復合礦物摻和料對薄灰縫砌筑砂漿強度影響的研究

肖力光，邢紋浩

(吉林建筑大學 材料科學與工程學院，吉林 長春 130118)

我國土建技術日新月異，涌現了以蒸壓加氣混凝土砌塊為代表的新一代墻體保溫技術，代表著建材“輕質、高強、節能”的發展理念及建筑物“精工細作”的工匠模式。薄灰縫砌筑砂漿為高性能蒸壓加氣混凝土砌塊專用配套砂漿，能有效解決普通砂漿與砌塊匹配程度不高、開裂等問題，且具有優良熱工性能等優點；粉煤灰、礦渣為工業廢棄物，砂漿中添加礦物摻和料有減少水泥用量，改善砂漿和易性、耐久性，提升強度等好處[1-3]?，F進行關于粉煤灰、礦渣兩種摻和料對薄灰縫砌筑砂漿力學性能影響規律[4-6]的研究，探究兩者最優摻量、細度組合，為相關實際應用提供參考。

1 實驗部分

1.1 材料

水泥：選用吉林亞泰生產的P·O42.5級水泥；粉煤灰：采用符合國家標準的Ⅱ級粉煤灰，成分見表1，礦渣成分見表2。砂：70～90目石英砂；水：自來水。采用DM-4L變頻行星式球磨機，以200 rad/s速度對摻和料進行機械粉磨。

表1 粉煤灰化學成分(%)Table 1 Chemical composition of fly ash

表2 礦渣化學成分(%)Table 2 Chemical composition of slag

1.2 實驗方法

分別將粉煤灰、礦渣以10%,20%,30%,40%等量替代水泥，測各組砂漿7,28 d抗折、抗壓強度，分析摻量對砂漿性能的影響規律。測試操作按照JGJ/T 70《建筑砂漿基本性能試驗方法標準》、力學性能試驗依據GB/T 17671《水泥膠砂強度檢驗方法》；砂漿試塊尺寸為160 mm×40 mm×40 mm，成型后立即用塑料薄膜覆蓋表面，在溫度為(20±1) ℃的環境中養護24 h后拆除模具，隨后立即放入標準養護箱中護養。

2 結果與討論

2.1 粉煤灰摻量對砂漿的作用規律

將水、砂、水泥按一定比例調配，設為初始配合比。將粉煤灰依次以0，10%，20%，30%，40%等量取代水泥，配制砂漿試塊，圖1、圖2為粉煤灰摻量對砂漿7，28 d齡期的抗壓強度影響規律圖。

圖1 粉煤灰摻量對砂漿7 d力學性能的影響Fig.1 Influence of fly ash content onmechanical properties of mortar 7 d

圖2 粉煤灰摻量對砂漿28 d力學性能的影響Fig.2 Influence of fly ash content onmechanical properties of mortar 28 d

由圖1可知，粉煤灰對砂漿早期抗壓強度起負面影響，抗壓強度隨其摻量增加而持續下降；由圖2可知，僅摻10%的粉煤灰能小幅度提升砂漿后期抗折、抗壓強度，是初始配合比強度的1.05，1.04倍。

固定粉煤灰摻量為10%，將其粉磨10,20,30 min后分別摻入砂漿，測砂漿28 d強度，見圖3?？梢钥闯?，砂漿力學強度隨粉煤灰粉磨時間的延長而增加，但增長幅度勢頭卻逐漸減弱。摻研磨20 min粉煤灰組砂漿與摻30 min組砂漿力學性能差別不大，考慮到球磨機能耗等方面情況，因此認為研磨20 min為最佳時間，砂漿抗折、抗壓強度是未粉磨組的1.4,1.3倍，說明在相同摻量下，機械粉磨能較大的激發摻和料活性。

圖3 粉煤灰研磨時間對砂漿28 d力學性能的影響Fig.3 Effect of fly ash grinding time onmechanical properties of mortar in 28 d

2.2 礦渣摻量對砂漿的作用規律

將礦渣依次以0,10%,20%,30%,40%等量取代水泥，配制試塊，圖4、圖5為礦渣摻量對砂漿7,28 d齡期的抗壓強度影響規律圖。

圖4 礦渣摻量對砂漿7 d力學性能的影響Fig.4 Influence of slag content on mechanicalproperties of mortar 7 d

圖5 礦渣摻量對砂漿28 d力學性能的影響Fig.5 Influence of slag content on mechanicalproperties of mortar 28 d

可明顯看出：礦渣對砂漿早期、后期強度發展起負面作用，砂漿強度隨其摻量增加而持續小幅下降。

2.3 粉煤灰、礦渣雙摻比例對砂漿作用規律

將粉煤灰與礦渣雙摻總摻量固定為水泥使用量的30%，以粉煤灰用量與礦渣用量質量比分別為3∶1,2∶1,1∶1,1∶2,1∶3制作試件。圖6、圖7為粉煤灰與礦渣雙摻比例對砂漿7,28 d力學性能影響規律?？梢钥闯觯弘S著粉煤灰所占比重持續下降，試塊的早期、后期抗折強度均持續降低；而砂漿的抗壓強度呈先升后降的趨勢，當粉煤灰與礦渣比例為1∶1時砂漿抗壓強度最高，故在后續試驗時固定兩者之間比例為1∶1。

圖6 粉煤灰與礦渣雙摻比例對砂漿7 d力學性能的影響Fig.6 The influence of the proportion of fly ash and slagon the mechanical properties of mortar 7 d

圖7 粉煤灰與礦渣雙摻比例對砂漿28 d力學性能的影響Fig.7 The influence of the proportion of fly ash and slag on the mechanical properties of mortar 28 d

2.4 粉煤灰、礦渣粉磨時間對砂漿作用規律

將粉煤灰與礦渣雙摻總摻量固定為水泥使用量的30%，且兩者比例為1∶1，探究兩者細度對砂漿力學強度的作用曲線。其中，F代表粉煤灰，分別粉磨10，20，30 min；S代表礦渣，分別粉磨20，40，60 min。舉例，圖8、圖9中F10S20代表為：研磨10 min的粉煤灰與研磨20 min礦渣雙摻作為摻和料，下同。圖8、圖9為粉煤灰與礦渣1∶1雙摻時研磨時間對砂漿7，28 d力學性能的作用規律圖。可以看出：F20S40組砂漿抗折、抗壓強度最高，即：摻15%研磨20 min粉煤灰和15%研磨40 min礦渣的砂漿力學性能最高，砂漿28 d抗折、抗壓強度為初始配合比組(未摻摻和料)的105%，119%。

圖8 粉煤灰與礦渣研磨時間對砂漿7 d力學性能的影響Fig.8 Effect of fly ash and slag grinding time onmechanical properties of mortar for 7 d

圖9 粉煤灰與礦渣研磨時間對砂漿28 d力學性能的影響Fig.9 Effect of fly ash and slag grinding time on

表3 不同研磨時間下粉煤灰、礦渣比表面積Table 3 Specific surface area of fly ash and slag at different grinding time

2.5 水泥-粉煤灰-礦渣膠凝體系分析

表3為不同研磨時間下粉煤灰、礦渣的比表面積，可以看出粉煤灰與礦渣的比表面積隨時間的增加而逐漸增大，但其增加量卻在逐漸減小，即研磨效率隨時間的增加而逐漸降低。當礦物摻和料等質量代替水泥時，因水泥密度大于粉煤灰、礦渣，根據密度公式可m=ρv得，替換后砂漿中膠凝材料總體積增加。又因水泥比表面積為3 070 cm2/g，低于各種粉磨后礦物摻和料的比表面積，因此，砂漿中膠凝材料的總比表面積被提高，相同的水灰比下，漿體對集料的包裹性得到了提升。

粉煤灰是在高溫下形成的玻璃態微珠，絕大多數為顆粒細小、外表光滑的硅鋁球型玻璃體，有較好的“形態效應”，猶如軸承的“滾珠”般產生潤滑作用，增加流動性并減少用水量。砂漿[7-8]的內部結構因孔隙的填充而得到改善，內部自由水因連通的孔隙被阻隔而不易流動，能改善砂漿泌水性能，使其富有粘聚性。

礦渣粉在顆粒形態上與粉煤灰相比處于劣勢，在水泥水化過程中，未參與反應的顆粒將均勻的分布在膠凝體中，這對改善孔結構、填充毛細孔，提高水泥石密實度起到積極的作用。此外，膠凝材料會因礦渣顆粒的“微骨料骨架作用”而具有更好的顆粒級配，從而最終形成密實的水泥-粉煤灰-礦渣三維堆積膠凝體系。

3 結論

(1)摻和料的種類與使用量對砂漿強度有一定影響作用。單摻時，僅摻10%粉煤灰能略提升砂漿強度，幅度約為5%；礦渣的單摻使得砂漿強度隨使用量的增加而持續小幅降低。

(2)摻和料細度對砂漿強度有較顯著影響作用。其中，混合添加15%研磨20 min粉煤灰與15%研磨40 min礦渣的砂漿強度最高，是未摻摻和料時砂漿抗折、抗壓強度的105%,119% 。粉煤灰與礦渣雙摻可起到提高薄灰縫砌筑砂漿工作性、節約水泥使用量與提升強度等多重作用，具有較高經濟意義和實際應用價值。