郭浩然，吳建林

(武漢輕工大學(xué)土木工程與建筑學(xué)院，湖北武漢430023)

混凝土由于其具備功能多樣性和經(jīng)濟(jì)性成為使用最為廣泛的一種人造建筑材料，波特蘭水泥在生產(chǎn)過(guò)程中，會(huì)釋放大量CO2。再加上混凝土的廣泛使用，使得波特蘭水泥大量生產(chǎn)，從而加劇了溫室效應(yīng)。我國(guó)的粉煤灰年排放量在不斷地增長(zhǎng)，這給國(guó)民經(jīng)濟(jì)建設(shè)和生態(tài)環(huán)境造成了巨大的壓力。粉煤灰混凝土技術(shù)不僅可以實(shí)現(xiàn)粉煤灰的資源化，解決環(huán)境污染問(wèn)題;還可以改善混凝土的質(zhì)量，增加混凝土品種，降低混凝土水化熱及綜合成本［1］。因此大力發(fā)展粉煤灰的綜合利用具有十分重要的意義。

攪拌是使混合料趨干勻質(zhì)化的過(guò)程，是混凝土生產(chǎn)中的關(guān)鍵工序，良好均勻性和施工性能是混凝土攪拌的最終目的。目前水泥砂漿普遍采用將水泥加入水中，先慢速攪拌60s，再快速攪拌120s的攪拌方法，該方法優(yōu)點(diǎn)是攪拌設(shè)備與工藝較簡(jiǎn)單。但是對(duì)于粉煤灰水泥凈漿，尤其是粉煤灰摻量較大時(shí)，應(yīng)在加水之前將混合物充分?jǐn)嚢柙偌尤胨?，以利于混合物的化學(xué)反應(yīng)可以更加充分。根據(jù)對(duì)攪拌過(guò)程的分析，攪拌時(shí)間可以定義為:從開(kāi)始攪拌到拌合物開(kāi)始離析時(shí)的時(shí)間［2］。對(duì)于粉煤灰水泥凈漿攪拌效果的分析可以從兩個(gè)方面進(jìn)行:一是攪拌后凈漿的流動(dòng)性，二是凈漿的7d抗壓強(qiáng)度。

在實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)，拌和后宏觀上均勻的水泥凈漿放在顯微鏡下會(huì)，仍有10%—30%的水泥顆粒粘聚成微小的水泥團(tuán)，微觀上并未達(dá)到均勻［3］。這種現(xiàn)象同樣會(huì)出現(xiàn)在粉煤灰水泥凈漿中，而這種問(wèn)題與凈漿的攪拌時(shí)間有關(guān)。

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

1.1 實(shí)驗(yàn)原材料

粉煤灰:湖北省武漢市青山發(fā)電廠的一級(jí)粉煤灰，粒度分布以及化學(xué)成分見(jiàn)表1表2。

水泥:采用波特蘭第一型水泥，其物理性質(zhì)及化學(xué)成分如表3所示。

水:自來(lái)水。

表1 粉煤灰的粒度分布

表2 粉煤灰的化學(xué)成分 /%

1.2 實(shí)驗(yàn)分組

實(shí)驗(yàn)中采用的粉煤灰水泥凈漿的配合比分組如表4所示。

1.3 粉煤灰水泥凈漿的制作與取樣

對(duì)于S02-S05組，先將稱量好的固體粉末倒在水泥凈漿攪拌機(jī)中干拌5分鐘，使混合物可以混合均勻，再緩慢加入稱量好的水，注意加水過(guò)程應(yīng)為邊加水邊攪拌。對(duì)于攪拌時(shí)間為2min，5min，10min，15 min和20 min時(shí)取5個(gè)試樣，進(jìn)行后續(xù)的凈漿流動(dòng)性及抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)。

1.4 實(shí)驗(yàn)依據(jù)

根據(jù)《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO法)》GB/T17671、《水泥取樣方法》GB12573，《水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、安定性檢驗(yàn)方法》GB1346，《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》GB1596中規(guī)定的方法檢驗(yàn)相關(guān)指標(biāo)。

表3 水泥物理性質(zhì)及化學(xué)成分

表4 粉煤灰水泥凈漿的配合比組分

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 流動(dòng)性實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖1—圖5為攪拌時(shí)間與不同配合比凈漿流動(dòng)性的關(guān)系曲線圖。從圖中可以看出隨著粉煤灰摻入量的加大，凈漿流動(dòng)性逐漸減小。對(duì)每一配合比的凈漿再逐一進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)對(duì)于S01組，當(dāng)攪拌時(shí)間在5min時(shí)，可以達(dá)到最大流動(dòng)度179 mm。對(duì)于S02組，仍然是5 min時(shí)達(dá)到最大流動(dòng)度，但這時(shí)最大流動(dòng)度已經(jīng)降低至158 mm。而在S03組中，我們發(fā)現(xiàn)最大流動(dòng)度是在攪拌時(shí)間為10 min而不是5min。對(duì)于S04組，攪拌10 min與15 min時(shí)的流動(dòng)度非常接近，并且15 min時(shí)凈漿的流動(dòng)度已經(jīng)略大于10 min的流動(dòng)度。S05組中，凈漿的最大流動(dòng)度為攪拌了20 min時(shí)。

圖1 S01組水泥粉煤灰漿流動(dòng)度

圖2 S02組水泥粉煤灰漿流動(dòng)度

圖3 S03組水泥粉煤灰漿流動(dòng)度

圖4 S04組水泥粉煤灰漿流動(dòng)度

圖5 S05組水泥粉煤灰漿流動(dòng)度

由此可見(jiàn)，對(duì)于水泥凈漿，最高的流動(dòng)性發(fā)生在攪拌時(shí)間為5 min時(shí)，此后，隨著攪拌時(shí)間的增長(zhǎng)，凈漿的流動(dòng)性逐漸降低。當(dāng)摻入粉煤灰時(shí)，情況發(fā)生了改變。隨著粉煤灰摻入量的增大，要達(dá)到最佳的凈漿流動(dòng)性所需的攪拌時(shí)間也逐漸增加，當(dāng)以粉煤灰完全替代水泥時(shí)，攪拌時(shí)間在20min時(shí)才能達(dá)到最佳的凈漿流動(dòng)性。其次，比較每個(gè)配合比的最高流動(dòng)度可得，隨著粉煤灰的摻入量的加大，凈漿的流動(dòng)度在逐漸減小，即，粉煤灰的摻入量也是凈漿流動(dòng)度的重要影響因素。

2.2 抗壓強(qiáng)度實(shí)驗(yàn)結(jié)果

圖5—圖10為攪拌時(shí)間與不同配合比凈漿的7d抗壓強(qiáng)度的關(guān)系。由圖可知，隨著粉煤灰摻入量的加大，凈漿抗壓強(qiáng)度逐漸減小。對(duì)每一配合比的凈漿再逐一進(jìn)行分析，可以發(fā)現(xiàn)凈漿達(dá)到最大抗壓強(qiáng)度后再進(jìn)行攪拌，抗壓強(qiáng)度雖然略有降低，但是基本穩(wěn)定。對(duì)于S01組，當(dāng)攪拌時(shí)間在5 min時(shí)，可以達(dá)到最大抗壓強(qiáng)度26 Mpa。對(duì)于S02組，仍然是5 min時(shí)達(dá)到最大抗壓強(qiáng)度，但這時(shí)最大抗壓強(qiáng)度已經(jīng)降低至21Mpa。而在S03組中，我們發(fā)現(xiàn)最大抗壓強(qiáng)度是在攪拌時(shí)間為10 min而不是5 min。對(duì)于S04組，攪拌15 min才達(dá)到最大抗壓強(qiáng)度。S05組中，凈漿的最大抗壓強(qiáng)度為攪拌了20 min時(shí)。

圖6 S01組7d抗壓強(qiáng)度

圖7 S02組7d抗壓強(qiáng)度

由此可見(jiàn)，對(duì)于水泥凈漿，最大抗壓強(qiáng)度發(fā)生在攪拌時(shí)間為5 min時(shí)，此后，隨著攪拌時(shí)間的增長(zhǎng)，凈漿的抗壓強(qiáng)度基本穩(wěn)定。當(dāng)摻入粉煤灰時(shí)，情況發(fā)生了改變。隨著粉煤灰摻入量的增大，要達(dá)到最大凈漿抗壓強(qiáng)度所需的攪拌時(shí)間也逐漸增加，當(dāng)以粉煤灰完全替代水泥時(shí)，攪拌時(shí)間在20 min時(shí)才能達(dá)到最大抗壓強(qiáng)度。其次，比較每個(gè)配合比的最大抗壓強(qiáng)度可得，隨著粉煤灰的摻入量的加大，凈漿的抗壓強(qiáng)度在逐漸減小，即，粉煤灰的摻入量也是影響凈漿抗壓強(qiáng)度的重要因素。

圖8 S03組7d抗壓強(qiáng)度

圖9 S04組7d抗壓強(qiáng)度

圖10 S05組7d抗壓強(qiáng)度

3 結(jié)論

3.1 攪拌時(shí)間對(duì)凈漿流動(dòng)性的影響非常明顯，并且隨著粉煤灰摻量的增大，達(dá)到凈漿最佳流動(dòng)性的攪拌時(shí)間也在增加，而凈漿所能達(dá)到的最大流動(dòng)度在減小。

3.2 攪拌時(shí)間對(duì)凈漿的7d抗壓強(qiáng)度有一定的影響，當(dāng)達(dá)到一定的攪拌時(shí)間以后，凈漿的7d抗壓強(qiáng)度幾乎沒(méi)有變化。隨著粉煤灰摻量的增加，達(dá)到最高的7d抗壓強(qiáng)度的攪拌時(shí)間在增加，7d抗壓強(qiáng)度在減小。

3.3 對(duì)于不摻加粉煤灰的凈漿最佳攪拌時(shí)間為5min，對(duì)于完全以粉煤灰替代水泥的凈漿最佳攪拌時(shí)間為20 min。

［1］錢(qián)覺(jué)時(shí).粉煤灰特性與粉煤灰混凝土［M］.北京:科學(xué)出版社，2002:81-23.

［2］趙利軍，張曉波，馮忠緒.混凝土的雙速攪拌拌工藝研究［J］.混凝土，2006(10):78-80.

［3］趙利軍.攪拌低效區(qū)及其消除方法的研究［D］西安:長(zhǎng)安大學(xué)，2005.