廢陶瓷再生砂自流平砂漿的研制及其性能分析

洪微萍麥俊明

（1潮州市建筑工程質量檢測站；2廣東省建筑材料研究院）

廢陶瓷再生砂自流平砂漿的研制及其性能分析

洪微萍1麥俊明2

（1潮州市建筑工程質量檢測站；2廣東省建筑材料研究院）

通過正交試驗，研究分析了廢陶瓷再生砂替代比例、水灰比和可再分散乳膠粉摻量等因素變化情況對水泥基自流平砂漿性能影響的規律，并確定了利用廢陶瓷再生砂研制水泥基自流平砂漿性能較優的配比，為廢陶瓷在自流平砂漿中的應用提供參考依據。

廢陶瓷再生砂；替代比例；自流平砂漿；流動度；抗壓強度

1　前言

作為中國陶瓷文化發祥地之一的潮州，以其龐大的陶瓷產業規模和迅猛的發展態勢，而被稱為“中國瓷都”。據統計，潮州市每年陶瓷產量200多萬噸，而每年產生的廢陶瓷約20萬噸，但實際回收不到10%，目前已經累計堆存300多萬噸。廢陶瓷堆放不僅占用了的土地，也對堆場周邊的環境造成了惡劣的影響，解決廢陶瓷的綜合利用問題迫在眉睫。

水泥基自流平砂漿是以硅酸鹽水泥或鋁酸鹽水泥等為膠凝材料，加入細顆粒狀集料或粉狀填料，同時加入保水劑、分散劑等外加劑進行改性制備而成的一種特殊功能砂漿［1］。其不僅可用于新地面施工，為瓷磚、地毯等鋪墊和架設地板提供平整、光滑和堅固的基底，也可以用于修補已經磨損、起砂和損壞的地面，在地面找平材料中的應用非常廣泛，市場前景廣闊。

因此，本文在對廢陶瓷經破碎、篩分等處理工藝的基礎上，利用其研制水泥基自流平砂漿，不僅可以滿足建筑市場對該類砂漿的需求，而且研究方向也符合我國現行的大力發展循環經濟、促進企業節能減排的產業發展政策，為從根本上解決因廢陶瓷堆放帶來的一系列問題，提出了一條行之有效的綜合利用途徑。

2　原材料與試驗方法

2.1原材料

⑴水泥：某水泥公司生產的PO 42.5R普通硅酸鹽水泥，物理性能符合標準GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》的要求。

⑵細骨料：天然細砂，性能符合《普通混凝土用砂、石質量及檢驗方法標準》JGJ52-2006要求，細度模數為1.28。

⑶廢陶瓷再生砂：利用潮州市某陶瓷潔具生產企業排放的廢棄陶瓷產品，采用顎式破碎機進行一級破碎，盤式破碎機進行二級破碎，經篩分后獲得的廢陶瓷再生砂，其顆粒級配如表1所示。

表1　廢陶瓷再生砂顆粒級配

⑷乳膠粉：德國瓦克公司可再分散聚合物乳膠粉。

⑸減水劑：聚羧酸高效減水劑，摻量為水泥1.5%。

⑹消泡劑：售有機消泡劑，摻量為水泥用量0.7%。

2.2試驗方案及方法

⑴試驗方案：主要考察廢陶瓷再生砂替代天然細砂比例、水灰比、乳膠粉摻量等對自流平砂漿性能的影響，設計了如表2所示的正交試驗，其中控制膠砂比為0.7。

表2　正交試驗因素水平

⑵試驗方法：試驗按照標準《地面用水泥基自流平砂漿》的JC/T 985-2005規定進行。

3　結果與分析

3.1試驗結果

按照表2設計的正交試驗對廢陶瓷再生砂自流平砂漿的流動度、28d抗壓強度進行測試，其結果如表3所示。

表3　自流平砂漿試驗結果

3.2直觀分析

⑴對正交試驗流動度測試結果進行直觀分析，結果如表4所示。

表4　自流平砂漿流動度直觀分析

由正交試驗直觀分析表可知，A因素中Kˉ1最大，B因素中Kˉ4最大，C因素中Kˉ2最大，因此對于自流平砂漿流動度性能理論最優配比為A1B4C2，即廢陶瓷再生砂替代比例為40%，水灰比為0.55，可再分散乳膠粉摻量為1.0%。同時，由極差R分析結果可知，影響因素對自流平砂漿流動度的影響作用主次順序為A＞B＞C，廢陶瓷再生砂替代比例對自流平砂漿流動性影響最大，其次是水灰比，可再分散乳膠粉的影響作用最小。

⑵對正交試驗28d抗壓強度測試結果進行直觀分析，結果如表5所示。

表5　自流平砂漿28d抗壓強度直觀分析

由正交試驗直觀分析表可知，A因素中Kˉ2最大，B因素中Kˉ1最大，C因素中Kˉ2最大，因此對于自流平砂漿28d抗壓強度理論最優配比為A2B1C2，即廢陶瓷再生砂替代比例為55%，水灰比為0.4，可再分散乳膠粉摻量為1.0%。同時，由極差R分析結果可知，影響因素對自流平砂漿的影響作用主次順序為A＞B＞C，廢陶瓷再生砂替代比例對自流平砂漿28d抗壓強度影響最大，其次是水灰比，可再分散乳膠粉的影響作用最小。

3.3廢陶瓷再生砂摻量對水泥基自流平砂漿性能的影響及分析

為了進一步分析廢陶瓷再生砂摻量對水泥基自流平砂漿流動度和28d抗壓強度的影響，對其進行因素指標分析，其結果分別如圖1、圖2所示。

圖1　廢陶瓷再生砂替代比例對流動度的影響

圖2　廢陶瓷再生砂替代比例對28d抗壓強度的影響

由圖1可看出，廢陶瓷再生砂取代率對自流平砂漿流動性有顯著影響，廢陶瓷再生砂取代率的增大使砂漿體系的流動度明顯減小，這是由于陶瓷再生砂與天然細砂相比，表面較為粗糙，具有較多的棱角，另外由于廢陶瓷再生砂具有較高空隙率，吸水率較大，增加了體系需水量，而參與水泥水化和體系流動的自由水相對減少，最終導致體系流動度減小。

由圖2廢陶瓷再生砂替代比例對28d抗壓強度影響曲線可看出，廢陶瓷再生砂替代比例為55%時抗壓強度最高，分析原因是廢陶瓷再生砂多棱角，表面粗糙，與硬化水泥石有較好的機械嚙合力［2］，而廢陶瓷再生砂替代比例為55%時為最佳的密實狀態，提高了自流平砂漿抗壓強度。有關資料研究還顯示［3］，陶瓷廢料還具有一定的火山灰活性，能與水泥水化反應產生的Ca（OH）2產生二次水化反應，因此在一定范圍內提高廢陶瓷再生砂取代率，可進一步提高砂漿后期強度。而當廢陶瓷再生砂替代比例大于55%時，由于廢陶瓷再生砂具有較多棱角，天然細砂不能充分填充廢陶瓷再生砂孔隙，導致自流平砂漿強度降低。綜合考慮廢陶瓷再生砂對自流平砂漿流動度、抗壓強度的影響，廢陶瓷再生砂替代比例最優方案為55%。

3.4水灰比對水泥基自流平砂漿性能的影響及分析

為了進一步分析水灰比對水泥基自流平砂漿流動度和28d抗壓強度的影響，對其進行因素指標分析，其結果分別如圖3、圖4所示。

圖3　水膠比對流動度的影響

圖4　水膠比對抗壓強度的影響

由圖3可看出，自流平砂漿的流動度隨著水膠比的增大而增大。這是由于新拌砂漿的流動主要是水泥漿料的運動，當水灰比不斷增大，水泥漿料的黏稠度越小，砂漿的流動性越大［4］。

由圖4可看出，自流平砂漿28d抗壓強度隨著水膠比的增大而降低。經有關研究，水泥漿體中水的形態主要有化合水、凝膠水、毛細水、游離水四種，除化合水意外，其余三種形態的水都會隨著水泥漿體的凝結硬化逐漸蒸發，導致水泥石之間留下孔隙，而空隙率越大強度越低，因此當自流平砂漿水灰比的增大會使抗壓強度顯著降低。綜合考慮水灰比對自流平砂漿流動度和28d抗壓強度的影響，自流平砂漿水灰比應為0.5較合適。

3.5可再分散乳膠粉摻量對水泥基自流平砂漿性能的影響及分析

為了進一步分析可分散乳膠粉對水泥基自流平砂漿流動度和28d抗壓強度的影響，對其進行因素指標分析，其結果分別如圖5、圖6所示。

圖5　可再分散乳膠粉摻量對流動度的影響

圖6　可再分散乳膠粉摻量對抗壓強度的影響

由圖5、圖6可看出，自流平砂漿流動度和28d抗壓強度隨著可再分散乳膠粉摻量的增大，呈先增大后減少變化，當可再分散乳膠粉摻量為1.0%時自流平砂漿流動度最大，抗壓強度最大。這是由于可再分散乳膠粉分散到水中后形成具有較高拉應力的膜［5］，減少分子間的摩擦作用，提高砂漿流動性。同時可再分散乳膠粉具有引氣作用，可提高自流平砂漿孔隙結構，在一定范圍內提高自流平砂漿和流動性。

而當可再分散乳膠粉摻量大于1.0%時流動度和28d抗壓強度均有所下降。分析原因是由于可再分散乳膠粉形成的親水性聚合物與水泥懸浮體一起滲透進入基體的孔隙及毛細管內，在孔隙及毛細管內的聚合物成膜后能牢固地吸附在基體表面，增加了砂漿與基體之間的黏結力，因此當可再分散乳膠粉摻量過大時反而會降低自流平砂漿流動度，同時還由于引氣作用使自流平砂漿內部存在較多孔隙，降低了自流平砂漿抗壓強度。綜合可再分散乳膠粉對自流平砂漿流動度和28d抗壓強度的影響，可再分散乳膠粉最佳摻量為1.0%。

4　結論

⑴通過試驗研究可知，廢陶瓷顆粒經破碎、篩分等工藝處理后，可用于制備自流平砂漿，但廢陶瓷的摻加量不應大于55%，其中較佳的水灰比為0.5、可再分散乳膠粉摻加量為1.0%。

⑵利用廢陶瓷顆粒生產水泥基自流平砂漿，不僅可以滿足建筑市場的需求，也符合我國現行的大力發展循環經濟、促進企業節能減排的產業發展政策，是有效解決廢陶瓷因堆放帶來的一系列環保和綜合利用為題的較佳途徑之一。●

［1］黃天勇，章銀祥，陳旭峰，閻培渝.水泥基自流平砂漿機理研究綜述［J］.硅酸鹽通報，2015（10）：2864-2869.

［2］劉鳳利，劉俊華，張承志.廢陶瓷再生砂對砂漿抗壓強度影響的試驗研究［J］.混凝土，2012（1）：96-99.

［3］蘇達根，趙一翔.陶瓷廢料的組成與火山灰活性研究［J］.水泥技術，2009（2）：24-26.

［4］張承志.商品混凝土［M］.北京：化學工業出版社，2006.

［5］Roger Z.ELOTEX可再分散乳膠粉對瓷磚粘結砂漿性能的影響［J］.張量（譯）.新型建筑材料，2003，（8）：24-27.