陶瓷廢料微粉在混凝土中的應用試驗研究

李麗霞

（河北建材職業技術學院，秦皇島：066000）

1 前言

近20多年來，我國經濟進入了快速發展的軌道，建筑行業已成為國民經濟增長的重要支柱，同時帶動了相關50多個行業特別是建材行業的迅猛發展，陶瓷工業的快速發展，致使陶瓷廢料日益增多，全國陶瓷廢料的年產量估計在1000萬噸左右[1]，它不僅對城市環境造成巨大壓力，而且還限制了城市經濟及陶瓷工業的可持續發展，所以陶瓷工業廢料的處理與利用非常重要。目前，陶瓷廢料主要用于瓷磚坯料、仿古磚、多孔陶瓷、制備水泥、開發固體混凝土材料、回收重金屬等領域，但我國陶瓷工業廢料的處理與利用程度比較低，資金緊缺，致使大量廢渣擠占耕地，使水和空氣受到污染。

2 試驗設計

2.1 試驗材料

2.1.1 陶瓷廢料微粉

制備陶瓷廢料微粉（以下簡稱陶瓷微粉）所用的陶瓷廢料從某建筑陶瓷廠取得，經實驗室小型球磨機粉磨，測得其化學成分見表1。

從表1看出，陶瓷微粉是以SiO2、Al2O3為主要成分的礦物材料,其中SiO2和Al2O3的含量占總量的94.06%，可以考慮將其作為人工火山灰質混合材進行試驗研究。按照《用于水泥中的火山灰質混合材料》[2]GB/T2847-2005標準中附錄A進行火山灰活性試驗，按GB/T12957-2005《用作水泥混合材料的工業廢渣活性試驗方法》測定水泥膠砂28d抗壓強度比試驗[2]，物理性能指標檢測結果見表2。

2.1.2 水泥

目前，商品混凝土攪拌站及建筑工程基本上采用P.O42.5水泥，結合當地使用情況，選擇某水泥廠P. O42.5水泥為原材料，其性能指標見表3。

2.1.3 粗細集料

砂子選用當地產級配良好的中粗河砂。石子選用當地產級配良好的5mm～25mm的石灰石質碎石，其性能指標見表4。

表1 陶瓷微粉化學成分，%Tab.1 Chemical composition of ceramic waste powder

表2 陶瓷微粉物理性能指標Tab.2 Physical properties of ceramic waste powder

表3 水泥強度指標Tab.3 Compressive and rupture strengths of concrete

表4 粗細集料性能指標Tab.4 Properties of coarse/fine aggregates

表5 粉煤灰性能指標Tab.5 Properties of fly ash

表6 減水劑性能指標Tab.6 Properties of water reducer

2.1.4 粉煤灰

粉煤灰選用質量較好的綏中電廠F類Ⅰ級粉煤灰，其性能指標見表5。

2.1.5 減水劑

選用當地產萘系高效減水劑，其性能指標見表6。

2.2 混凝土配合比設計及性能測試

2.2.1 混凝土配合比設計

研究證明，混凝土中摻加單一的粉煤灰摻合料，雖然改善了混凝土的一些性能，但由于其密度與水泥相差較大，混凝土澆注時易出現漿體上浮，從而導致混凝土硬化后內部結構不均勻。

表7 混凝土配合比設計Tab.7 Concrete mix design

表8 混凝土拌合物及力學性能Tab.8 Concrete mixtures and their mechanical performances

本配合比設計中采用陶瓷微粉與粉煤灰復合作為摻合料。其中膠凝材料(水泥＋摻合料)總量為400 kg，摻合料替代率為40%，設計陶瓷廢料微粉摻量占摻合料總量的百分比依次為：0%、20%、40%、60%、80%、100%。從表2看出，不同比表面積的陶瓷廢料微粉其28d強度抗壓比不同，但考慮粉磨的經濟性，選用比表面積為400m2/kg的陶瓷微粉進行試驗研究，混凝土配合比設計見表7。

2.2.2 混凝土性能測試

按照上述配合比設計，對混凝土拌合物性能、混凝土強度及混凝土碳化性能進行了測試，檢測結果見表8。其中混凝土的碳化性能，考慮實驗室與混凝土結構實體的一致性，將成型的混凝土試件放置室外，模擬建筑工程混凝土自然養護條件測得。

圖1 微粉摻量與混凝土抗壓強度的關系Fig.1 The compressive strength of the concrete as the function of the admixing amount of the powder

3 試驗結果與分析

3.1 陶瓷微粉對混凝土立方體抗壓強度的影響

圖2 微粉摻量與混凝土拌合物塌落度的關系Fig.2 The slump of the concrete mixture as the function of the admixing amount of the powder

圖1為陶瓷微粉摻量與混凝土抗壓強度的關系圖。從圖中可以看出，7d、28d立方體抗壓強度均隨微粉摻量的增加而增加，說明微粉具有較高的水化活性。但當微粉摻量大于等于60%時，抗壓強度有所下降但仍高于單一粉煤灰摻合料的抗壓強度，其原因是由于微粉的需水量低于粉煤灰，固定加水量后，多余的自由水在混凝土凝結硬化后形成毛細微孔降低了混凝土強度所致。

3.2 陶瓷微粉對混凝土拌合物塌落度的影響

圖2為陶瓷微粉不同摻量下混凝土拌合物塌落度的測試結果。可以明顯看出混凝土塌落度的值隨摻量的增大而增加，當摻量超過60%時，塌落度增加顯著，說明隨著陶瓷微粉摻量增加，粉煤灰摻量相應減少，總需水量減小，從而導致塌落度增加。

3.3 陶瓷微粉對混凝土碳化性能的影響

圖3為自然養護不同齡期下陶瓷微粉摻量對混凝土碳化深度的影響。從圖中可以看出，陶瓷微粉摻入后混凝土各齡期碳化深度明顯下降，且相同齡期下碳化深度隨摻量的增加而減小。

4 結論

(1)試驗證明，在膠凝材料總量、單方用水量、砂、石、外加劑摻量不變的情況下，摻入陶瓷微粉可以改善混凝土拌合物的性能，使塌落度明顯增加，和易性提高。因此在滿足混凝土塌落度、抗壓強度要求的情況下，可以適當減少混凝土的單方用水量，不僅節約水泥而且降低了混凝土成本。

(2)摻加陶瓷微粉，可顯著提高混凝土7d、28d立方體抗壓強度，并隨其摻量的增加而提高，但當陶瓷微粉摻量為摻合料總量的60%以上時，強度增加不明顯甚至有倒縮現象。

(3)從模擬混凝土實體自然養護條件下的混凝土抗碳化能力試驗看出，摻入陶瓷微粉后混凝土各齡期碳化深度明顯下降，且同齡期下碳化深度隨陶瓷微粉摻量的增加而減小，說明摻加陶瓷微粉可以提高混凝土的耐久性能。

1侯來廣,曾令可.陶瓷廢料的綜合利用現狀.中國陶瓷工業, 2005,12(4):41～44

2江麗珍.2847-2005，用于水泥中的火山灰質混合材料,2005