抛光砖粉作为混凝土掺合料的试验研究

陈碧云(中山市粤华混凝土有限公司)



抛光砖粉作为混凝土掺合料的试验研究

陈碧云
(中山市粤华混凝土有限公司)

1　引言

随着预拌混凝土在社会上的广泛应用，人们对混凝土这种主要建筑材料的研究越来越深入和多元化。作为工业生产废料的粉煤灰、矿渣粉等，都因为其可在混凝土中充当活性掺合料的作用已在理论及实际应用中都得到充分的肯定，而使得它们的“身价”持续上涨。房地产的兴旺发展以及预拌混凝土行业的全面普及，市场对这两种材料的需求日益增大，部分地区在某些时段甚至还出现“供不应求”的局面。鉴于这两种材料“变废为宝”的例子，人们最为积极地开拓思维，大胆尝新，希望能发现更多品种的活性掺合料，以丰富混凝土行业的材料市场。

在珠江三角洲地区，铁矿资源贫乏，大部分矿渣粉生产熟料是通过船运方式从国内几家大型的钢铁厂购进，物流费用占成本的比重高，造成矿粉价格居高不下。而粉煤灰的主要来源是屈指可数的几家大型发电厂，煤灰的质量受煤炭的产地和品质、发电机组的技术水平等因素影响，被电厂定位为“待处理废料”，以至于买家无权对其质量提出应有的要求，最重要是，仅仅几家电厂所产出的原灰量远远无法满足兴旺的建筑业发展的需求。高岭土是珠三角地区较丰富的资源，以佛山为中心形成瓷砖产业，每年能产生高达170万吨的抛光砖粉，国内已有学者对抛光砖粉作为混凝土活性掺合料的可行性作了不少研究，分别用它与矿渣粉、粉煤灰作对比，指出在比表面积相差不大的情况下，抛光砖粉的反应活性明显强于矿渣粉[1]，也有指出抛光砖粉含有少量玻璃相[2][3]，具有火山灰的活性[3]，其化学组成与粉煤灰近似（表1）[4]，但因抛光砖粉比表面积较高，颗粒多为非球状，且含有聚丙烯酰胺絮凝剂，所以掺入抛光砖粉的水泥标准稠度用水量高于粉煤灰[5]，大部分研究最终得出结论：抛光砖粉可成为一种新型的水泥混合材。如能广泛地推广应用，不但能解决长期以困扰陶瓷行业的“废料微粒”污染环境问题，更为珠三角地区的混凝土掺合料方面提供极大补充。

表1　抛光砖粉与粉煤灰的化学组成

2　试验方法与材料

2.1试验方法

本文先参考常用掺合料的几项基本技术指标检测方法，明确抛光砖粉的基本属性，初步选定适当的掺量范围，再通过混凝土试配试验，配制不同掺量的抛光砖粉、粉煤灰、矿渣粉的混凝土，观察其工作性能，并对各龄期试块的抗压强度对比分析，最终判断抛光砖粉是否能成为混凝土掺合料。

掺合料几项基本技术指标的检测方法：

⑴水泥标准稠度用水量、凝结时间，根据GB1346-2001；

⑵水泥胶砂强度，根据GB/T17671-1999；

⑶水泥胶砂需水量比，根据GB/T17671-1999；

2.2原材料

⑴水泥：珠海某水泥厂生产的P.O42.5R；

⑵粉煤灰一：广东台山电厂的Ⅱ级粉煤灰，过45um方孔筛筛余为18.0%，需水量比为94.5%，烧失量为2.4%，28天活性指数为74.2%；

⑶粉煤灰二：广西来宾电厂的Ⅲ级粉煤灰，过45um方孔筛筛余为28.4%，需水量比为102.4%，烧失量为5.6%，28d活性指数为68.8%；

⑷集料：选用连续级配的中砂，细度模数为2.7；碎石为中山某石场5～25mm连续颗粒级配碎石，含泥量和泥块含量分别为0.2%和0.1%；

⑸外加剂：聚羧酸缓凝减水剂，浓度10%，掺量为1.5%。

图1　粉煤灰在显微镜下的形态

图2　抛光砖粉在显微镜下的形态

2.3试验结果与分析

⑴从显微镜下观测，粉煤灰内所含有大量球状玻璃体颗粒，这是铝硅玻璃体，一般含量在50%～70%，这是煤灰具有活性的主要部分，对混凝土起减水效果，也对混凝土的强度、密实性、稳定性有贡献。但粉煤灰中也大量未燃尽碳粒，含量过高时会对粉煤灰的活性起消极作用，需水量增加从而大大的降低混凝土强度。因此，粉煤灰的质量很大程度上取决于电厂的燃烧系统，质量波动很大。

而抛光砖粉颗粒主要呈鳞片状，吸水后往往黏聚在一起，因此，它没有粉煤灰在混凝土中起的润滑作用，而有利于黏聚性和保水性，使流动性变差。

⑵水泥掺入不同掺量抛光砖粉的标准稠度用水量、凝结时间、胶砂强度及胶砂需水量比的结果见表2。

从表2的结果看，水泥掺入不同掺量抛光砖粉后，在凝结时间上基本变化不大，水灰比为0.5的水泥净浆若以30%粉煤灰取代水泥，初凝时间在300min左右，终凝时间在500min左右，可见粉煤灰具有一定的缓凝效果，而抛光砖粉不具备；需水量比随着抛光砖粉掺量的增加而增大，30%掺量的胶砂需水量比为104.5%，远远高于优质的Ⅱ级粉煤灰的指标，与Ⅲ级粉煤灰较接近；在力学性能方面，其抛光砖粉在强度方面的活性远远低于矿粉，与粉煤灰相仿，且随着抛光砖粉掺量的增大，胶砂强度呈下降趋势。

综合以上检验结果，抛光砖粉的活性近似于粉煤灰，但由于抛光砖粉的吸水率较高，与Ⅱ级粉煤灰对比没有太大的优势，其各项指标比较接近Ⅲ级粉煤灰，其中以15%～30%的掺量等量取代硅酸盐水泥的效果较为合适，因此再用抛光砖粉为混凝土掺合料，分别用Ⅱ级粉煤灰、Ⅲ级粉煤灰进行单掺和双掺的试验，试验所制备C30混凝土的配合比如表3所示。

试配的各项结果如表4。

表2　水泥掺入不同掺量抛光砖粉的指标

表3　

从试配的结果可以看出，无论是单掺还是双掺，优质的Ⅱ级粉煤灰都占有绝对优势，能达到有效减水、增加流动度、提高和易性、延缓凝结时间等作用。当掺量为15%时，掺抛光砖粉与掺Ⅲ级粉煤的工作性能方面基本相当，而在强度方面；当掺量增至30%时，掺抛光砖粉的样品都未能达到正常的工作性能，坍落度很小且坍落度经时损失严重，初终凝时间都无法满足正常运输及施工的要求。如采用Ⅱ级粉煤灰与抛光砖粉对半双掺（S08），其效果与单掺Ⅲ级粉煤（S05）各项性能接近，只是终凝时间较短，但也能满足正常施工的要求。如对半双掺的总掺量增至45%时（S10），与单掺Ⅲ级粉煤45%（S10）的各项结果更为接近。

从力学性能来看，三种掺合料单独掺量为15%时，混凝土7d和28d强度变化不大。但当掺量增大至30%时，抛光砖粉的活性比不上粉煤灰，混凝土抗压强度随Ⅱ级粉煤灰掺量增大而增大，却随着抛光砖粉掺量增大而强度降低，到60d时，掺Ⅱ级粉煤灰的比掺抛光砖粉的强度要高出一个等级。如采用Ⅱ级粉煤灰与抛光砖粉两者对半双掺时（S08），其各龄期强度与同掺量的Ⅲ级粉煤灰混凝土（S05）的强度接近，当掺量增大至45%时，各龄期的抗压强度也同样接近。

表4　

3　结论

⑴单掺抛光砖粉作为混凝土掺合料时，适用掺量在15%左右，抗压强度和工作性能都能够满足。当抛光砖粉掺量增大至30%时，坍落度明显下降，初终凝时间缩短，混凝土的工作性能和强度受到较大影响，不利于施工要求。

⑵抛光砖粉与优质的Ⅱ级粉煤灰对半双掺时，无论在工作性能还是力学性能方面，都与同掺量的单掺Ⅲ级粉煤灰效果接近。

⑶市场上的优质Ⅱ级粉煤灰约为210～230元/吨，Ⅲ级粉煤灰也约为170～190元/吨，而抛光砖粉作为废料回收利用，包含加工费和运费，单价不超过100 元/吨，作为混凝土的掺合料与优质Ⅱ级粉煤灰共同使用，在节约成本方面还是具有较大的优势。

【参考文献】

[1]王功勋,谭琳,王佳骅,曹聪.不同水胶比下钢渣粉与陶瓷抛光砖粉对水泥水化性能的影响［J］.硅酸盐学报,2014,(02).

[2]石正国,王攀.陶瓷砖抛光粉在C30混凝土中的应用［J］.混凝土,2012,(03).

[3]王功勋.陶瓷抛光砖粉作辅助胶凝材料的火山灰性［J］.硅酸盐学报,2010,(07).

[4]王功勋,苏达根,钟小敏.陶瓷抛光砖粉对混凝土性能的影响［J］.混凝土,2008,(10).

[5]周传友,苏达根,王功勋,陈映云,魏丽颖.陶瓷抛光砖粉作混合材对水泥性能的影响［J］.水泥,2007,(01).

⑷混凝土试配试验：根据JIS A1101—2005测定混凝土的坍落度、和易性、1小时后的坍落度损失；按照GB/T 50080-2002用贯入阻力仪测定混凝土的凝结时间；将新拌混凝土成型为150mm×150mm×150mm的立方体试块，在（20±2）℃的标准养护室中养护一定龄期后，按照GB/T 50081-2002测定混凝土7d、28d和60d的抗压强度。