混杂激发剂掺率对无熟料水泥砂浆的影响研究

迟翠萍 牛 硕 魏广岳 裴长春*

(延边大学工学院，吉林 延吉 133002)

混杂激发剂掺率对无熟料水泥砂浆的影响研究

迟翠萍 牛 硕 魏广岳 裴长春*

(延边大学工学院，吉林 延吉 133002)

利用粉煤灰和矿渣取代100%熟料水泥，同时以再生细骨料替代部分天然砂，研究不同混杂激发剂掺入率对无熟料水泥砂浆的基础特性的影响，试验结果表明，无熟料水泥砂浆的稠度及强度均低于OPC，随着混杂激发剂掺入率的增加，砂浆的流动性逐步降低、强度逐步提高。

混杂激发剂，无熟料水泥，稠度，抗压强度，抗折强度

随着建设业的高速发展，水泥的使用量也逐年增加，据统计2014年我国的水泥产量达到24.7亿t[1]，居世界第一。首先水泥的生产过程中需要消耗大量的能源，并产生大量粉尘和二氧化碳，造成严重的环境污染。其次，随着工业的发展产生大量的工业废弃物，如钢铁冶炼过程中产生的矿渣，热电厂煤烧结后产生的粉煤灰等。这些工业废弃物如果不能被合理处理，则对环境产生严重危害，而且不符合我国可持续发展及节能减排的号召。目前，在我国为了降低能源消耗、减少环境污染，部分水泥用粉煤灰或矿渣等工业废弃物代替拌制混凝土，但由于使用这些工业废弃物后混凝土的力学性能降低，其利用率受到一定的限制。本文为了扩大工业垃圾的再利用率，利用粉煤灰和矿渣全部取代传统的熟料水泥[2- 4]胶凝材料，同时用再生细骨料代替部分天然砂[5，6]，并为了促进其水化加入碱性混杂激发剂，来探讨无熟料水泥再生骨料砂浆的流动性及力学性能，为无熟料水泥再生骨料砂浆的应用提供技术参考。

1 试验方案设计及方法

1.1 试验方案设计

本试验采用水胶比为0.4，在胶凝体中掺入以重量比粉煤灰47.5%、矿渣47.5%，生石灰5%来取代全部水泥，在骨料中以重量比取代20%的再生细骨料配制无熟料水泥砂浆，并为了分析其基础特性，改变混杂激发剂(NaOH和KOH的重量比例为2∶1)的掺入率，掺入率包括0%，0.25%，0.5%，0.75%，1.0% 5组。且为了与无熟料水泥砂浆做性能比较多配制了一组胶凝体中使用100%普通硅酸盐水泥的砂浆(简称OPC)，共计划6组试验。本试验的砂浆配合比如表1所示。

表1 无水泥砂浆配合比 kg

1.2 试验原材料

本试验采用的水泥为延边朝鲜族自治州庙岭牌P.O42.5型号普通硅酸盐水泥，密度为3 115 kg/m3；粉煤灰使用吉林省延吉市发电厂生产，密度为2 200 kg/m3；矿渣为济南市历城区荣兴达矿粉厂生产，密度为2 890 kg/m3；生石灰密度为2 700 kg/m3。本试验采用棕黄色液体聚羧酸高效减水剂，固含量为20%、减水率25%。激发剂NaOH和KOH的质量分数分别为96.0%,82.0%。试验用天然砂为延吉市本地产天然黄沙，品级为细砂，级配良好，密度为2 705 kg/m3；试验用再生细骨料为废弃试块用颚式破碎机破碎而成，废弃混凝土的强度为20 MPa～40 MPa，表观密度为2 280 kg/m3。天然砂和再生细骨料的基本物理性能指标如表2所示。

表2 天然砂和再生骨料基本物理性能指标

1.3 试验方法

本试验先将胶凝材料、细骨料机械干搅拌60 s，然后把称量完的水、混杂复合激发剂及减水剂加入拌合物当中，再搅拌180 s，并把拌合完的砂浆装模后插捣抹平，最后用振动台振实。稠度试验根据JGJ/T 70—2009建筑砂浆基本性能试验方法标准测定。砂浆抗压及抗折强度按照GB/T 17671—2005水泥胶砂强度检测方法测定。

2 试验结果与分析

2.1 塑性状态砂浆稠度

图1和图2分别是激发剂掺入率变化下的砂浆稠度和相对OPC的稠度百分比。由图可知，首先使用100%普通硅酸盐水泥的OPC砂浆稠度为5.8 cm，而未掺入激发剂的H0组砂浆的稠度为5.1 cm，达到OPC的87.9%。随着激发剂掺入率的增加，砂浆的稠度逐步降低。这是因为在高碱性环境中矿渣的潜在水硬性反应和粉煤灰火山灰反应开始逐步进行，生成水化物，砂浆逐步降低流动性。

2.2 力学性能分析

1)抗压强度。图3和图4分别是激发剂掺入率变化下的砂浆7 d抗压强度与相对OPC抗压强度百分比。由图可知，在龄期7 d时,使用100%普通硅酸盐水泥的OPC组抗压强度为30.2 MPa，而未掺入激发剂的H0组砂浆的抗压强度为0。当激发剂掺入0.25%，0.5%，0.75%，1%时，砂浆抗压强度分别为0 MPa，14.4 MPa，16.4 MPa，16.7 MPa，相对OPC抗压强度百分比分别为0%，47.7%，54.2%，55.2%，即随着激发剂掺入率的增加，砂浆抗压强度逐步增加。这是因为在低碱性环境中粉煤灰未发生火山灰反应，高炉矿渣因被玻璃体包围与外界的水隔离[7]，未能进行水化反应。随着碱性激发剂掺入率增加，OH-浓度越来越高，在较高的碱性环境中粉煤灰的火山灰反应逐步进行、矿渣周围玻璃体逐渐被破坏，矿渣参与水化反应，砂浆强度逐渐提高。

图5和图6分别是激发剂掺入率变化下的砂浆28 d抗压强度与相对OPC抗压强度百分比。由图可知，在龄期28 d时，OPC抗压强度为41.6 MPa，而H0组砂浆的抗压强度为0。随着激发剂掺入率的增加，砂浆28 d抗压强度仍逐步增加。其中掺入激发剂H75和H100的28 d抗压强度分别达到20.7 MPa，21.9 MPa，分别达到OPC的49.8%，52.6%，得到比较良好的强度值。

2)抗折强度。图7和图8分别是激发剂掺入率变化下的砂浆7 d抗折强度与相对OPC抗折强度百分比。由图可知，在龄期7 d时，OPC的抗折强度为5.1 MPa，而H0砂浆的抗折强度为0。当激发剂掺入0.25%，0.5%，0.75%，1%时，砂浆7 d抗折强度分别为0 MPa，3.6 MPa，4.2 MPa，4.5 MPa，相对OPC百分比分别为0%，70.5%，83.0%，88.4%，即随着激发剂掺入率的增加,砂浆的抗折强度得到较小幅度的提高。

图9和图10分别是激发剂掺入率变化下的砂浆28 d抗折强度与相对OPC抗折强度百分比。由图可知，在龄期28 d时，OPC的抗折强度为5.5 MPa，而H0砂浆的28 d抗折强度为1.0 MPa，达到OPC的17.6%。随着激发剂掺入率的增加，砂浆28 d抗折强度仍逐步增加，其中掺入激发剂H75和H100的28 d抗折强度分别达到4.3 MPa，4.4 MPa，得到比较良好的强度值。

2.3 综合分析

表3 砂浆基础特性综合评价

无熟料水泥砂浆基础特性综合评价如表3所示。由综合评价可知，在本试验中，无熟料水泥砂浆H75和H100的稠度及抗压强度、抗折强度相对稳定，并且在各项技术指标中获得良好的效果。但在满足流动性及力学性能的条件下考虑经济性，则在无熟料水泥砂浆中掺入混杂激发剂0.75%的H75组试验结果比较良好。

3 结语

本文通过在无熟料水泥再生骨料砂浆中掺入混杂碱性激发剂来分析砂浆的流动性及强度特性，其结果如下：

1)未掺入混杂激发剂的H0组砂浆的稠度为5.1 cm，达到OPC的87.9%，随着混杂激发剂掺入率的增加，稠度呈现下降趋势。

2)未掺入混杂激发剂的H0组砂浆的抗压强度均为0，随着混杂激发剂掺入率的增加，无熟料水泥砂浆的抗压强度呈增长趋势。在龄期28 d混杂激发剂掺入率0.75%和1%时得到20 MPa以上抗压强度。

3)未掺入混杂激发剂的H0组砂浆的7 d抗折强度为0，随着混杂激发剂掺入率的增加，无熟料水泥砂浆的抗折强度呈增长趋势。在混杂激发剂掺入率0.75%和1%时28 d抗折强度分别得到4.3 MPa，4.4 MPa。

在本试验范围内，由于混杂激发剂掺入率由0.75%增加至1%时，砂浆的强度增长幅度不明显，因此如考虑经济性，则混杂激发剂掺入率为0.75%的H75组砂浆性能比较良好。

[1] 中商情报网.2014年中国水泥产量统计分析[EB/OL][2015-02-04].http://www.askci.com/chanye/2015/02/04/1626509v2s.shtml.

[2] 彭 杰，董健苗，吴辉琴，等.矿粉—粉煤灰水泥基材料的试验研制[J].混凝土,2013(5):87-92.

[3] 李书进,厉见芬.碱激发大掺量粉煤灰胶凝材料的试验研究[J].粉煤灰,2010(6):10-14.

[4] 陈 雷,肖 佳，唐咸燕，等.粉煤灰和矿渣双掺对混凝土性能影响的研究[J].粉煤灰综合利用,2007(2):22-25.

[5] 曹 剑，张 健，李秋义.矿物掺和料和再生骨料对再生混凝土工作性的影响[J].青岛理工大学学报，2009(4)：144-165.

[6] Pei Changchun.The Experimental Study On Strength Of Recycled Concrete And Recycled Reinforced Concrete Columns By Non-damaged Test，5th International Symposium between China,Japan and Korea，2011.

[7] 张海龙，王晓博，左展毓，等.粉煤灰和矿渣不同配合比对无水泥砂浆性能的影响[J].延边大学学报(自然科学版)，2012,38(2)：163-167.

Research on the effect of no cement mortars with different incorporation efficiency of mixed activators

Chi Cuiping Niu Shuo Wei Guangyue Pei Changchun*

(CollegeofEngineering,YanbianUniversity,Yanji133002,China)

This article utilized fly flash and slag to replace 100% of cement clinker, and used recycled fine aggregates to replace the part of natural sands to study the effect on the basic characteristics of no cement mortars with different incorporation efficiency of mixed activators. The test results showed that, the consistency and strength of no cement mortars were lower than Ordinary Portland Cement(OPC). With the increase in the incorporation efficiency of mixed activators, the fluidity of mortars gradually reduced and the strength of mortars gradually increased.

mixed activators, no clinker cement, consistency, compression strength, flexural strength

2015-04-04

迟翠萍(1994- )，女，在读本科生

裴长春(1976- )，男，博士，讲师

1009-6825(2015)17-0090-03

TU525

A