陶瓷抛光砖粉作为混凝土掺合料的研究

陈国聪

(深圳市永恒业混凝土有限公司，广东 深圳 518105)

前言

泵送商品混凝土要求有很好的流动性、强度和耐久性，必须要掺用一定的掺合料。常用的掺合料有粉煤灰、超细矿渣粉、硅灰等。［1－3］硅灰虽然性能好，但价格昂贵，难以大量推广应用。以粉煤灰和超细矿渣粉已成为混凝土不可或缺的组分。［4，5］但是，随着泵送商品混凝土的迅猛发展，粉煤灰和矿渣粉出现了供不应求的局面。另外一方面，随着陶瓷工业的快速发展，陶瓷抛光砖粉等各种陶瓷工业废料日益增多，大量的陶瓷废料的堆积挤占土地，污染环境。如何变废为宝，化废料为资源。［6，7］因此，本文通过对陶瓷抛光砖粉基本性质的分析以及陶瓷抛光砖粉取代水泥、粉煤灰对混凝土性能影响的研究，来探讨陶瓷抛光砖粉用作混凝土掺合料的可行性。

1 实验材料和实验方法

1.1 实验材料

水泥:广州市珠江水泥厂有限公司生产的水泥熟料与4%石膏制得的P·Ⅰ硅酸盐水泥，其熟料化学组成如表1所示。

表1 水泥熟料化学成分(%)

粉煤灰:所用粉煤灰均为F类粉煤灰，Ⅱ级灰。

抛光砖粉:佛山市某陶瓷厂陶瓷抛光砖废粉。

砂:ISO标准砂。

沙:河沙。

石:碎石，粒径20～40mm。

水:普通自来水。

减水剂:萘系高效减水剂FDN、FDN－RJ20和聚羧酸系高效减水剂MB－SR3。

1.2 实验方法

比表面积实验:比表面积的测定方法:水泥及粉煤灰、抛光砖粉的比表面积测定按照GB 8074—87《水泥比表面积测定方法(勃氏法)》的规定进行。

粉煤灰、抛光砖粉颗粒粒径测定:颗粒中﹥45μm的颗粒组成的测定根据GB/T 1345—2005《水泥细度检验方法筛析法》进行;颗粒中﹤45μm的颗粒组成采用BT—1500离心沉降式粒度分布仪测定。

抛光砖粉强度活性指数测定:试验参照GB/T1596－2005附录D《粉煤灰活性指数试验方法》进行。

混凝土的抗压强度测定采用GB/T50081－2002《普通混凝土力学性能试验方法标准》的规定进行。

扫描电镜SEM分析:试验仪器采用LEO1530VP型SEM扫描电镜。

2 实验结果与讨论

2.1 陶瓷抛光砖粉的化学组成

对试验用陶瓷抛光砖粉进行化学成份测试，其化学组成如表2示。为便于对照，将本试验用广东省某电厂粉煤灰的化学组成一并列于表中。

表2 陶瓷抛光砖粉的化学组成(%)

由表2可知，抛光砖粉的主要化学成份为SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO等，与水泥和实验用粉煤灰的主要组分一样，只是各种组分的含量有所不同。抛光砖粉的化学组成以SiO2为主，明显高于实验用粉煤灰SiO2含量，也高于一般的水泥。Al2O3的含量则低于实验用粉煤灰。Cl的含量较低。

2.2 陶瓷抛光砖粉的比表面积和粒度分布

以勃氏法测得抛光砖粉的比表面积为565m2/Kg，实验用粉煤灰的比表面积为305m2/Kg。以离心沉降式粒度分布仪测定试验用抛光砖和粉粉煤灰粒度分布见表3。

表3 抛光砖粉及实验用粉煤灰粒度分布

由表3可知，陶瓷抛光砖粉中位粒径为6.28μm，实验用粉煤灰的中位粒径为23.9μm。可见，陶瓷抛光砖粉的粒径远小于一般水泥，也小于一般的粉煤灰。

2.3 陶瓷抛光砖粉的水泥胶砂28d抗压强度比

将抛光砖粉按30%的比例，掺入到Ⅰ型硅酸盐水泥中，用掺抛光砖粉的水泥胶砂28d抗压强度与该硅酸盐水泥28天抗压强度进行比较，以确定其活性高低。

试验测得掺30%抛光砖粉的水泥胶砂28d抗压强度R1=47.3MPa，对比样品的 28d 抗压强度 R2=58.4MPa。

因此，K=R1/R2×100%=46.5 MPa/56.5 MPa×100%=81%

由上述结果可知，掺30%抛光砖粉的水泥胶砂28d抗压强度比既高于火山灰质混合材28d抗压强度比不低于62%的要求，还高于粉煤灰强度活性指数不低于70.0%的要求。

2.4 陶瓷抛光砖粉作掺合料对混凝土强度的影响

拟将抛光粉作掺合料与实验用粉煤灰作比较，按15%等量取代和18%超量取代，并复掺抛光砖粉与实验用粉煤灰，研究抛光砖粉作掺合料对混凝土强度的影响。试样成型尺寸为151515cm的立方体，试标准振捣成型试件每组样3个，24h后拆模，放入标准养护室养护28d，分别测试其立方体抗压强度。试验结果见表4。

表4 抛光砖粉作砼掺合料对其强度的影响

编号 水泥(Kg)粉煤灰L(Kg)抛光粉(Kg)砂石水(Kg)(Kg)(Kg)28d强度(MPa)3 341.7 72.36 0 681 1108 205 35.5 4 341.7 0 60.3 681 1108 205 35.9 5 341.7 0 72.36 681 1108 205 37.3 6 341.7 30.15 30.15 681 1108 205 38.2 7 341.7 36.18 36.18 681 1108 205 38.6

由表4可以看出:用抛光砖粉取代部分水泥，直接导致水泥用量的减少，会降低混凝土的强度。由于抛光砖粉的强度活性指数较实验用粉煤灰高，水化反应程度较实验用粉煤灰要好，故在掺量相同的条件下，掺抛光砖粉的混凝土28d强度始终高于掺实验用粉煤灰的混凝土。同时，抛光砖粉颗粒比实验用粉煤灰细，填充效果较实验用粉煤灰好，也会增加混凝土的密实性，从而提高强度。

在掺合料用量相同的条件下，复掺抛光砖粉与实验用粉煤灰的混凝土28d强度要高于单掺等量抛光砖粉或粉煤灰的强度。主要是由于按适当的比例复掺后，在改善其颗粒级配的同时，既能发挥抛光砖粉比表面积大，颗粒较小，易于反应和填充效果较好的长处，又能充分利用实验用粉煤灰球形颗粒多、表面光滑，利于流动的优势，故复掺条件下的混凝土强度更高。

3 结束语

(1)抛光砖粉的化学组成以SiO2为主，Cl的含量也较低，陶瓷抛光砖粉中位粒径为6.28μm。掺30%抛光砖粉的水泥胶砂28d抗压强度比为81%。

(2)由于抛光砖粉的强度活性指数较实验用粉煤灰高，抛光砖粉颗粒比实验用粉煤灰细，填充效果较实验用粉煤灰好，故在掺量相同的条件下，掺抛光砖粉的混凝土28d强度始终高于掺实验用粉煤灰的混凝土。

(3)主要是由于抛光砖粉与实验用粉煤灰按适当的比例复掺后，在改善其颗粒级配的同时，既能发挥抛光砖粉比表面积大，颗粒较小，易于反应和填充效果较好的长处，又能充分利用实验用粉煤灰球形颗粒多、表面光滑，利于流动的优势，故在掺合料用量相同的条件下，复掺抛光砖粉与实验用粉煤灰的混凝土28d强度要高于单掺等量抛光砖粉或粉煤灰的强度。

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