劉立國 藍(lán)如海 楊日天 黃冰梅 陳祥花

（1.廣西農(nóng)業(yè)職業(yè)技術(shù)大學(xué)，廣西 南寧 530007；2.廣西昊網(wǎng)電力工程有限公司，廣西 南寧 530023；3.中國能源建設(shè)集團(tuán)廣西電力設(shè)計(jì)研究院有限公司，廣西 南寧 530007）

1 國外對(duì)于粉煤灰的應(yīng)用研究

西方國家針對(duì)粉煤灰的研究始于歐洲第一次和第二次工業(yè)革命爆發(fā)后。重工業(yè)的發(fā)展帶來了嚴(yán)重的城市廢氣、粉塵污染現(xiàn)象。1935 年，美國學(xué)者R.E.David 對(duì)粉煤灰混凝土進(jìn)行了一系列研究和探討，在國際能源大會(huì)上發(fā)表了粉煤灰混凝土研究報(bào)告并獲得了多數(shù)專家學(xué)者的認(rèn)可。1942 年，Hoover 在大壩的修補(bǔ)工程中摻入粉煤灰，目的是提升壩體的耐久性。1980 年以后，粉煤灰混凝土是世界混凝土技術(shù)發(fā)展新的風(fēng)向標(biāo)。澳大利亞、加拿大等國家的一些發(fā)電廠專門給相關(guān)的混凝土行業(yè)提供質(zhì)量?jī)?yōu)良的粉煤灰并用作混凝土生產(chǎn)的第五種組分。1985 年，加拿大Malhota 等人在對(duì)大摻量粉煤灰混凝土的結(jié)構(gòu)應(yīng)用上進(jìn)行研發(fā)，極大地提高了建筑結(jié)構(gòu)的使用壽命。在大量試驗(yàn)研究的基礎(chǔ)上，西方多數(shù)國家制定了粉煤灰的相關(guān)規(guī)范。

2 我國對(duì)于粉煤灰的應(yīng)用研究

國內(nèi)對(duì)于粉煤灰的研究主要針對(duì)粉煤灰在混凝土中的應(yīng)用，相較于西方工業(yè)國家，我國最早從20 世紀(jì)50 年代開始，有國內(nèi)專家學(xué)者陸續(xù)發(fā)表粉煤灰水泥混合材料的研究報(bào)告，有關(guān)企業(yè)部門研發(fā)了粉煤灰混凝土的技術(shù)規(guī)范，粉煤灰加入混凝土獲得了良好的經(jīng)濟(jì)效益。在工程實(shí)例方面，三峽大壩的混凝土澆筑中添加大量粉煤灰，使得壩體的溫升得到了良好的控制，也提高了壩體的抗?jié)B性；荊岳長(zhǎng)江大橋的承臺(tái)部分在混凝土設(shè)計(jì)方面加入了大量粉煤灰，明顯改善了承臺(tái)的抗裂能力；福州地鐵地下混凝土根據(jù)結(jié)構(gòu)耐久性設(shè)計(jì)要求，針對(duì)地鐵車站工程混凝土的力學(xué)性能和抗?jié)B性能，采用了較高摻量的粉煤灰進(jìn)行施工，并最終取得成功。近年來，我國投入了大量的人力、物力對(duì)粉煤灰進(jìn)行了綜合利用。

3 粉煤灰對(duì)砂漿性能影響的研究

在粉煤灰對(duì)砂漿性能影響的研究方面，張金才等以煤矸石底渣、粉煤灰、鎂渣為原材料，生石灰和石膏為激發(fā)劑，通過簡(jiǎn)單研磨混料制備出了抗壓強(qiáng)度為42.1MPa 的無機(jī)膠凝材料。胡明玉等將釩鐵渣、礦渣粉、熟石灰、脫硫石膏、石灰石粉等通過正交試驗(yàn)優(yōu)化配合比后制備了免燒磚固化劑，并利用其制備銅尾礦免燒磚，制備的免燒磚抗壓強(qiáng)度和軟化系數(shù)分別為22.3MPa和0.77。曾亮等利用鋼渣粉、礦渣粉、磨細(xì)二水脫硫石膏粉和堿性激發(fā)劑制備的鋼渣礦渣水泥，利用鋼渣礦渣水泥制備的干混砌筑砂漿凝結(jié)時(shí)間、2h 稠度損失率、保水率和抗壓強(qiáng)度均能滿足《預(yù)拌砂漿》（GB/T 25181-2019）的相關(guān)要求。趙慶新等采用II 級(jí)粉煤灰替代水泥，其替代率為60%時(shí)，水膠比為0.53 的混凝土抗壓強(qiáng)度降低了55%。崔正龍以C30 混凝土為研究對(duì)象，發(fā)現(xiàn)粉煤灰替代率為30%時(shí)，養(yǎng)護(hù)180d 時(shí)的貢獻(xiàn)率達(dá)到最大，之后有所下降。由于粉煤灰的活性相對(duì)較差，許多工程師和學(xué)者采用粉煤灰和其他礦物摻合料復(fù)合摻入混凝土，以期達(dá)到多種摻合料復(fù)合的疊加效果。綜上所述，在粉煤灰研究方面取得了豐碩的研究成果，但對(duì)廣西常見粉煤灰的研究相對(duì)較少，且未明確各地區(qū)粉煤灰之間的差異性。

4 干混砂漿的技術(shù)性能

由于干混砂漿存在易泌水、粘聚性差、施工時(shí)間短、粘結(jié)力不足等問題，近些年來，粉煤灰的研究主要針對(duì)聚合物添加劑廣泛應(yīng)用于干混砂漿。保水增稠劑被廣泛應(yīng)用于干混砂漿，用于調(diào)節(jié)砂漿的稠度、保水性等，減少砂漿泌水及水分散失，提高砂漿的可操作性。其中，纖維素醚和淀粉醚是干混砂漿中最常見的保水增稠材料。研究表明，纖維素醚對(duì)砂漿具有較好的保水增稠作用，然而，由于纖維素醚還會(huì)產(chǎn)生引氣效果，這將會(huì)增加硬化漿體的孔隙率，降低密實(shí)性，從而導(dǎo)致強(qiáng)度降低。淀粉醚對(duì)砂漿的增稠效果良好，且其無引氣特性，但保持性能較差。黃莉紅等認(rèn)為，若適當(dāng)將纖維素醚和淀粉醚配合使用，可達(dá)到二者優(yōu)勢(shì)互補(bǔ)的效果，產(chǎn)生較好的協(xié)同效應(yīng)，是保水增稠材料研究發(fā)展的方向。此外，以蒙脫石為主體礦物的膨潤(rùn)土具有優(yōu)異的吸水增稠、懸浮穩(wěn)定性，不僅對(duì)砂漿有保水增稠作用，而且對(duì)提高砂漿的抗?jié)B性能等也有幫助，具備作為預(yù)拌砂漿保水增稠礦物外加劑的潛力。何秀強(qiáng)等對(duì)纖維素醚、改性淀粉醚和鈉基膨潤(rùn)土3 種保水增稠材料對(duì)再生細(xì)骨料干混砂漿性能的影響進(jìn)行了研究。

為了響應(yīng)國家綠色建材的號(hào)召，從提高廢物再利用的角度出發(fā)，本文提出制作不同種類與摻量的粉煤灰砂漿試件與普通水泥砂漿試件做和易性、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度等性能的對(duì)比試驗(yàn)，旨在滿足砂漿強(qiáng)度、和易性等性能前提下確定最佳粉煤灰摻量，以達(dá)到節(jié)約資源、優(yōu)化環(huán)境、節(jié)約建筑成本的目的。

5 粉煤灰對(duì)干混砂漿性能影響待解決的主要問題

（1）通過改變不同種類和摻量粉煤灰，分析其對(duì)干混砂漿的和易性、抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度等性能的影響。

（2）通過對(duì)傳統(tǒng)普通砂漿與不同種類和摻量粉煤灰進(jìn)行力學(xué)性能、工作性能試驗(yàn)的對(duì)比總結(jié)性能變化情況，分析粉煤灰的種類和摻量對(duì)干混砂漿性能的影響。

（3）通過對(duì)傳統(tǒng)普通砂漿與不同種類和摻量粉煤灰進(jìn)行材料單價(jià)對(duì)比，在滿足干混砂漿和易性、強(qiáng)度的基礎(chǔ)上總結(jié)出采用不同摻量粉煤灰砂漿的經(jīng)濟(jì)效益。

6 一定比例摻量的粉煤灰替換水泥試驗(yàn)技術(shù)路線

（1）采集不同種類的粉煤灰，固定水膠比為0.5，將水泥、水、標(biāo)準(zhǔn)砂、一定比例摻量的粉煤灰替換水泥，為保證水膠比，在必要情況下添加一定量減水劑。依據(jù)《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法》（JGJ/T 70-2009）對(duì)新拌砂漿進(jìn)行稠度、分層度試驗(yàn)，記錄試驗(yàn)數(shù)據(jù)。

（2）制作尺寸為70.7mm×70.7mm×70.7mm的砂漿標(biāo)準(zhǔn)立方體試塊，并在20±2℃、濕度不低于90%的條件下進(jìn)行28d 養(yǎng)護(hù)；同時(shí)，制作尺寸為40mm×40mm×160mm 的砂漿標(biāo)準(zhǔn)長(zhǎng)方體試塊，并將試模放入養(yǎng)護(hù)室20～24h 后脫模放入養(yǎng)護(hù)水溫為20±1℃的水槽養(yǎng)護(hù)28d。

（3）將干混砂漿試件分組：普通干混砂漿、C 類I 級(jí)粉煤灰干混砂漿、C 類II 級(jí)粉煤灰干混砂漿、C 類III 級(jí)粉煤灰干混砂漿、F 類粉煤灰干混砂漿。依據(jù)《普通混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》（GB/T 50081-2002）的試驗(yàn)方法對(duì)試件進(jìn)行抗壓和抗折力學(xué)性能測(cè)試。試驗(yàn)過程中仔細(xì)觀察試驗(yàn)現(xiàn)象，并將試驗(yàn)采集到的數(shù)據(jù)記錄在相應(yīng)的試驗(yàn)報(bào)告冊(cè)，由小組成員及時(shí)進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，總結(jié)強(qiáng)度變化規(guī)律。

（4）將普通干混砂漿試件與不同種類的粉煤灰試件進(jìn)行對(duì)比，整理分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)比出各種粉煤灰對(duì)干混砂漿抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度性能的影響。將普通干混砂漿、同種類粉煤灰的不同摻量進(jìn)行對(duì)比，整理分析試驗(yàn)數(shù)據(jù)，對(duì)比出各種粉煤灰對(duì)干混砂漿抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度性能的影響。

7 粉煤灰干混砂漿應(yīng)用前景展望

粉煤灰的品質(zhì)在全國范圍內(nèi)差別較大，不同地區(qū)發(fā)電站生產(chǎn)的粉煤灰的細(xì)度、化學(xué)成分不盡相同。為了使粉煤灰混凝土更好地應(yīng)用于實(shí)際工程，除了對(duì)粉煤灰混凝土加強(qiáng)養(yǎng)護(hù)環(huán)境的控制外，粉煤灰摻量成為影響其早期強(qiáng)度和后期強(qiáng)度的關(guān)鍵因素之一。

（1）在現(xiàn)有傳統(tǒng)干混砂漿的基礎(chǔ)上添加不同種類和摻量的粉煤灰來改善干混砂漿性能，使其滿足建筑對(duì)砂漿的工作性能要求。

（2）通過改變不同種類和摻量的粉煤灰研究干混砂漿的性能，測(cè)試干混砂漿一系列的力學(xué)性能，找出滿足砂漿強(qiáng)度、和易性的粉煤灰摻率范圍，選取其中較適合的粉煤灰摻率。

（3）通過改變不同種類和摻量的粉煤灰研究干混砂漿的性能，測(cè)定摻粉煤灰干混砂漿的后期強(qiáng)度，目的在于滿足砂漿強(qiáng)度、和易性的同時(shí)能更高效地利用粉煤灰，實(shí)現(xiàn)資源再利用、節(jié)省建筑成本。

8 結(jié)語

國家統(tǒng)計(jì)局?jǐn)?shù)據(jù)顯示，2020 年我國水泥產(chǎn)量達(dá)到了23.77 億t，其中水泥熟料產(chǎn)量達(dá)到15.79億t，同比增長(zhǎng)3.07%。粉煤灰作為工業(yè)廢料，如果能被充分利用起來，將會(huì)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和環(huán)境效益。通過理論和試驗(yàn)對(duì)廣西本地的粉煤灰替換部分水泥進(jìn)行多方面研究，采用不同種類和摻量的粉煤灰配置干混砂漿，研究其對(duì)干混砂漿的和易性、抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度、經(jīng)濟(jì)效益等方面的影響，從而為廣西地區(qū)粉煤灰的使用提供參考價(jià)值，實(shí)現(xiàn)綠色環(huán)保、降低建筑成本、相應(yīng)國家綠色低碳發(fā)展理念的目的。