粉煤灰基地聚物砂浆强度影响因素分析

地聚物砂浆是由粉煤灰、矿渣等地聚合物为主要胶凝材料，水玻璃或氢氧化钠为激发剂制备而成的砂浆。地聚物砂浆具有原料资源丰富、生产能耗低、几乎无污染、不消耗石灰石资源等优点，是一种环保型绿色建筑材料。 地聚物砂浆的抗压强度主要受到灰砂比（粉煤灰与砂的质量比）、碱溶液浓度、碱溶液模数（钠水玻璃模数）、液固比（碱溶液与粉煤灰的质量比）等因素的影响，通过试验研究，分析以上因素对地聚物砂浆抗压强度的影响。

材料特性

砂：采用本地河砂，中粗砂。

碱溶液： 采用钠水玻璃溶液、氢氧化钠和蒸馏水混合制备了碱溶液。初始碱溶液为模数为2.31、浓度42%、波美度为50的钠水玻璃。

粉煤灰：采用一级低钙粉煤灰。

试验方法

首先将钠水玻璃、氢氧化钠和蒸馏水，在烧杯中搅拌，配制成试验所需要的碱激发剂溶液。然后在筒壁湿润的搅拌锅中依次加入粉煤灰和碱激发剂溶液，搅拌半分钟；随后边搅拌边加入砂，搅拌2分钟后静置1分钟，再搅拌2分钟后装入尺寸为70.7mm×70.7mm×70.7mm的立方体试模之中，每组3个试块。用捣棒插捣25次，并用抹刀将表面抹平。

试件在制作完成后在室温环境下养护1天后拆模，并分别在3天、7天、28天进行抗压强度测试。 抗压强度试验符合现行国家标准《公路工程水泥及水泥混凝土试验规程》(JTG 3420—2020)。

砂灰比对强度的影响

图2显示，砂灰比越大，地聚物强度越高，但砂灰比对地聚物砂浆强度影响十分有限，当砂灰比从3.5变为4.5时，地聚物强度仅提高6%。

图2 在不同砂灰比下的3/7/28天抗压强度

碱溶液浓度对强度的影响

图3显示，碱溶液浓度从16%提升到22%，地聚物砂浆28天抗压强度从1.4Mpa提高到8.1Mpa。这是因为碱溶液浓度越高，参与化学反应的有效水玻璃成分越高，形成的水化物更多， 进而导致抗压强度更高的结果。地聚物砂浆的早期强度形成较慢，溶液浓度较低时（16%~20%），部分试件的3天强度太低以至于无法测定。

图3 在不同碱溶液浓度下的3/7/28天抗压强度

碱溶液模数对强度的影响

图4显示，碱溶液模数越高，地聚物砂浆的抗压强度就越高。当碱溶液模数从0.9增大到1.2时，地聚物砂浆28天抗压强度从6.4Mpa增大到12.1Mpa。当模数为0.9时，地聚物砂浆的3天抗压强度太低，以至于无法测得。

图4 在不同碱溶液模数下的3/7/28天抗压强度

液固比对强度的影响

图5显示，当液固比低于0.65时，液固比越高，地聚物砂浆的抗压强度越低。液固比越高，也就意味着，单位质量的碱溶液所对应的粉煤灰越少，这也会导致形成的水化物强度降低。当液固比为0.6时，地聚物砂浆的流动性降低，导致地聚物砂浆的均匀性下降，进而导致强度降低。

图5 在不同液固比下的3/7/28天抗压强度

结语

砂灰比、碱溶液浓度、碱溶液模数、液固比都会对地聚物砂浆抗压强度产生影响，通过以上分析可以得出以下结论：

(1)砂灰比对地聚物砂浆强度影响微弱，可以忽略不计；

(2)碱溶液浓度和碱溶液模数，都会直接影响参与化学反应的水玻璃数量，这对地聚物砂浆的抗压强度影响很大。碱溶液浓度越高、碱溶液模数越大，地聚物砂浆的抗压强度就越大；

(3)液固比在0.65时，地聚物砂浆抗压强度达到最大。

地聚物砂浆具有环保无污染、恶劣环境下性能稳定、可实现多功能性、生产成本低、符合可持续发展理念等优点，具有广阔的应用前景。