拋光磚粉作為混凝土摻合料的試驗(yàn)研究

陳碧云(中山市粵華混凝土有限公司)

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拋光磚粉作為混凝土摻合料的試驗(yàn)研究

陳碧云
(中山市粵華混凝土有限公司)

1　引言

隨著預(yù)拌混凝土在社會(huì)上的廣泛應(yīng)用，人們對混凝土這種主要建筑材料的研究越來越深入和多元化。作為工業(yè)生產(chǎn)廢料的粉煤灰、礦渣粉等，都因?yàn)槠淇稍诨炷林谐洚?dāng)活性摻合料的作用已在理論及實(shí)際應(yīng)用中都得到充分的肯定，而使得它們的“身價(jià)”持續(xù)上漲。房地產(chǎn)的興旺發(fā)展以及預(yù)拌混凝土行業(yè)的全面普及，市場對這兩種材料的需求日益增大，部分地區(qū)在某些時(shí)段甚至還出現(xiàn)“供不應(yīng)求”的局面。鑒于這兩種材料“變廢為寶”的例子，人們最為積極地開拓思維，大膽嘗新，希望能發(fā)現(xiàn)更多品種的活性摻合料，以豐富混凝土行業(yè)的材料市場。

在珠江三角洲地區(qū)，鐵礦資源貧乏，大部分礦渣粉生產(chǎn)熟料是通過船運(yùn)方式從國內(nèi)幾家大型的鋼鐵廠購進(jìn)，物流費(fèi)用占成本的比重高，造成礦粉價(jià)格居高不下。而粉煤灰的主要來源是屈指可數(shù)的幾家大型發(fā)電廠，煤灰的質(zhì)量受煤炭的產(chǎn)地和品質(zhì)、發(fā)電機(jī)組的技術(shù)水平等因素影響，被電廠定位為“待處理廢料”，以至于買家無權(quán)對其質(zhì)量提出應(yīng)有的要求，最重要是，僅僅幾家電廠所產(chǎn)出的原灰量遠(yuǎn)遠(yuǎn)無法滿足興旺的建筑業(yè)發(fā)展的需求。高嶺土是珠三角地區(qū)較豐富的資源，以佛山為中心形成瓷磚產(chǎn)業(yè)，每年能產(chǎn)生高達(dá)170萬噸的拋光磚粉，國內(nèi)已有學(xué)者對拋光磚粉作為混凝土活性摻合料的可行性作了不少研究，分別用它與礦渣粉、粉煤灰作對比，指出在比表面積相差不大的情況下，拋光磚粉的反應(yīng)活性明顯強(qiáng)于礦渣粉[1]，也有指出拋光磚粉含有少量玻璃相[2][3]，具有火山灰的活性[3]，其化學(xué)組成與粉煤灰近似（表1）[4]，但因拋光磚粉比表面積較高，顆粒多為非球狀，且含有聚丙烯酰胺絮凝劑，所以摻入拋光磚粉的水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量高于粉煤灰[5]，大部分研究最終得出結(jié)論：拋光磚粉可成為一種新型的水泥混合材。如能廣泛地推廣應(yīng)用，不但能解決長期以困擾陶瓷行業(yè)的“廢料微粒”污染環(huán)境問題，更為珠三角地區(qū)的混凝土摻合料方面提供極大補(bǔ)充。

表1　拋光磚粉與粉煤灰的化學(xué)組成

2　試驗(yàn)方法與材料

2.1試驗(yàn)方法

本文先參考常用摻合料的幾項(xiàng)基本技術(shù)指標(biāo)檢測方法，明確拋光磚粉的基本屬性，初步選定適當(dāng)?shù)膿搅糠秶偻ㄟ^混凝土試配試驗(yàn)，配制不同摻量的拋光磚粉、粉煤灰、礦渣粉的混凝土，觀察其工作性能，并對各齡期試塊的抗壓強(qiáng)度對比分析，最終判斷拋光磚粉是否能成為混凝土摻合料。

摻合料幾項(xiàng)基本技術(shù)指標(biāo)的檢測方法：

⑴水泥標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間，根據(jù)GB1346-2001；

⑵水泥膠砂強(qiáng)度，根據(jù)GB/T17671-1999；

⑶水泥膠砂需水量比，根據(jù)GB/T17671-1999；

2.2原材料

⑴水泥：珠海某水泥廠生產(chǎn)的P.O42.5R；

⑵粉煤灰一：廣東臺(tái)山電廠的Ⅱ級(jí)粉煤灰，過45um方孔篩篩余為18.0%，需水量比為94.5%，燒失量為2.4%，28天活性指數(shù)為74.2%；

⑶粉煤灰二：廣西來賓電廠的Ⅲ級(jí)粉煤灰，過45um方孔篩篩余為28.4%，需水量比為102.4%，燒失量為5.6%，28d活性指數(shù)為68.8%；

⑷集料：選用連續(xù)級(jí)配的中砂，細(xì)度模數(shù)為2.7；碎石為中山某石場5～25mm連續(xù)顆粒級(jí)配碎石，含泥量和泥塊含量分別為0.2%和0.1%；

⑸外加劑：聚羧酸緩凝減水劑，濃度10%，摻量為1.5%。

圖1　粉煤灰在顯微鏡下的形態(tài)

圖2　拋光磚粉在顯微鏡下的形態(tài)

2.3試驗(yàn)結(jié)果與分析

⑴從顯微鏡下觀測，粉煤灰內(nèi)所含有大量球狀玻璃體顆粒，這是鋁硅玻璃體，一般含量在50%～70%，這是煤灰具有活性的主要部分，對混凝土起減水效果，也對混凝土的強(qiáng)度、密實(shí)性、穩(wěn)定性有貢獻(xiàn)。但粉煤灰中也大量未燃盡碳粒，含量過高時(shí)會(huì)對粉煤灰的活性起消極作用，需水量增加從而大大的降低混凝土強(qiáng)度。因此，粉煤灰的質(zhì)量很大程度上取決于電廠的燃燒系統(tǒng)，質(zhì)量波動(dòng)很大。

而拋光磚粉顆粒主要呈鱗片狀，吸水后往往黏聚在一起，因此，它沒有粉煤灰在混凝土中起的潤滑作用，而有利于黏聚性和保水性，使流動(dòng)性變差。

⑵水泥摻入不同摻量拋光磚粉的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量、凝結(jié)時(shí)間、膠砂強(qiáng)度及膠砂需水量比的結(jié)果見表2。

從表2的結(jié)果看，水泥摻入不同摻量拋光磚粉后，在凝結(jié)時(shí)間上基本變化不大，水灰比為0.5的水泥凈漿若以30%粉煤灰取代水泥，初凝時(shí)間在300min左右，終凝時(shí)間在500min左右，可見粉煤灰具有一定的緩凝效果，而拋光磚粉不具備；需水量比隨著拋光磚粉摻量的增加而增大，30%摻量的膠砂需水量比為104.5%，遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于優(yōu)質(zhì)的Ⅱ級(jí)粉煤灰的指標(biāo)，與Ⅲ級(jí)粉煤灰較接近；在力學(xué)性能方面，其拋光磚粉在強(qiáng)度方面的活性遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于礦粉，與粉煤灰相仿，且隨著拋光磚粉摻量的增大，膠砂強(qiáng)度呈下降趨勢。

綜合以上檢驗(yàn)結(jié)果，拋光磚粉的活性近似于粉煤灰，但由于拋光磚粉的吸水率較高，與Ⅱ級(jí)粉煤灰對比沒有太大的優(yōu)勢，其各項(xiàng)指標(biāo)比較接近Ⅲ級(jí)粉煤灰，其中以15%～30%的摻量等量取代硅酸鹽水泥的效果較為合適，因此再用拋光磚粉為混凝土摻合料，分別用Ⅱ級(jí)粉煤灰、Ⅲ級(jí)粉煤灰進(jìn)行單摻和雙摻的試驗(yàn)，試驗(yàn)所制備C30混凝土的配合比如表3所示。

試配的各項(xiàng)結(jié)果如表4。

表2　水泥摻入不同摻量拋光磚粉的指標(biāo)

表3　

從試配的結(jié)果可以看出，無論是單摻還是雙摻，優(yōu)質(zhì)的Ⅱ級(jí)粉煤灰都占有絕對優(yōu)勢，能達(dá)到有效減水、增加流動(dòng)度、提高和易性、延緩凝結(jié)時(shí)間等作用。當(dāng)摻量為15%時(shí)，摻拋光磚粉與摻Ⅲ級(jí)粉煤的工作性能方面基本相當(dāng)，而在強(qiáng)度方面；當(dāng)摻量增至30%時(shí)，摻拋光磚粉的樣品都未能達(dá)到正常的工作性能，坍落度很小且坍落度經(jīng)時(shí)損失嚴(yán)重，初終凝時(shí)間都無法滿足正常運(yùn)輸及施工的要求。如采用Ⅱ級(jí)粉煤灰與拋光磚粉對半雙摻（S08），其效果與單摻Ⅲ級(jí)粉煤（S05）各項(xiàng)性能接近，只是終凝時(shí)間較短，但也能滿足正常施工的要求。如對半雙摻的總摻量增至45%時(shí)（S10），與單摻Ⅲ級(jí)粉煤45%（S10）的各項(xiàng)結(jié)果更為接近。

從力學(xué)性能來看，三種摻合料單獨(dú)摻量為15%時(shí)，混凝土7d和28d強(qiáng)度變化不大。但當(dāng)摻量增大至30%時(shí)，拋光磚粉的活性比不上粉煤灰，混凝土抗壓強(qiáng)度隨Ⅱ級(jí)粉煤灰摻量增大而增大，卻隨著拋光磚粉摻量增大而強(qiáng)度降低，到60d時(shí)，摻Ⅱ級(jí)粉煤灰的比摻拋光磚粉的強(qiáng)度要高出一個(gè)等級(jí)。如采用Ⅱ級(jí)粉煤灰與拋光磚粉兩者對半雙摻時(shí)（S08），其各齡期強(qiáng)度與同摻量的Ⅲ級(jí)粉煤灰混凝土（S05）的強(qiáng)度接近，當(dāng)摻量增大至45%時(shí)，各齡期的抗壓強(qiáng)度也同樣接近。

表4　

3　結(jié)論

⑴單摻拋光磚粉作為混凝土摻合料時(shí)，適用摻量在15%左右，抗壓強(qiáng)度和工作性能都能夠滿足。當(dāng)拋光磚粉摻量增大至30%時(shí)，坍落度明顯下降，初終凝時(shí)間縮短，混凝土的工作性能和強(qiáng)度受到較大影響，不利于施工要求。

⑵拋光磚粉與優(yōu)質(zhì)的Ⅱ級(jí)粉煤灰對半雙摻時(shí)，無論在工作性能還是力學(xué)性能方面，都與同摻量的單摻Ⅲ級(jí)粉煤灰效果接近。

⑶市場上的優(yōu)質(zhì)Ⅱ級(jí)粉煤灰約為210～230元/噸，Ⅲ級(jí)粉煤灰也約為170～190元/噸，而拋光磚粉作為廢料回收利用，包含加工費(fèi)和運(yùn)費(fèi)，單價(jià)不超過100 元/噸，作為混凝土的摻合料與優(yōu)質(zhì)Ⅱ級(jí)粉煤灰共同使用，在節(jié)約成本方面還是具有較大的優(yōu)勢。

【參考文獻(xiàn)】

[1]王功勛,譚琳,王佳驊,曹聰.不同水膠比下鋼渣粉與陶瓷拋光磚粉對水泥水化性能的影響［J］.硅酸鹽學(xué)報(bào),2014,(02).

[2]石正國,王攀.陶瓷磚拋光粉在C30混凝土中的應(yīng)用［J］.混凝土,2012,(03).

[3]王功勛.陶瓷拋光磚粉作輔助膠凝材料的火山灰性［J］.硅酸鹽學(xué)報(bào),2010,(07).

[4]王功勛,蘇達(dá)根,鐘小敏.陶瓷拋光磚粉對混凝土性能的影響［J］.混凝土,2008,(10).

[5]周傳友,蘇達(dá)根,王功勛,陳映云,魏麗穎.陶瓷拋光磚粉作混合材對水泥性能的影響［J］.水泥,2007,(01).

⑷混凝土試配試驗(yàn)：根據(jù)JIS A1101—2005測定混凝土的坍落度、和易性、1小時(shí)后的坍落度損失；按照GB/T 50080-2002用貫入阻力儀測定混凝土的凝結(jié)時(shí)間；將新拌混凝土成型為150mm×150mm×150mm的立方體試塊，在（20±2）℃的標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)室中養(yǎng)護(hù)一定齡期后，按照GB/T 50081-2002測定混凝土7d、28d和60d的抗壓強(qiáng)度。