黃鎮(zhèn)江

（健研檢測集團(tuán)有限公司，福建 廈門 361027）

0 引言

工業(yè)生產(chǎn)的廢棄物成為資源是當(dāng)今建筑材料的熱點(diǎn)。在建筑工程中，粉煤灰與礦粉因其黏合性較強(qiáng)，被廣泛地使用在水泥漿體的制作中，都能在很好地確保水泥漿體質(zhì)量的基礎(chǔ)上代替部分水泥達(dá)到節(jié)約材料成本的目的。為了更好地使用粉煤灰和礦粉，許多專家在粉煤灰和礦粉對(duì)水泥漿體變形性能的影響方面做了一些研究。然而，大多數(shù)的研究都比較簡單，甚至是在單一的環(huán)境條件下的實(shí)驗(yàn)研究。筆者在不同養(yǎng)護(hù)濕度、溫度條件下，研究了粉煤灰與礦粉對(duì)水泥漿體變形性能的影響。

1 試驗(yàn)內(nèi)容

1.1 原材料

為了保證實(shí)驗(yàn)結(jié)果的有效性，就必須要選好材料。原材料是本實(shí)驗(yàn)的變量，因此，要盡量控制好原材料的用量、生產(chǎn)商家等。只有真正使用同一家廠家出廠的同一類型原材料，才能控制好與原材料相關(guān)的變量。除此之外，最好使用同一批原材料，這樣生產(chǎn)日期、運(yùn)輸和存儲(chǔ)條件一致，整個(gè)原材料才能得到更加有效的變量控制。

基于本實(shí)驗(yàn)對(duì)材料的需求，考慮到材料的特殊性，本實(shí)驗(yàn)的材料都是選自同一批生產(chǎn)出廠的原材料，且質(zhì)量能夠得到有效保證。除此之外，本實(shí)驗(yàn)的材料用量也控制在合理范圍內(nèi)，以真正保證實(shí)驗(yàn)中對(duì)于材料用量的變量研究，得出有關(guān)水泥漿體的變形影響因素。

試驗(yàn)采用海螺P·Ⅱ52.5級(jí)水泥，標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量為27.9%，而施工使用中的初凝時(shí)間為115min，在210min時(shí)出現(xiàn)終凝現(xiàn)象，水泥細(xì)度1.6%（0.08mm水泥細(xì)度標(biāo)準(zhǔn)篩的篩余）。

本實(shí)驗(yàn)采用Ⅰ級(jí)粉煤灰，屬于粉煤灰種類中質(zhì)量較高的類型，其需水量高達(dá)90.7%，比表面積340m2/kg；采用S95級(jí)粒化高爐礦渣微粉，流動(dòng)性110%，比表面積440m2/kg。具體的材料組成見表1。

表1 水泥、粉煤灰與礦粉的化學(xué)組成（單位：%）

1.2 試驗(yàn)配合比

為了保證水泥漿體變形性能試驗(yàn)的有效性，需要控制好整個(gè)實(shí)驗(yàn)原材料的配比。試驗(yàn)用水泥凈漿配合比見表2。

表2 水泥凈漿配合比（單位：%）

1.3 試驗(yàn)方法

按照水泥膠砂干縮試驗(yàn)的具體標(biāo)準(zhǔn)，整個(gè)實(shí)驗(yàn)可以利用三聯(lián)鋼試模作為模具。三聯(lián)鋼試模能有效保證水泥漿體的形狀，減少除了實(shí)驗(yàn)變量而導(dǎo)致的水泥漿體變形。在本次實(shí)驗(yàn)中，采用長寬都為25cm、高為28cm的長方體模具。在進(jìn)行水泥漿體的澆筑前，為了保證實(shí)驗(yàn)質(zhì)量，先在鋼試模兩端埋下大小合適的測頭，確認(rèn)是否符合實(shí)驗(yàn)標(biāo)準(zhǔn)；試件成型后，采取保鮮膜作為覆蓋層防護(hù)水泥漿體；本實(shí)驗(yàn)在20±1℃環(huán)境下，對(duì)水泥漿體進(jìn)行養(yǎng)護(hù)。根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，標(biāo)準(zhǔn)的養(yǎng)護(hù)時(shí)間為24±2h。養(yǎng)護(hù)結(jié)束后直接拆模，測量每個(gè)試件的初始長度，并且記錄為數(shù)據(jù)L0。之后，為了研究不同條件對(duì)水泥漿體變形性能的影響，把試件分成5組，把不同組的試件分別放置在不同的環(huán)境條件下，進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)。等養(yǎng)護(hù)時(shí)間到后，測量每個(gè)試件的長度，得到數(shù)據(jù)Ln。通過對(duì)試件長度的比較，可以大致得出水泥漿體變形特性的影響因素。

把第一組試件放在水中，其養(yǎng)護(hù)溫度是（20±1）℃；而第二組試件也在同樣的水環(huán)境下，其養(yǎng)護(hù)溫度為（40±1）℃；第三組試件也在同樣的水環(huán)境下，其養(yǎng)護(hù)溫度為（60±1）℃；而第四組試件則先要包裹密封后進(jìn)行養(yǎng)護(hù)，其養(yǎng)護(hù)溫度為（20±1）℃。在本實(shí)驗(yàn)中，包裹密封材料為保鮮膜和自黏性鋁箔，之后，還要把試件放到相對(duì)濕度為（60±5）%的環(huán)境條件下；第五組試件的養(yǎng)護(hù)溫度為（20±1）℃，而其養(yǎng)護(hù)相對(duì)濕度為（60±5）%。所有的試件都必須要養(yǎng)護(hù)到合適的時(shí)間，使整個(gè)試件能夠充分凝結(jié)，以保證水泥漿體的質(zhì)量。對(duì)不同條件下的試件進(jìn)行測量，可以得到試件的自膨脹值，從而以此推算出溫、濕度對(duì)水泥漿體變形性能的影響。

在具體的計(jì)算過程中，可以利用變形率公式得到水泥漿體試件的變形率。

式中：

L——試件的有效長度；

Ln——試件全長數(shù)據(jù)，即280mm；

L0——基于之前預(yù)埋測頭的長度，即30mm；

Ln-L0——水泥漿體的有效長度，即250mm。

2 試驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 粉煤灰與礦粉對(duì)水泥漿體水中養(yǎng)護(hù)膨脹的影響

從實(shí)驗(yàn)結(jié)果可以得出，當(dāng)飽水中養(yǎng)護(hù)時(shí)，不同的粉煤灰與礦粉配比量以及養(yǎng)護(hù)齡期都會(huì)影響水泥漿體的膨脹變形率。

當(dāng)20℃的飽水中養(yǎng)護(hù)時(shí)，粉煤灰的摻入會(huì)導(dǎo)致水泥漿體早期形成時(shí)就發(fā)生變形，而后期的養(yǎng)護(hù)中會(huì)減少整個(gè)膨脹變形的程度。對(duì)照純水泥的漿體，摻粉煤灰的水泥漿體的膨脹變化如下：當(dāng)水體養(yǎng)護(hù)28d時(shí)，摻15%、30%、45%粉煤灰的水泥漿體膨脹變形分別增加了18.5%、7.1%、4.9%，而在180d的水中養(yǎng)護(hù)條件下時(shí)，其膨脹變形分別降低了1.1%、10.9%、17.4%。

當(dāng)?shù)V粉摻量為15%時(shí)，水泥漿體就一直在膨脹，而當(dāng)?shù)V粉摻量變大，養(yǎng)護(hù)時(shí)間增加后，礦粉的摻入反而使水泥漿體的膨脹變小了。與純水泥對(duì)照組相比較，礦粉摻量15%、30%、45%的水泥漿體的膨脹變形也出現(xiàn)了變化。具體而言，在180d的水中養(yǎng)護(hù)后，其膨脹變形反而只增大了20.1%、7.9%、4.0%。由以上數(shù)據(jù)可以得出，用水中養(yǎng)護(hù)時(shí)，粉煤灰對(duì)水泥漿體的變形影響比較大，而礦粉的影響反而較小[1-3]。

而在（40±1）℃的水中養(yǎng)護(hù)時(shí)，粉煤灰的摻入反而會(huì)讓水泥漿體膨脹變形的降低幅度加大許多。且粉煤灰的摻加量與養(yǎng)護(hù)齡期呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系。與純水泥漿體的實(shí)驗(yàn)對(duì)照組相比較，摻量15%、30%、45%的水泥漿體，其28d時(shí)的水中養(yǎng)護(hù)膨脹變形分別減少了38.8%、66.8%、78.8%，而在180d的時(shí)候，其水中養(yǎng)護(hù)膨脹變形分別減少了73.8%、81.8%、86.8%。且隨著飽水中養(yǎng)護(hù)溫度的增加，整個(gè)粉煤灰的摻入對(duì)膨脹變形的降低作用更加明顯，而礦粉的摻入?yún)s對(duì)其沒有什么太大的影響，可以忽略不計(jì)。

而在60℃的水中養(yǎng)護(hù)時(shí)，粉煤灰的摻入反而會(huì)讓水泥漿體膨脹變形的降低幅度更大。且粉煤灰的摻量與養(yǎng)護(hù)齡期呈現(xiàn)正相關(guān)的關(guān)系，甚至?xí)霈F(xiàn)收縮變形的現(xiàn)象。也就是說，粉煤灰摻量越多，就會(huì)更加加重水泥漿體的變形。在180d時(shí)，水泥漿體對(duì)照組的水中養(yǎng)護(hù)膨脹變形系數(shù)是775.7×10-6。與純水泥漿體的實(shí)驗(yàn)對(duì)照組相比，180d時(shí)粉煤灰摻量15%的水泥漿體的水中養(yǎng)護(hù)膨脹變形系數(shù)為55.3×10-6，而粉煤灰摻量30%的水泥漿體則產(chǎn)生了反作用，其180d時(shí)的水中養(yǎng)護(hù)膨脹變形系數(shù)為-196.8×10-6，粉煤灰摻量45%的水泥漿體在180d時(shí)的水中養(yǎng)護(hù)膨脹變形系數(shù)為-248.8×10-6。這說明養(yǎng)護(hù)的時(shí)間也會(huì)影響到整個(gè)水泥漿體的變形程度，而粉煤灰對(duì)水泥漿體的變形影響呈現(xiàn)先膨脹后收縮的變化。

與粉煤灰不同，礦粉的使用，水泥漿體幾乎不會(huì)在高溫環(huán)境下出現(xiàn)水中養(yǎng)護(hù)膨脹變形。

2.2 粉煤灰與礦粉對(duì)水泥漿體密封自收縮的影響

在20℃的密封環(huán)境中養(yǎng)護(hù)水泥漿體時(shí)，不同粉煤灰與礦粉摻量的水泥漿體，其對(duì)照組呈現(xiàn)先膨脹后收縮的情況。尤其是在3d時(shí)，其膨脹變形系數(shù)達(dá)到最大，數(shù)值為155.3×10-6，而7d后，整個(gè)基準(zhǔn)樣也會(huì)從膨脹的情況轉(zhuǎn)為收縮的情況。整個(gè)收縮的情況持續(xù)到60d時(shí)，整個(gè)水泥漿體的膨脹收縮才趨于平緩，數(shù)值為-855.3×10-6。而到180d時(shí)，整個(gè)自收縮值變成為-955.3×10-6。之后的自收縮則無太大變化。此數(shù)據(jù)說明整個(gè)試件密封后，其表面的自由水發(fā)生了回吸的情況。而當(dāng)摻入粉煤灰之后，粉煤灰摻量越大時(shí),水泥漿體的自膨脹變形越大，而礦粉的摻入會(huì)顯著增強(qiáng)水泥漿體的自收縮性能。這說明粉煤灰與礦粉都會(huì)對(duì)水泥漿體密封自收縮產(chǎn)生影響[4]。

2.3 粉煤灰與礦粉對(duì)水泥漿體干燥收縮的影響

當(dāng)溫度為20℃，在干燥環(huán)境條件下養(yǎng)護(hù)時(shí)，不摻入粉煤灰與礦粉的對(duì)照組會(huì)隨著水泥漿體的水化，使得水分蒸發(fā)而發(fā)生干燥收縮。直到60d后，干燥收縮的效果才會(huì)逐漸消失。在60d時(shí)干燥收縮值是為-2875×10-6，之后則漸漸趨于穩(wěn)定。而到180d時(shí)，整個(gè)干縮值則增加到-3375×10-6，也就是說，在干燥的空氣中，當(dāng)溫度為20℃時(shí)，粉煤灰與礦粉對(duì)水泥漿體產(chǎn)生的自收縮規(guī)律，與密封養(yǎng)護(hù)條件下的情況非常類似。具體而言，水泥漿體都是先收縮，然后趨于平穩(wěn)，最后再是出現(xiàn)膨脹的現(xiàn)象，直到膨脹值達(dá)到最大時(shí)，才會(huì)趨于平穩(wěn)。然而不同的是，基于粉煤灰與礦粉原材料的特性不同，兩者對(duì)水泥漿體的干燥收縮變形的具體原理不一樣，且表現(xiàn)形式也不一樣[5]。粉煤灰降低了水泥漿體的干燥收縮變形，且隨著粉煤灰摻量增加，對(duì)水泥漿體干燥收縮的減縮效果越明顯；而礦粉增大了水泥漿體的干燥收縮變形，且收縮變形隨礦粉摻量的增大而增加。

3 結(jié)束語

總之，環(huán)境條件以及材料組成的變化，都會(huì)影響水泥漿體的質(zhì)量。有些會(huì)增加水泥漿體的自膨脹變形，有些會(huì)促進(jìn)水泥漿體的自收縮，甚至造成水泥漿體的干燥收縮。如果是飽水中養(yǎng)護(hù)的條件，摻入粉煤灰會(huì)抑制水泥漿體的膨脹變形,且粉煤灰摻入越多，水泥漿體膨脹變形抑制越明顯。如果溫度越高，也會(huì)增加試驗(yàn)測定的試齡期，相應(yīng)的水泥漿體膨脹抑制就會(huì)越高。而在相同的水中養(yǎng)護(hù)條件下，礦粉幾乎不會(huì)影響水泥漿體的膨脹變形，甚至溫度變化了，礦粉也不會(huì)影響水泥漿體膨脹變形[6]。而當(dāng)水泥漿體是在密封養(yǎng)護(hù)的條件時(shí)，只要摻入粉煤灰，就會(huì)抑制水泥漿體的自收縮變形。干燥養(yǎng)護(hù)時(shí)，摻入粉煤灰對(duì)水泥漿體有一定的減縮作用，而礦粉的摻入使水泥漿體的干燥收縮增大。因此，有關(guān)的施工人員必須對(duì)整個(gè)水泥漿料的生產(chǎn)工藝進(jìn)行合理地控制，提高工程技術(shù)。只有如此，才能使水泥砂漿的施工達(dá)到要求，并合理地保障工程的質(zhì)量和安全。