粉煤灰对干混砂浆的性能影响研究综还及展望

摘要：现如今，我国对粉煤灰的应用越来越广泛，粉煤灰取代部分水泥拌制干混砂浆，不仅利废，还能节约水泥用量。为了更好地利用粉煤灰，研究了粉煤灰对砂浆性能的影响。本文就粉煤灰对干混砂浆性能的影响及展望进行研究，以供参考。

关键词：粉煤灰；干混砂浆；和易性；结构耐久性

引言

粉煤灰问题的特点，规模大，成分毒。煤炭中的各种有害重金属和放射性物质，在燃烧后仍会以较高浓度留存在粉煤灰中，约20％的粉煤灰是空心微粒结构，在有风的情况下很容易扩散，形成二次扬尘空气污染。不管是干法处理还是湿法处理，除非有非常完善的封存处理，否则由粉煤灰导致的二次扬尘污染都很严重。同时粉煤灰堆放需占用大量土地，如果灰场防渗漏措施不当，粉煤灰中有毒微量元素在长期堆存过程中，也会逐渐渗透到水体中。目前针对粉煤灰的综合利用途径研究较多，但对其具体危害叙述较少，本文基于粉煤灰的矿物和化学组成，总结了粉煤灰堆放目前存在的环境问题，以期为后续粉煤灰处理及再利用提供一定的参考依据。

1我国对于粉煤灰的应用研究

国内对于粉煤灰的研究主要针对粉煤灰在混凝土中的应用，相较于西方工业国家，我国最早从20世纪50年代开始，有国内专家学者陆续发表粉煤灰水泥混合材料的研究报告，有关企业部门研发了粉煤灰混凝土的技术规范，粉煤灰加入混凝土获得了良好的经济效益。在工程实例方面，三峡大坝的混凝土浇筑中添加大量粉煤灰，使得坝体的温升得到了良好的控制，也提高了坝体的抗渗性；荆岳长江大桥的承台部分在混凝土设计方面加入了大量粉煤灰，明显改善了承台的抗裂能力；地下混凝土根据结构耐久性设计要求，针对地铁车站工程混凝土的力学性能和抗渗性能，采用了较高掺量的粉煤灰进行施工，并最终取得成功。近年来，我国投入了大量的人力、物力对粉煤灰进行了综合利用。

2注浆材料分类

常见的注浆材料根据化学组成，一般分为有机注浆材料、有机无机复合注浆材料以及无机注浆材料三类。有机注浆材料具有初始黏度低，柔韧性优异、渗透性强，固化稳定性良好等优点，但价格较为昂贵。有机无机复合注浆材料应用也较为广泛，但有机无机原料界面相容性较差，成为了一大难点。无机注浆材料一般是利用水泥、黏土、黄土、高岭土等作为主体材料，再配以其他激发剂、外加剂等。由于主体材料中富含硅铝等元素，在外加剂和激发剂等的作用下，产生C-S-H、C-A-S-H、N-A-S-H等凝胶结构，使得注浆材料具有一定的胶凝性能，但由于原材料的来源受限，水泥作为原料之一生产时碳排放量大，导致传统注浆材料不利于大规模的应用。因此，本文将利用固体废弃物粉煤灰作为主体材料，按照不同类型进行划分，主要从粉煤灰的活化方式、粉煤灰基注浆材料的性能评价以及工程应用等方面，对粉煤灰基注浆材料的研究进展进行综述，为固废制备注浆材料相关研究提供参考。由于注浆材料需求量大，性能要求较高，针对以上各种材料的特点，研究人员提出将固废应用于注浆材料中，既解决原有的材料成本高、固结后性能差，材料相容性差等问题，又可以大规模处理固废，减轻环境负担。其中主要用到的固废包括粉煤灰、矿渣、赤泥等。

3耐高温性能

随着温度的升高，试件的抗压强度先增大后减小，当温度为100℃、200℃时，试件的抗压强度比常温（25℃）抗压强度大，这可能是因为温度的适当升高促进了水化反应，增强了水泥颗粒之间的胶合作用，从而提高了抗压强度。当温度大于200℃后，随着温度的升高，试件的抗压强度降低，其中，当温度从200℃升至300℃时，抗压强度降低最多，这主要是由于水泥和再生细骨料之间的温度膨胀系数不同，在升温过程中，试件内部容易形成细微裂缝，进而降低试件整体的抗压强度。此外，对于抗折强度而言，随着温度的升高，试件的抗折强度总体上呈下降趋势。随着温度的升高，试件的质量损失率基本呈增大趋势。其中，当温度低于200℃时，试件的质量随着温度的升高有小幅降低，这主要是由于试件内部水分挥发所致。当温度在200～400℃时，试块的质量变化相对较稳定。当温度大于400℃后，试件的质量大幅降低。

4粉煤灰基注浆加固

注浆材料固结体强度较高，可以应用至煤矿采空区加固、隧道工程破碎带加固、路基加固等场景。在解决某软土路基垮塌、变形严重的问题时，刘强[27]等人对以往路基加固改良的情况进行调研后，针对待解决路况进行地质调查，选用注浆技术进行加固处理，主要用到的注浆材料即矿渣-粉煤灰复合注浆材料，通过对不同土体注浆后的力学性质、渗透性、微观形貌等的分析发现，注浆后可以有效改善土壤颗粒间粘结性差、孔隙多且松散的现状，这也使得软土路面的强度和抗渗性同步提升。

5铅锌尾矿微粉制备干混砂浆的试验

试验采用常用的M7.5抹灰砂浆的配合比，主要原材料为水泥、粉煤灰、砂和外加剂，试验采用不同掺量的改性铅锌尾矿微粉替代粉煤灰，砂浆的和易性主要包括流动性、保水性和粘聚性。从表5可以看出，经改性后的铅锌尾矿微粉的砂浆稠度和保水率与基准粉煤灰的砂浆稠度和保水率对比相差不大，这表明铅锌尾矿微粉对砂浆的流动性和保水性影响不大。由于粉煤灰具有较好的黏聚力，掺入粉煤灰的砂浆粘聚性较好，随着铅锌尾矿微粉替代粉煤灰掺量增加砂浆的粘聚性有所降低，但铅锌尾矿微粉替代率在50%以内几乎没有影响，75%的只是粘聚性轻微差。铅锌尾矿微粉由于其水化活性氧化物相对粉煤灰较少，因此水化过程较为缓慢，水化产物较小，对强度作用主要为微粉的微集料效应和激发剂的提升效果，因此，砂浆凝结时间和抗压强度有小幅下降，但满足GB/T25181—2019《预拌砂浆》对M7.5抹灰砂浆凝结时间和28d强度要求。

6粉煤灰干混砂浆应用前景展望

粉煤灰的品质在全国范围内差别较大，不同地区发电站生产的粉煤灰的细度、化学成分不尽相同。为了使粉煤灰混凝土更好地应用于实际工程，除了对粉煤灰混凝土加强养护环境的控制外，粉煤灰掺量成为影响其早期强度和后期强度的关键因素之一。（1）在现有传统干混砂浆的基础上添加不同种类和掺量的粉煤灰来改善干混砂浆性能，使其满足建筑对砂浆的工作性能要求。（2）通过改变不同种类和掺量的粉煤灰研究干混砂浆的性能，测试干混砂浆一系列的力学性能，找出满足砂浆强度、和易性的粉煤灰掺率范围，选取其中较适合的粉煤灰掺率。（3）通过改变不同种类和掺量的粉煤灰研究干混砂浆的性能，测定掺粉煤灰干混砂浆的后期强度，目的在于满足砂浆强度、和易性的同时能更高效地利用粉煤灰，实现资源再利用、节省建筑成本。

结语

粉煤灰基注浆材料作为一种新型的注浆材料，具有原料廉价易得、制备过程简单等优点，在道路工程等方面应用较为广泛。不仅可以代替传统水泥基注浆材料，降低生产成本，而且可以实现大规模利用。粉煤灰对干混砂浆中稠度、封层度、密度影响不明显，但粉煤灰中高钙灰比例增加时，砂浆强度明显增强，抗渗性能、收缩率好，粘结强度高，耐久性优良。完全可代替传统砂浆，具有良好的经济效益和社会效益。目前粉煤灰利用前景广阔，如用于建材、道路工程材料，作为改良剂改善土壤，作为吸附剂处理废气废水等，应结合粉煤灰自身特性和危害程度，有效利用资源并探讨循环利用新途径，将会带来巨大的环境效益，促进能源行业的发展。

参考文献

[1]方光旭，古再努尔·依明，杨博，陈南希，张琰琦.粉煤灰在干混砂浆中的应用研究[J].四川水泥，2022（11）：5-7.

[2]王同康，曾亮，姜建松.钢渣矿渣水泥在干混砌筑砂浆中的应用及性能研究[J].江西建材，2023（01）：49-50+53.