拋光磚粉作為混凝土摻合料的試驗研究

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研究

陳碧云
(中山市粵華混凝土有限公司)

1　引言

隨著預拌混凝土在社會上的廣泛應用，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。作為工業生產廢料的粉煤灰、礦渣粉等，都因為其可在混凝土中充當活性摻合料的作用已在理論及實際應用中都得到充分的肯定，而使得它們的“身價”持續上漲。房地產的興旺發展以及預拌混凝土行業的全面普及，市場對這兩種材料的需求日益增大，部分地區在某些時段甚至還出現“供不應求”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，希望能發現更多品種的活性摻合料，以豐富混凝土行業的材料市場。

在珠江三角洲地區，鐵礦資源貧乏，大部分礦渣粉生產熟料是通過船運方式從國內幾家大型的鋼鐵廠購進，物流費用占成本的比重高，造成礦粉價格居高不下。而粉煤灰的主要來源是屈指可數的幾家大型發電廠，煤灰的質量受煤炭的產地和品質、發電機組的技術水平等因素影響，被電廠定位為“待處理廢料”，以至于買家無權對其質量提出應有的要求，最重要是，僅僅幾家電廠所產出的原灰量遠遠無法滿足興旺的建筑業發展的需求。高嶺土是珠三角地區較豐富的資源，以佛山為中心形成瓷磚產業，每年能產生高達170萬噸的拋光磚粉，國內已有學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，拋光磚粉的反應活性明顯強于礦渣粉[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準稠度用水量高于粉煤灰[5]，大部分研究最終得出結論：拋光磚粉可成為一種新型的水泥混合材。如能廣泛地推廣應用，不但能解決長期以困擾陶瓷行業的“廢料微粒”污染環境問題，更為珠三角地區的混凝土摻合料方面提供極大補充。

表1　拋光磚粉與粉煤灰的化學組成

2　試驗方法與材料

2.1試驗方法

本文先參考常用摻合料的幾項基本技術指標檢測方法，明確拋光磚粉的基本屬性，初步選定適當的摻量范圍，再通過混凝土試配試驗，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。

摻合料幾項基本技術指標的檢測方法：

⑴水泥標準稠度用水量、凝結時間，根據GB1346-2001；

⑵水泥膠砂強度，根據GB/T17671-1999；

⑶水泥膠砂需水量比，根據GB/T17671-1999；

2.2原材料

⑴水泥：珠海某水泥廠生產的P.O42.5R；

⑵粉煤灰一：廣東臺山電廠的Ⅱ級粉煤灰，過45um方孔篩篩余為18.0%，需水量比為94.5%，燒失量為2.4%，28天活性指數為74.2%；

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

⑷集料：選用連續級配的中砂，細度模數為2.7；碎石為中山某石場5～25mm連續顆粒級配碎石，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

圖2　拋光磚粉在顯微鏡下的形態

2.3試驗結果與分析

⑴從顯微鏡下觀測，粉煤灰內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，也對混凝土的強度、密實性、穩定性有貢獻。但粉煤灰中也大量未燃盡碳粒，含量過高時會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度。因此，粉煤灰的質量很大程度上取決于電廠的燃燒系統，質量波動很大。

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，使流動性變差。

⑵水泥摻入不同摻量拋光磚粉的標準稠度用水量、凝結時間、膠砂強度及膠砂需水量比的結果見表2。

從表2的結果看，水泥摻入不同摻量拋光磚粉后，在凝結時間上基本變化不大，水灰比為0.5的水泥凈漿若以30%粉煤灰取代水泥，初凝時間在300min左右，終凝時間在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%，遠遠高于優質的Ⅱ級粉煤灰的指標，與Ⅲ級粉煤灰較接近；在力學性能方面，其拋光磚粉在強度方面的活性遠遠低于礦粉，與粉煤灰相仿，且隨著拋光磚粉摻量的增大，膠砂強度呈下降趨勢。

綜合以上檢驗結果，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級粉煤灰對比沒有太大的優勢，其各項指標比較接近Ⅲ級粉煤灰，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級粉煤灰、Ⅲ級粉煤灰進行單摻和雙摻的試驗，試驗所制備C30混凝土的配合比如表3所示。

試配的各項結果如表4。

表2　水泥摻入不同摻量拋光磚粉的指標

表3　

從試配的結果可以看出，無論是單摻還是雙摻，優質的Ⅱ級粉煤灰都占有絕對優勢，能達到有效減水、增加流動度、提高和易性、延緩凝結時間等作用。當摻量為15%時，摻拋光磚粉與摻Ⅲ級粉煤的工作性能方面基本相當，而在強度方面；當摻量增至30%時，摻拋光磚粉的樣品都未能達到正常的工作性能，坍落度很小且坍落度經時損失嚴重，初終凝時間都無法滿足正常運輸及施工的要求。如采用Ⅱ級粉煤灰與拋光磚粉對半雙摻（S08），其效果與單摻Ⅲ級粉煤（S05）各項性能接近，只是終凝時間較短，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（S10），與單摻Ⅲ級粉煤45%（S10）的各項結果更為接近。

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

表4　

3　結論

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

⑵拋光磚粉與優質的Ⅱ級粉煤灰對半雙摻時，無論在工作性能還是力學性能方面，都與同摻量的單摻Ⅲ級粉煤灰效果接近。

⑶市場上的優質Ⅱ級粉煤灰約為210～230元/噸，Ⅲ級粉煤灰也約為170～190元/噸，而拋光磚粉作為廢料回收利用，包含加工費和運費，單價不超過100 元/噸，作為混凝土的摻合料與優質Ⅱ級粉煤灰共同使用，在節約成本方面還是具有較大的優勢。

【參考文獻】

[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］.硅酸鹽學報,2014,(02).

[2]石正國,王攀.陶瓷磚拋光粉在C30混凝土中的應用［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］.硅酸鹽學報,2010,(07).

[4]王功勛,蘇達根,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：根據JIS A1101—2005測定混凝土的坍落度、和易性、1小時后的坍落度損失；按照GB/T 50080-2002用貫入阻力儀測定混凝土的凝結時間；將新拌混凝土成型為150mm×150mm×150mm的立方體試塊，在（20±2）℃的標準養護室中養護一定齡期后，按照GB/T 50081-2002測定混凝土7d、28d和60d的抗壓強度。