摘要：本文通過對在聚苯乙烯顆粒保溫砂漿中復(fù)摻礦粉與粉煤灰的試驗(yàn)研究，建立強(qiáng)度與容重之間的關(guān)系，尋找出保溫與強(qiáng)度相對較好的砂漿配比。保溫砂漿強(qiáng)度增加時(shí)，其密實(shí)性較好，容重也就增加，但砂漿保溫性能往往會隨之下降。因此，如何平衡砂漿強(qiáng)度與容重之間的關(guān)系，尋找出既能提高砂漿的強(qiáng)度又不影響其保溫性能的最佳砂漿配比，并分析論證其粉煤灰與礦渣對砂漿影響的綜合作用機(jī)理是這篇論文要解決的關(guān)鍵問題。結(jié)果表明：隨著粉煤灰與礦粉摻量的增加，保溫砂漿早期強(qiáng)度下降，后期強(qiáng)度增長較快，但在礦粉摻量為20%,粉煤灰摻量在30%時(shí)，保溫砂漿出現(xiàn)強(qiáng)度相對較高，容重相對較低的情況，這即是要找的最優(yōu)摻量。
關(guān)鍵詞：保溫砂漿，礦粉，粉煤灰，強(qiáng)度，容重
1引言
商品砂漿因其具有許多獨(dú)特的優(yōu)點(diǎn)，近年來在中國得到了迅速發(fā)展。保溫砂漿是商品砂漿的一個重要類型。隨著建筑節(jié)能要求的不斷提高，保溫砂漿近年來發(fā)展較快。
對保溫砂漿來說，保溫性能與容重有著密切的關(guān)系。一般來說，容重越低，保溫性能越好。但是，容重降低也會導(dǎo)致強(qiáng)度的降低。如何平衡容重與強(qiáng)度的矛盾，是配制保溫砂漿的關(guān)鍵問題。
粉煤灰是從燃燒的電廠煙囪收集下來的一種工業(yè)廢棄物，礦粉是冶煉鐵礦石時(shí)產(chǎn)生的一種工業(yè)廢棄物，這些都是最常用的摻合料，今年來已被廣泛應(yīng)用于混凝土和普通砂漿的生產(chǎn)，起到了改善水泥基材料的綜合性能、降低生產(chǎn)成本和減輕環(huán)境負(fù)荷的作用。它也將對強(qiáng)度和容重產(chǎn)生較大的影響。伊立 [1]認(rèn)為粉煤灰復(fù)合保溫砂漿既具高強(qiáng)度、耐久性好、容重輕、粘結(jié)強(qiáng)度高等優(yōu)良性能， 同時(shí)又能達(dá)到隔熱保溫作用。本章將通過試驗(yàn)建立強(qiáng)度與容重的關(guān)系，尋找出最合適的粉煤灰和礦粉摻量。
2實(shí)驗(yàn)原材料
1.水泥： 實(shí)驗(yàn)所用水泥是32.5強(qiáng)度等級的普通硅酸鹽水泥。
2.粉煤灰： 取自開封電廠的Ⅲ級粉煤灰。
3.礦粉： 取自北京首鋼的Ⅰ級礦粉。
4.泡沫球： 原粒發(fā)泡顆粒，粒徑小于5mm。
3試驗(yàn)方法
3.1配合比的確定采用水膠比1:2,膠材用量為500kg/m3泡沫球，粉煤灰、礦粉兩種摻和料替代水泥的質(zhì)量百分比分別為0%、10%、20%、30%、40%、50%。
3.2 砂漿制備和測試先將準(zhǔn)確稱量的原材料混合均勻，然后參照GB/T17671-1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》成型，24小時(shí)拆模，隨即放入標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)，至3天、7天、28天、90天，測定保溫砂漿各齡期的抗折強(qiáng)度及抗壓強(qiáng)度，28天容重測定是將試件養(yǎng)護(hù)24天后從養(yǎng)護(hù)箱中取出浸水4天后將表面用濕布擦干，測得其濕容重，然后再烘干至衡重測得其干容重。
4結(jié)果與分析
4.1礦渣粉對保溫砂漿強(qiáng)度與容重的影響
1. 基本規(guī)律：
?。?） 砂漿抗折、抗壓強(qiáng)度在前期（3d、7d）會隨著礦粉摻量的增加而整體呈下降趨勢，但在礦粉摻量為10%時(shí)有一極值點(diǎn)。
（2） 在后期（90d）砂漿強(qiáng)度迅速增長，且隨著礦粉摻量的增加砂漿強(qiáng)度先增加后降低。90d強(qiáng)度在礦粉摻量30%左右時(shí)強(qiáng)度達(dá)到最大值。
?。?） 礦粉摻量對砂漿干、濕容重的影響不大，在30%時(shí)容重較低。
2. 結(jié)果分析：
?。?）砂漿強(qiáng)度取決于泡沫球接觸點(diǎn)水泥漿的數(shù)量和性質(zhì)。水泥漿越多，接觸點(diǎn)越牢固；水泥漿強(qiáng)度越高，接觸點(diǎn)越牢固。
?。?）前期（3d、7d）隨礦粉摻量增加，水泥漿數(shù)量增加，但水泥石強(qiáng)度降低，且后者的作用強(qiáng)于前者，所以砂漿強(qiáng)度隨礦粉摻量的增加而降低。其中7d強(qiáng)度在礦粉小摻量時(shí)有所增加，主要是因?yàn)榈V粉顆粒與水泥顆粒級配較好，因此密實(shí)性較好，這也與礦粉摻量為10%時(shí)容重上升相呼應(yīng)。
（3）后期（90d）礦粉活性被激發(fā)出來，水泥水化釋放出的氫氧化鈣成為礦渣成分的堿性激發(fā)劑，并與礦渣中的活性組分相互作用，繼續(xù)生成水化硅酸鈣、水化硫鋁酸鈣或水化硫鐵酸鈣，促進(jìn)礦渣與水泥的繼續(xù)水化，且在摻量為30%時(shí)，釋放的氫氧化鈣量剛好能與礦渣中的活性組分相當(dāng)，礦渣粉水化相對完全，使得強(qiáng)度最高。
?。?）盡管水泥漿體積增加，但重量不增加。而且這些水泥漿都填充在泡沫球的空隙中，不產(chǎn)生總的體積增加。因此，礦粉對砂漿容重影響不大。
4.2.2礦渣粉煤灰復(fù)合的優(yōu)勢互補(bǔ)效應(yīng)
1. 固定水泥用量
單摻礦渣粉與單摻粉煤灰的保溫砂漿相比，兩者還存在一些差異，主要表現(xiàn)在：
礦渣粉的活性較高，因此摻礦渣粉的保溫砂漿雖然早期強(qiáng)度較低，但是后期能夠較快增長，后期強(qiáng)度甚至超過普通硅酸鹽水泥保溫砂漿。粉煤灰與礦渣相比，由于粉煤灰的玻璃體鈣含量較低，玻璃體中硅含量較高，[SiO4]4-多以高聚體為主，因此粉煤灰中的玻璃體解體較困難，在水泥水化形成的惡性環(huán)境下解體速度很慢，隨粉煤灰摻量的增加，保溫砂漿早期強(qiáng)度降低幅度很大，但是后期強(qiáng)度（（28d以后）卻能有所增長。
選取礦渣和粉煤灰以不同比例復(fù)合，希望能夠通過兩者性能上的差異，彌補(bǔ)各自的缺陷，獲得較好的砂漿性能，即達(dá)到優(yōu)勢互補(bǔ)的效果。復(fù)合礦渣粉煤灰的保溫砂漿的強(qiáng)度能否超過單摻的強(qiáng)度，是評判復(fù)摻時(shí)能否表現(xiàn)出優(yōu)勢互補(bǔ)效應(yīng)的主要指標(biāo)。
保持水膠比為0.5,水泥摻量為300g,粉煤灰、礦粉總摻量40%時(shí)復(fù)摻的強(qiáng)度結(jié)果。清晰可見，由28d和 90d水化齡期時(shí)砂漿D22、D13的強(qiáng)度超過單摻礦粉保溫砂漿D40和單摻粉煤灰保溫砂漿D04,可以認(rèn)為在礦渣、粉煤灰總摻量為40%時(shí)，礦渣與粉煤灰復(fù)合確實(shí)能產(chǎn)生優(yōu)勢互補(bǔ)效應(yīng)。
諸多研究者對于復(fù)合水泥出現(xiàn)優(yōu)勢互補(bǔ)效應(yīng)這一事實(shí)已得到了承認(rèn)，但是對于優(yōu)勢互補(bǔ)效應(yīng)產(chǎn)生的機(jī)理和條件，卻缺乏深入的研究探討。
由于水泥中的細(xì)顆粒中不僅有熟料顆粒，還有礦渣和粉煤灰顆粒，它們的活性不同，水化速率也不同，在水泥水化過程中可以作為活性成分增加水化產(chǎn)物形成量，或作為活性微集料減少大孔數(shù)和降低孔隙率，以此對強(qiáng)度的提高作出貢獻(xiàn)。
4.2.3正交試驗(yàn)本實(shí)驗(yàn)試件尺寸為40mm×40mm×160mm,水膠比為0.5.為考察復(fù)摻粉煤灰、礦渣粉對保溫砂漿抗折強(qiáng)度、抗壓強(qiáng)度及容重的影響，尋求最佳配合比，進(jìn)行正交實(shí)驗(yàn)。依據(jù)正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理理論，將粉煤灰、礦渣粉作為兩個因素，設(shè)計(jì)了二因素三水平正交實(shí)驗(yàn)，其中因素均為替代水泥質(zhì)量百分比。
1. 90天強(qiáng)度分析
90天正交試驗(yàn)結(jié)果：對于90天抗折強(qiáng)度，按極差大小順序排出因素的主次順序?yàn)椋?
主→次 B，A，A×B。可見最好的搭配是B1A1，其次是B2A3，B2A2。
對于90天抗壓強(qiáng)度，按極差大小順序排出因素的主次順序?yàn)椋?
主→次 B，A，A×B。可見最好的搭配是B2A3，其次是B2A1，B3A2。
2. 容重分析
對于濕容重，按極差大小順序排出因素的主次順序?yàn)椋?
主→次 A×B，A。B。從表中可見最好的搭配是A2B3，其次是A3B1，A3B2。
對于干容重，按極差大小順序排出因素的主次順序?yàn)椋?
主→次 A×B，A，B。從表中可見最好的搭配是A2B2，其次是A3B1，A3B2。極差R的大小用來衡量試驗(yàn)中相應(yīng)因素作用的大小。極差大的因素，說明它的三個水平對考核指標(biāo)所造成的差別大，通常是重要因素，而極差小的因素，則往往是不重要的因素。本實(shí)驗(yàn)中，因素的主次順序?qū)拐蹚?qiáng)度及抗壓強(qiáng)度都為B﹥A。B因素波動的范圍大，即為主要因素。 強(qiáng)度最高的組合為A2B2，重最低的組合為A2B2。由直接看和計(jì)算得出的上述四種組合條件考慮因素的主次作用，用"綜合平衡法"最優(yōu)的組合條件為A2B2，即A=30%，B=20%。
結(jié)論論文研究目的在于根據(jù)保溫砂漿應(yīng)用的需要，對礦渣粉、粉煤灰保溫砂漿各齡期強(qiáng)度與容重的研究，為摻礦渣砂漿在工程中的應(yīng)用確定所需的相關(guān)參數(shù)，通過實(shí)驗(yàn)及數(shù)據(jù)分析，其主要研究結(jié)論如下：
?。?）礦渣粉的摻入使得保溫砂漿強(qiáng)度在前期降低，直到后期才有所增長，趕上甚至超過不摻礦渣的水泥砂漿。
?。?）礦粉摻量對砂漿干、濕容重的影響不大。
（3）粉煤灰摻入時(shí)與摻入礦粉規(guī)律相似，但其強(qiáng)度不及摻入礦粉的保溫砂漿。
?。?）粉煤灰對砂漿容重影響不大。
（5）礦渣粉、粉煤灰復(fù)摻對保溫砂漿強(qiáng)度存在優(yōu)勢互補(bǔ)效應(yīng)。
?。?）通過正交試驗(yàn)，確定了新研制的復(fù)摻礦渣粉和粉煤灰的保溫砂漿90天其優(yōu)化的摻量分別為：礦粉20%、粉煤灰30%.使膠凝材料的各級配、活性的激發(fā)最優(yōu)，從而能使保溫砂漿的強(qiáng)度與容重達(dá)到最佳。
?。?）復(fù)摻礦物摻合料的保溫砂漿不僅具有較好的強(qiáng)度，而且市場經(jīng)濟(jì)性也很顯著。
參考文獻(xiàn)
[1] 伊立。高性能粉煤灰復(fù)合保溫砂漿的研制[J].粉煤灰，2002（4）：12-15。
[2]楊紹林。建筑砂漿實(shí)用手冊[M]. 北京：中國建筑工業(yè)出版社，2003。
[3]黃為民，強(qiáng)衛(wèi) .粉煤灰摻量對商品砂漿性能的影響[J].華東地區(qū)第十四次混凝土技術(shù)學(xué)術(shù)交流會論文集[C]，2004，5。
