在無熟料水泥再生骨料砂漿中摻入混雜堿性激發劑來分析砂漿的流動性及強度特性，其結果如下：

1)未摻入混雜激發劑的H0組砂漿的稠度為5.1 cm，達到OPC的87.9%，隨著混雜激發劑摻入率的增加，稠度呈現下降趨勢。

2)未摻入混雜激發劑的H0組砂漿的抗壓強度均為0，隨著混雜激發劑摻入率的增加，無熟料水泥砂漿的抗壓強度呈增長趨勢。在齡期28 d混雜激發劑摻入率0.75%和1%時得到20 MPa以上抗壓強度。

3)未摻入混雜激發劑的H0組砂漿的7 d抗折強度為0，隨著混雜激發劑摻入率的增加，無熟料水泥砂漿的抗折強度呈增長趨勢。在混雜激發劑摻入率0.75%和1%時28 d抗折強度分別得到4.3 MPa，4.4 MPa。

在本試驗范圍內，由于混雜激發劑摻入率由0.75%增加至1%時，砂漿的強度增長幅度不明顯，因此如考慮經濟性，則混雜激發劑摻入率為0.75%的H75組砂漿性能比較良好。

[1] 中商情報網.2014年中國水泥產量統計分析[EB/OL][2015-02-04].http://www.askci.com/chanye/2015/02/04/1626509v2s.shtml.

[2] 彭 杰，董健苗，吳輝琴，等.礦粉—粉煤灰水泥基材料的試驗研制[J].混凝土,2013(5):87-92.

[3] 李書進,厲見芬.堿激發大摻量粉煤灰膠凝材料的試驗研究[J].粉煤灰,2010(6):10-14.

[4] 陳 雷,肖 佳，唐咸燕，等.粉煤灰和礦渣雙摻對混凝土性能影響的研究[J].粉煤灰綜合利用,2007(2):22-25.

[5] 曹 劍，張 健，李秋義.礦物摻和料和再生骨料對再生混凝土工作性的影響[J].青島理工大學學報，2009(4)：144-165.

[6] Pei Changchun.The Experimental Study On Strength Of Recycled Concrete And Recycled Reinforced Concrete Columns By Non-damaged Test，5th International Symposium between China,Japan and Korea，2011.

[7] 張海龍，王曉博，左展毓，等.粉煤灰和礦渣不同配合比對無水泥砂漿性能的影響[J].延邊大學學報(自然科學版)，2012,38(2)：163-167.

Research on the effect of no cement mortars with different incorporation efficiency of mixed activators

Chi Cuiping Niu Shuo Wei Guangyue Pei Changchun*

(CollegeofEngineering,YanbianUniversity,Yanji133002,China)

This article utilized fly flash and slag to replace 100% of cement clinker, and used recycled fine aggregates to replace the part of natural sands to study the effect on the basic characteristics of no cement mortars with different incorporation efficiency of mixed activators. The test results showed that, the consistency and strength of no cement mortars were lower than Ordinary Portland Cement(OPC). With the increase in the incorporation efficiency of mixed activators, the fluidity of mortars gradually reduced and the strength of mortars gradually increased.

mixed activators, no clinker cement, consistency, compression strength, flexural strength

2015-04-04

遲翠萍(1994- )，女，在讀本科生

裴長春(1976- )，男，博士，講師

1009-6825(2015)17-0090-03

TU525

A