陶瓷拋光磚微粉在預(yù)拌混凝土中的應(yīng)用

李兆威 鐘路生

摘 要：摻入適量陶瓷拋光磚微粉為混凝土輔助膠凝材料，對商砼企業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值及社會(huì)環(huán)保意義。本文通過對比分析法，研究陶瓷拋光磚微粉在預(yù)拌混凝土中的應(yīng)用特性，及在保證預(yù)拌混凝土工作性能與力學(xué)性能條件下，代替混凝土常用活性礦物摻合料（煤灰/磨細(xì)礦粉），探索其在C30混凝土中的摻量規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在配合比中，陶瓷拋光磚微粉替換部分煤灰方案優(yōu)于替換部分礦粉;且在替換煤灰摻量60%以內(nèi)，有利于發(fā)揮三者優(yōu)勢互補(bǔ)效應(yīng)，達(dá)到目標(biāo)之余，混凝土強(qiáng)度富余提高。

關(guān)鍵詞：預(yù)拌混凝土;陶瓷拋光磚微粉;優(yōu)勢互補(bǔ)效應(yīng)

1 引 言

隨著社會(huì)基礎(chǔ)設(shè)施的加快完善，建筑業(yè)快速發(fā)展，預(yù)拌混凝土需求量越來越大，為我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出了巨大的貢獻(xiàn)。據(jù)報(bào)告，我國大力推廣裝配式建筑的深入發(fā)展，混凝土產(chǎn)量一直呈現(xiàn)良好上升勢頭，且15年內(nèi)逆無轉(zhuǎn)。[1]但另一方，面據(jù)有關(guān)資料顯示，我國實(shí)施“十三五”目標(biāo)期間，于2016-2018年累計(jì)壓減粗鋼產(chǎn)能1.5億噸以上，退出煤炭落后產(chǎn)能8.1億噸，淘汰關(guān)停落后煤電機(jī)組2000萬千瓦以上，水泥產(chǎn)能維持較高產(chǎn)能但不再增長。[2]合規(guī)常用活性礦物摻合料（粉煤灰、磨細(xì)礦粉）資源日益供不應(yīng)求，價(jià)格上漲，尋找合適粉料代替部分活性摻合料，對預(yù)拌混凝土行業(yè)降本增效和可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

我國是拋光磚生產(chǎn)大國，每年會(huì)產(chǎn)生數(shù)百萬噸拋光廢料，當(dāng)前大部分的廢料采用露天堆放或填埋的方法處理，所帶來的生態(tài)和環(huán)境問題近年來也日益顯現(xiàn)。陶瓷拋光磚微粉是瓷質(zhì)拋光磚燒制后表面加工時(shí)，經(jīng)刮平、定厚、打磨、精拋等工序中產(chǎn)生的膏狀漿體，經(jīng)脫水、分選得到的超細(xì)粉體材料。[3]其富含活性二氧化硅，活性氧化鋁，具有火山灰活性，適量摻入可優(yōu)化水泥漿體水化硬化性能，可作混凝土輔助膠凝材料。[4-6]陶瓷拋光磚微粉在預(yù)拌混凝土中合理應(yīng)用，可促進(jìn)陶瓷行業(yè)固廢資源的產(chǎn)業(yè)化利用，實(shí)現(xiàn)雙贏。

2原材料及材料性能

1）水泥。采用”飛鹿”P.O42.5R，產(chǎn)自佛山市三水飛鹿水泥廠，材料性能如表1。

符合國標(biāo)（GB175-2007）相關(guān)指標(biāo)規(guī)范。

2）煤灰。采用“橋贏”二級粉煤灰，產(chǎn)自佛山市橋贏建筑材料有限公司，其性能指標(biāo)如表2。

3）磨細(xì)礦粉。采用“新澤”S95級礦粉，產(chǎn)自佛山市新澤建筑材料有限公司，其性能指標(biāo)如表3。

符合GT/T18046-2008相關(guān)指標(biāo)規(guī)范。

4）陶瓷拋光磚微粉（后文簡稱陶瓷粉）。其物理性能如表4。

符合JC/T 2473-2018相關(guān)指標(biāo)規(guī)范。

5）粗骨料。采用5～25連續(xù)顆粒級配花崗巖碎石，壓碎值5，含泥量0.3%。

6）細(xì)骨料。采用北江中砂，細(xì)度模數(shù)2.6，含泥量0.3%。

7）外加劑。采用科之杰聚羧酸系外加劑，減水率28%，固含量11%，凝結(jié)時(shí)間延長160min，推薦摻量2.0%，外加劑抗壓強(qiáng)度比139%。

8）水廠區(qū)生產(chǎn)自來水。

膠凝材料材料主要化學(xué)組分如表5。

3實(shí)驗(yàn)方案及試驗(yàn)結(jié)果

以膠材的活性指數(shù)、需水量及攪拌站生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，按國標(biāo)JGJ55規(guī)范，設(shè)計(jì)成本與性能最優(yōu)的復(fù)摻煤灰-礦粉C30混凝土配合比并驗(yàn)證，然后采用對比實(shí)驗(yàn)方法，試驗(yàn)活性限度內(nèi)，摻入不同質(zhì)量比例陶瓷粉代替對應(yīng)煤灰與礦粉用量，通過坍落度試驗(yàn)，觀察其對用水量、外加劑摻量、坍落度、拓展度、及1.5h經(jīng)時(shí)損失、凝結(jié)時(shí)間、及抗壓強(qiáng)度的變化，探究陶瓷粉在雙摻體系中對混凝土中的應(yīng)用特性，探究其粉料優(yōu)勢互補(bǔ)效應(yīng)摻量范圍。

3.1膠材活性指數(shù)試驗(yàn)研究

膠材活性指數(shù)試驗(yàn)研究如表6。按GB17671-1999要求執(zhí)行試驗(yàn)。

由H2#和H3#試驗(yàn)組得出，單考慮膠材活性下，陶瓷泥在7天活性比粉煤灰高18%，28天高9%，可以考慮完全取代。

由H1#、H3#、H4#實(shí)驗(yàn)組得出，單考慮膠材活性下，陶瓷泥7天活性比礦粉低4%，28天活性比礦粉低16%，若完全取代礦粉可能導(dǎo)致28天強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)，其代替摻量應(yīng)控制在30%以下。

3.2坍落度試驗(yàn)。

預(yù)拌大流動(dòng)性混凝土，按GB/T50080-2002要求執(zhí)行試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)1#實(shí)驗(yàn)組為標(biāo)準(zhǔn)組，2#、3#、4#實(shí)驗(yàn)組為陶瓷粉替代礦粉摻量實(shí)驗(yàn)，梯度設(shè)置為10%、20%、30%，5#～9#實(shí)驗(yàn)組為代替粉煤灰摻量實(shí)驗(yàn)，梯度設(shè)置為20%、40%、60%、80%，100%。配合比設(shè)計(jì)如表7，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

3.3數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)分析

從圖1數(shù)據(jù)可以看出工作性能方面，1#～4#實(shí)驗(yàn)組，保持粉煤灰用量不變，在0-30%的礦粉摻量幅度度內(nèi)，等量替入陶瓷粉，在不加水和外加劑情況下，其出機(jī)狀態(tài)以及1.5小時(shí)后，經(jīng)時(shí)坍落均大于160mm，滿足預(yù)拌大流動(dòng)性混凝土設(shè)計(jì)要求即;同理，在對煤灰等量替代的5#～9#實(shí)驗(yàn)組中，9#實(shí)驗(yàn)組可以塌落度1.5小時(shí)損失后未達(dá)要求，設(shè)計(jì)陶瓷粉替代煤灰摻量在0%～80%內(nèi)比計(jì)較穩(wěn)妥。

綜合圖1和圖2對工作性能進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)（1）1～9#實(shí)驗(yàn)中，隨著陶瓷粉的摻入，混凝土的初凝呈現(xiàn)縮短趨勢，而且隨著替代量的加大，縮短時(shí)間越長，是因?yàn)槊夯颐芏?陶瓷粉密度<礦粉密度，等質(zhì)量陶瓷粉替換下，換出粉煤灰體積>換出礦粉體積，漿體體積減少，同時(shí)陶瓷粉的比表面積遠(yuǎn)大于礦粉和煤灰，其對水的吸附能力更強(qiáng)，使混凝土漿體體系中包裹水泥顆粒的水膜成相對變薄，即實(shí)際工作水灰比相對下降，而促進(jìn)水泥水化產(chǎn)物Ca（OH）2結(jié)晶的到來，使得混凝土失去可塑性所需時(shí)間變短。

（2）由1～4#礦粉替代實(shí)驗(yàn)初凝時(shí)間連線斜率>5～9#實(shí)驗(yàn)初凝時(shí)間斜率，與1#、3#、5#實(shí)驗(yàn)組在20%替換量初凝凝結(jié)數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，三種活性粉料對混凝土緩凝時(shí)間延長的因素為礦粉>煤灰>陶瓷粉。

（3）在40%～60%區(qū)間煤灰替代量內(nèi)，粉煤灰與陶瓷粉的性能類似，替代量超過60%后需要在外加劑與水的情況下達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)組出機(jī)狀態(tài)，是因?yàn)樘沾煞哿窟f增，引進(jìn)的新增比表面積量激增，需水量也相對煤灰高同時(shí)煤灰的‘形態(tài)效應(yīng)逐漸消失，水泥漿體粘度超過一定程度，體系顆粒間可以起到潤滑的水膜厚度不足以克服顆粒間相對滑動(dòng)所產(chǎn)生的摩擦阻力。

從圖3折線圖數(shù)據(jù)顯示，（4）在活性限度內(nèi)合理替換礦粉和煤灰，其28天強(qiáng)度均值均符合c30混凝土驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。但替換礦粉的2#，3#，4#實(shí)驗(yàn)組在3d、7d強(qiáng)度均值與標(biāo)準(zhǔn)組大致相同，但28天強(qiáng)度均值則隨摻量梯度增加分別下降，幅度約為標(biāo)準(zhǔn)組5%、8%、14%，是由于取代礦粉后體系中產(chǎn)生用于激發(fā)混合材二次水化反應(yīng)的堿含量下降，又陶瓷粉后期活性不如礦粉，導(dǎo)致增長乏力;

（5）而5#、6#、7#替換煤灰實(shí)驗(yàn)中則3d，7d強(qiáng)度略高于標(biāo)準(zhǔn)組，28d分別高于標(biāo)準(zhǔn)組約5%、9%、12%，即使在8#增加5kg水0.2外加劑，9#增加10kg水及0.2摻量外加劑下，強(qiáng)度不弱于對照組，表明適量陶瓷粉替換煤灰，能有效填充礦粉-煤灰-水泥顆粒間的堆積空隙，細(xì)化孔結(jié)構(gòu)，使硬化后漿體部分更加密實(shí)，對7d、28d齡期強(qiáng)度有增強(qiáng)效果，而且未對漿體與骨料粘結(jié)面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生負(fù)面影響，是一種性能較優(yōu)的活性粉料資源。

考慮預(yù)拌混凝土從攪拌站出發(fā)到工地卸料之間，因素復(fù)雜多變，工人中途加水情況時(shí)有發(fā)生，宜在保證強(qiáng)度等級不下降下，預(yù)留較寬配合比用水量空間，即優(yōu)先考慮陶瓷粉替換煤灰方案。

4結(jié)論

（1）在水泥膠砂活性對應(yīng)摻量下，陶瓷粉可以等量替換適量礦粉或煤灰;（2）綜合陶瓷粉、礦粉、煤灰對預(yù)拌混凝土工作性、凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度方面影響，為工程質(zhì)量保障、可操控性、成本綜合考慮，商砼企業(yè)宜優(yōu)先采用陶瓷粉替換粉煤灰方案;（3）陶瓷粉替換部分粉煤灰摻量控制在60%以內(nèi)（比例6：4以內(nèi)），具有良好的活性粉料優(yōu)勢互補(bǔ)效應(yīng)，混凝土工作性滿足要求，在降低生產(chǎn)成本之余增大混凝土強(qiáng)度富余，工作有較高使用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)陶瓷產(chǎn)業(yè)固廢回收再用。

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