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1、建筑砂浆中粉煤灰取代石灰膏的试验研究分类号密级学校代码学号湖北文理学院理工学院毕业论文建筑砂浆中粉煤灰取代石灰膏的实验研究Experimental study on lime fly ash to replace the building mortar姓指专院名导教师鄢朝勇教授业系土木工程 建筑工程系2014-5-28论文提交日期摘要本课题主要探讨建筑砂浆中粉煤灰取代石灰膏的可行性，通过计算强度等级为M5、M10 建筑砂浆配合比进行配制，经过实验性能测定初步得出结果：粉煤灰砂浆具有良好的施工 和易性与力学强度，其性能优于石灰混合砂浆。砂浆中掺入粉煤灰不仅可以改善砂浆的性 能，而且可以节约资源，
2、保护环境。因此也是一种绿色建筑砂浆，发展前景广阔。关键词：建筑砂浆；水泥、石灰和粉煤灰；和易性；力学强度IAbstractThis paper discusses the feasibility of fly ash mortar in building instead of lime paste, by calculating the strength grade of M5, MIO mortar mixture ra/tio are prepared, after the preliminary resuIts were: experimentai performance of fly
3、ash mortar has good workability and mechanical strength, its performance is better* than lime mixed mortar. The performance of fly ash mortar can not only improve the mortar, which can save resources, Protect environment. It is a green building mortat, the broad prospects of development.Keywords: Bu
4、ilding mortar； Cement, lime and fly ash； workability ；Mechanical strengthll目录摘要1AbstractII1. 前言12. 研究意义23. 我国以建筑砂浆中粉煤灰取代石灰膏的研究现状34. 理论依据45. 研究方案56. 实验结果及分析66. 1实验原材料66. 2砂浆配合比66. 3粉煤灰取代石灰膏对混合砂浆和易性的影响76. 4粉煤灰取代石灰膏对混合砂浆强度的影响117. 结论14&关于继续研究的若干建议15致谢-16参考文献 17湖北文理学院理工学院 学位论文1前言1. 前言建筑砂浆广泛用于砌筑、抹面、修补及粘贴饰
5、面材料等工程中，是建筑工程用量较大的 建筑材料之一，起到胶结、填充、传递负荷、保护结构和表面美化的作用。砂浆工程的质 量可以影响建筑工程的质量，而且制约着建筑工程的施工成本。目前的建筑砂浆的胶凝材 料主要是水泥，其次是石灰。建筑砂浆按胶凝材料分类可以分成水泥砂浆、水泥石灰混合 砂浆以及石灰砂浆等。长期以来我国的砂浆的配制大多采用水泥、石灰膏、砂加水拌制， 即混合砂浆【1】。水泥砂浆的强度较高，但保水性差，和易性不良，不易施工。为了改 善水泥砂浆的保水性和施工和易性，往往在水泥砂浆中掺入石灰膏等掺合料，从而制成水 泥石灰混合砂浆。水泥石灰砂浆的保水性及和易性好，容易施工，在实际工程中得到广泛 应
6、用，是用量最大的T种建筑砂浆。但由于石灰是气硬性胶凝材料，具有不耐水、强度 低、收缩大及容易存在过火石灰等特性，致使水泥石灰混合砂浆也存在耐水性差、收缩 大、耐久性差、粘结强度低以及以安定性不良等缺点。此外，石灰膏的生产制作复杂，生 产要消耗大量的矿物资源、能源并排放大量的温室气体，极不利于其可持续发展和环境保 护，另外生石灰需要消化为熟石灰并“陈伏”后才能使用，否则会导致砂浆体积安定性不 良【2】。由于经济建设的高速发展对电力的需求急剧增加，促使火力发电迅速增长，我国已成为 粉煤灰排放第一大国，绿色和平组织在有关报告中指出：2013年，中国粉煤灰产量达到了 5. 32亿吨，相当于每两分半钟就
7、倒满一个标准游泳池，或每天-个水立方。绿色和平气候 与能源项目经理杨爱伦表示，“中国所面临的粉煤灰问题的规模在全世界都是绝无仅有 的”。粉煤灰是火力发电的必然产物，每消耗4吨煤就会产生1吨粉煤灰。中国的火电装 机容量从2002年起呈现出爆炸式的增长，因此，粉煤灰排放也在过去8年内增长了 2. 5 倍，成为我国最大工业废弃物。（图表2反映近几年我国粉煤灰产量变化）如此多的工业 废渣如不加利用，资源、能源的巨大消耗及对环境带来的有害影响极不利于可持续发展。 目前，国内对粉煤灰的大批量处理主要是回填，而回填带来的主要问题是粉煤灰潜在的毒性 对环境的长期影响，从而对地下水、土壤造成污染。因此，粉煤灰这
8、种工业废渣是需要很 好利用的，粉煤灰是发展绿色建筑砂浆所需的细掺料的廉价而宝贵的资1湖北文理学院理 工学院学位论文2研究意义源。当前，必须加大力度进行粉煤灰的综合利用科研工作， 拓宽它的利用范围，来提高3粉煤灰的利用率。高性能与绿色化是胶凝材料今后能够可持续发展的必由之路。图表2 : 2010-2013年中国粉煤灰产量变化图产（亿吨 f-增长*2. 研究意义根据资料检索，目前国内外关于建筑砂浆胶凝材料的研究较少，发达国家已经基本普及 干混砂浆或预拌砂浆，砂浆商品化程度很高，所用的砂浆强度等级很高，除用波特兰水泥 作为胶凝材料外，另加入有机聚合物以改善水泥砂浆的工作性及物理力学性质，【4】但成本
9、较高。国内主要研究是涉及用粉煤灰作辅助胶凝材料配制砂浆研究等。而 随着全球经济的快速发展，人类生存的自然环境越来越严峻。因此，可持续发展是未来社会 经济发展的根本战略。建筑砂浆可持续发展的出路就是应用现代科学技术尽量减少自然资 源和能源的消耗，大量利用工业废渣和其他废弃物，减少对环境的污染。用粉煤灰作新型砂 浆胶凝材料，既可大量利用工业废弃物，保护环境，又能节约水泥，改善砂浆性能，得到 优质的砂浆。工程实践表明，为改善建筑砂浆的施工和易性，在建筑砂浆中掺用粉煤灰是有 效可行的。但要求粉煤灰的品质应符合国家现行标准用于水泥和混凝土中的粉煤灰 (GB15961991)粉煤灰在混凝土和砂浆中应用技术
10、规程(JGJ281986)和预拌混 凝土(GB/T149022003)【5-7】的有关规定。有关研究表明：适当的粉煤灰掺量对砂浆的强度、和易性、抗渗性和抗冻性等综合性能有较大的改善，不仅可减少粉煤灰对2湖 北文理学院理工学院学位论文3我国建筑砂浆中粉煤灰取代石灰膏的研究现状环境造成 的污染，还可以大幅减少消耗能源多、污染环境严重的硅酸盐水泥用量，因此是一种绿色砂浆，发展前景广阔。为此，本文研究了在不同取代率情况下水泥混合砂浆性能的差异，以及粉煤灰对建筑砂浆和易性、抗压强度等性能的改善效果。【8】3. 我国建筑砂浆中粉煤灰取代石灰膏的研究现状目前量大面广的城镇房屋建筑仍是以砖混结构为主，在这种砌
11、体建筑中，砌筑砂浆与抹面砂浆的应用是相当广泛的。因市场上供应的水泥主要是32.5、42. 5级普通硅酸盐水泥，用高标号的水泥配制普通标号的砂浆是不尽合理的，为了满足砌体砌筑和抹面施工需要，在规范中规定了砂浆中水泥的含量不能低于200 kg/m3,因而出现了水泥砂浆强度超标与工作性能不能满足的矛盾，粉煤灰在建筑砂浆的开发利用，是解决这一矛盾的有效途径，采用这一措施还可以降低工程造价，同时还可以节约资源和能源。同时我国的能源结构以煤炭为主。在煤炭的开采和利用过程中，产生了大量的工业废弃物，1995年全国公用电厂粉煤灰的排量就超过一亿吨，这对资源的浪费和环境的污染是非常严重的。建筑工业是我国开展共和
12、利用粉煤灰最早的行业之一，从50年代初期就开始对高炉矿渣、城镇锅炉炉渣、电厂粉煤灰、钢厂钢渣及各种尾矿进行了研究和【9】开发工作。并且在80年代，我国建筑科技人员对建筑砂浆中掺入粉煤灰的课题进 行了大量的基础研究工作，取得了丰硕的成果，这些成果对粉煤灰在建筑砂浆中的应用提供了可靠的依据。就整体而言，建筑的绿色化程度仍很低。国内近几年关于砂浆胶凝材料的论文有10余篇，主要涉及用粉煤灰作辅助胶凝材料配制砂浆的研究煤灰和水泥熟料配制建筑砂浆新型胶凝材料的研究【15】【10-14】，以及用粉等。目 前，我国配制高性能建筑砂浆采用的活性掺合料主要是硅灰、超细矿渣粉与优质粉煤灰等，由于硅灰资源较少，矿渣已
13、大部分被用于水泥混合材，量少价高决定了它们不可能成为绿色砂浆的掺合料。【16】掺合料中唯有粉煤灰资源十分丰富。而粉煤灰的利用率还是很低，每年还有很多 粉煤灰被浪费。4. 理论依据3湖北文理学院理工学院学位论文4理论依据粉煤灰是热电厂的工业废渣，经中国建筑科学研究院分析鉴定：粉煤灰以二氧化硅、三 氧化二铝为主，分别含57.5%、17.83%,并含有氧化钙2.89%,氧化镁2. 88%,氧化钠 0.75%,三氧化二铁3. 9%,氧化钾2. 88%,氧化钛0. 51%粉煤灰潮湿时呈泥状物，其颗粒 多呈球形，表面光滑，级配良好，与火山灰质混合材料相比，其结构较细密，内比面积小，且 对水的吸附能力小，需
14、水量较小，因此当一定量的粉煤灰掺入砂浆后，一方面可以填充17-19】水泥浆体中颗粒间的空隙，显著提高其密实度；另一方面优质粉煤灰配制的 砂浆流动性大。粉煤灰中的二氧化硅、二氧化二铝都属于活性混合材料，能和水泥在水化反应 过程中析出的氢氧化钙进行二次反应，得到水化硅酸钙、水化铝酸钙凝胶和水化硫酸钙等 水化产物，降低了水泥水化产物氢氧化钙的浓度，可以促进水泥的水化，且能变硬发【20】展强度，对砂浆强度和抗渗性都有提高作用，所以可利用粉煤灰做砂浆中的活性 材料。粉煤灰的这种作用称为活性效应即火山灰效应。除了活性效应外，粉煤灰还有形态效应、微集料效应。其中粉煤灰的形态效应原理为： 在显微镜下显示，粉煤
15、灰中含有70%以上的玻璃微珠，粒形完整，表面光滑，质地精密、 粒度细和对水吸附力小以及内比表面积小等物理性能，大大提高了砂浆的流动性，能起到 减水作用、致密作用和匀质作用，促进初期水泥水化的解絮作用，改变拌和物的流变性 质、初始结构以及硬化后的多种功能；粉煤灰的微集料效应是指粉煤灰颗粒均匀分布于水 泥浆体的基相之中，就像微细的集料一样。对粉煤灰颗粒和水泥净浆间的显微研究证明，随 着水化反应的进展,粉煤灰和水泥浆体的界面接触越趋紧密。在界面上形成的粉煤灰水化 凝胶的显微硬度大于水泥凝胶,粉煤灰微粒在水泥浆体中的分散状态良好，有助于新拌砂浆 的硬化和均匀性的改善,也有助于砂浆中的孔隙和毛细孔的充填
16、和细化；活性效应的主要 原理为：二氧化硅和三氧化二铝作为粉煤灰中主要的活性成分，能和水泥在水化反应过程 中析出的氢氧化钙进行二次反应，得到水化硅酸钙、水化铝酸钙凝胶和水化硫酸钙等水化 产物，降低了水泥水化产物氢氧化钙的浓度，这种反应主要是在水泥砂浆的孔隙中发生， 不仅可以大大降低水泥砂浆的内部孔隙率，改变孔隙结构，还可以使砂浆的各个组成部分 的粘结力更强【21】。在上述粉煤灰的三大效应中，形态效应、微集料效应是物理效应，火山灰效应是化学效 应。这三种效应相互关联，互为补充。粉煤灰的品质越高，效应越大。所以我们可以用粉 煤灰取代石灰膏来改善混合砂浆的性能。5. 研究方案4湖北文理学院理工学院学位论
