绿色化水泥砂浆的优化与研究

文/刘玲 湘乡市住房和城乡建设局 湖南湘乡 411400

1、引言

当今世界面临着资源逐步枯竭和环境日益恶化的严重问题，因此节约资源与环境保护成为当前人们关注的重点。人类大规模的工程建设不可避免的需要用量巨大的水泥基材料，这就与保护环境、节约资源的要求产生冲突，因此很有必要开发出一种绿色环保的生态化水泥材料[1]。目前，绿色化水泥材料的开发已经引起了广大学者的兴趣，2008年，刘红宇等采用粉煤灰代替了砂浆中部分水泥，研制出了新型绿色化水泥砂浆胶凝材料[2]。建筑用砂浆的骨料主要为砂，然而天然砂是一种不可再生资源，因此采用粉煤灰、矿渣或钢渣等人造砂取代天然砂，也是绿色化水泥浆料配置的一种方法。但目前绿色化水泥浆料的制备中采用粉煤灰替代部分水泥的做法会使得水泥砂浆强度降低，无法满足实际应用要求。文献报道，在砂浆中加入固硫灰可以显著提高其强度，固硫灰具有自硬性、火山灰活性和膨胀性等特点[3]。本文研究了粉煤灰掺入量对水泥砂浆的性能影响，并通过加入固硫灰，研究其对绿色化水泥砂浆性能的优化。

2、实验部分

2.1 实验原料

为了研究粉煤灰对绿色化水泥砂浆的性能影响，选择了粉煤灰掺入量作为变量，如表1所示，选用的粉煤灰为双槐原灰，表1中粉煤灰和水泥的质量总和为250kg/m3。

固硫灰中含大量SO3，以及CaO和石灰石等物质，其含量如表2所示：

加入固硫灰可降低水泥砂浆成本提高其性能。在粉煤灰含量为60kg/m3的样品中加入不同含量的固硫灰，如表3所示，固硫灰含量按照所占水泥砂浆质量的百分比计算：

2.2 实验方法

按照表1和表3所示的配比，先将粉煤灰、水泥、人工砂和固硫灰等原料进行低速搅拌，时间为5min，水泥砂浆搅拌机的型号为JJ-5；之后按照配比加入水，分别在低速和高速条件下搅拌5min形成水泥砂浆。将水泥砂浆倒入模具中(50×50×180mm)，覆盖塑料薄膜成型，48h后脱模，密封后在恒温(20℃)恒湿(60%)条件下保存，分别在7d和28d时测试其抗弯强度，测试仪器为CMT5101型电子万能试验机。

表1 不同粉煤灰掺入量的水泥砂浆配比

表2 固硫灰化学组分表

表3 不同固硫灰含量的水泥砂浆配比

3、结果分析

3.1 粉煤灰掺入量对水泥砂浆强度的影响

图1 粉煤灰掺入量对水泥砂浆7d和28d抗弯强度的影响

图1所示为粉煤灰掺入量对水泥砂浆7d和28d的抗弯强度的影响，从图中可以看出经过28d后样品的抗弯强度有所增加，掺入粉煤灰后使得水泥砂浆样品的抗弯强度降低，随着掺入量的提高，抗弯强度逐渐增加，当掺入量为60kg/m3时，抗弯强度达到最大，继续提高掺入量，抗弯强度略微减小。

3.2 固硫灰含量对水泥砂浆强度的影响

图2 固硫灰含量对水泥砂浆7d和28d抗弯强度的影响

图2为固硫灰含量对水泥砂浆7d和28d抗弯强度的影响，水泥砂浆中含有60kg/m3的粉煤灰。图示可得28d的抗弯强度要大于7d的抗弯强度，加入固硫灰后，可以显著提高掺入粉煤灰的水泥砂浆样品的抗弯强度，随着固硫灰含量的增加，抗弯强度逐渐增加，当固硫灰含量为30%时，水泥砂浆样品的抗弯强度比不加入粉煤灰的水泥砂浆样品还要高，说明固硫灰的加入可以提高绿色化水泥砂浆的抗弯强度，满足应用要求。继续增加固硫灰含量，抗弯强度没有明显变化。

结论：

综上所述，在水泥砂浆中加入粉煤灰以实现其绿色化，但加入粉煤灰替代水泥的结果是使砂浆样品的抗弯强度降低，当粉煤灰掺入量为60kg/m3时，抗弯强度为最大，此时加入固硫灰可以提高绿色水泥砂浆的抗弯强度，当固硫灰含量为30%时，可以显著增加绿色化水泥砂浆的抗弯强度。