貝殼粉/海泡石/硅藻土混合摻料對室內裝飾砂漿性能的影響

蓋廣清，楊崇尚

吉林建筑大學 材料科學與工程學院,長春 130118

0 引言

在沿海地區最多見的就是各式各樣的貝殼,廢棄的貝殼經處理加工后含有很多微小孔隙,其主要化學組分為CaCO3,具備很好的吸附性[1].海泡石作為另一種具有很強吸附作用的天然礦物并不常見,然而它卻以其優良的吸附性和表面特征及結構的優勢得到了廣泛應用[2-3].據數據統計,世界上已發現確定的海泡石儲量約8 000萬t,僅我國和西班牙就占總儲量的4/5,因此我國加強對海泡石的開發和利用極為必要[4].硅藻土具有很好的微孔結構和吸附性,品質較高.本文擬對不同比例的貝殼粉、海泡石和硅藻土等3種摻料對室內環保裝飾砂漿的力學性能、吸水率和吸濕量的影響規律進行研究.

1 實驗部分

1.1 主要原材料

42.5 R普通硅酸鹽水泥,早期強度較高,后期強度比較穩定,需水量較低,和易性比較好,與砂漿外加劑適應性好;砂采用細度模數2.4的石英砂;貝殼粉,廢棄貝殼加工處理得到的200目的粉料,主要組分為95 %以上碳酸鈣,不同于一般碳酸鈣,其中含有少量氨基酸和有機質;海泡石采用河北省靈壽縣天然海泡石加工處理而成的海泡石纖維,海泡石的主要化學成分如表1所示;硅藻土采用吉林省臨江市華通硅藻土制品有限公司硅藻土;減水劑采用聚羧酸系減水劑.

表1 海泡石的主要化學成分及含量

1.2 實驗方法

實驗中砂漿基準配合比︰膠砂比為1︰1.27;減水劑摻量為膠凝材料質量的0.2 %;稠度保持80 mm左右.本實驗采用貝殼粉、海泡石和硅藻土三因素三水平的正交實驗,正交表如表2所示.

表2 因素水平

力學性能測試嚴格按照《水泥膠砂強度檢驗方法(ISO法)》(GB/T 17671-1999)[5]測試28 d強度;工作性能主要測定稠度和吸水率,測試方法參照《建筑砂漿基本性能實驗方法標準》(JGJ/T 70-2009)[6];24 h吸濕量測試參照《建筑材料及制品的濕熱性能吸濕性能的測定》(GB/T 20312-2006)[7]中的干燥器法.微觀結構分析采用TM 3030型掃描電子顯微鏡(Scanning electron microscope，英文縮寫為SEM).

2 實驗結果與分析

2.1 正交實驗結果

按照以上實驗方法制作的試塊在標準養護箱內養護28 d,表3為正交實驗數據統計分析.

表3 正交實驗數據統計分析Table 3 Statistic analysis of orthogonal experiment data

2.2 極差分析結果

極差分析結果如表4～表6所示.

表4 裝飾砂漿壓折比極差分析結果Table 4 Analysis results of the range of the pressure bend ratio of decorative mortar

表5 裝飾砂漿24 h吸濕量極差分析結果Table 5 Analysis results of the range of the 24 h hygroscopic capacity of decorative mortar

表6 裝飾砂漿吸水率極差分析結果Table 6 Analysis results of the range of the water absorption of decorative mortar

圖1、圖2和圖3分別為該裝飾砂漿的壓折比k值規律(理論上希望k值越小越好)、24 h吸濕量k值規律(理論上希望k值越大越好)和吸水率k值規律(理論上希望k值越大越好).通過極差分析可知,海泡石摻量對裝飾砂漿壓折比即柔韌性、24 h吸濕量影響較大,貝殼粉摻量次之.參照《墻體飾面砂漿》(JC/T 1024-2007)[8]要求,并結合表3、圖1～圖3，分析得出混合摻料的最優配合比為:A1(4 %)B3(8 %)C2(3 %).

圖1 壓折比k值規律Fig.1 The k value variation of pressure bend ratio

圖2 24 h吸濕量k值規律Fig.2 The k value variation of 24 h hygroscopic capacity

圖3 吸水率k值規律Fig.3 The k value variation of water absorption

2.3 貝殼粉、海泡石和硅藻土等3種多孔摻料對裝飾砂漿性能的影響

圖1表明,貝殼粉摻量對裝飾砂漿柔韌性的影響不是單一線性關系.裝飾砂漿柔韌性隨貝殼粉摻量的增加先降后增.圖2表明,24 h吸濕量則先增再降.由圖3可知,隨貝殼粉摻量的增加吸水率呈先降再增的趨勢.由天然貝殼制備的貝殼粉含有微孔,貝殼粉摻量的增加,其微孔也增加,微孔的毛細作用是吸濕能力增強的主因,微孔孔徑與水彎月面的曲率半徑相當,表面張力與附著力間存在差值,從而克服地心引力而產生吸附現象.

維持保持稠度基本一致時,海泡石摻量對裝飾砂漿性能影響很大.

由圖1可知,隨海泡石摻量的增加,壓折比k值由4.28降至4.01,裝飾砂漿柔韌性越來越好，其主因是,實驗采用纖維狀的海泡石,其結構可提高裝飾砂漿柔韌性,防止開裂.

由圖2可知,24 h吸濕量k值由13.66增至21.36,吸濕性也越來越好.

由圖3可知,吸水率隨海泡石摻量的增加而增大,其主因是,由于海泡石具有多孔、比表面積大(理論比表面積可達900 m2/g,孔容積0.385 mL/g)等特點,孔容積是決定海泡石吸濕量的主要因素[9].

因此，隨海泡石摻量的增加,要維持統一稠度、施工性,裝飾砂漿用水量也會越來越大,同時,表觀密度也隨之減小.

圖1顯示隨硅藻土摻量的增加,裝飾砂漿柔韌性先降后增.圖2則顯示吸水率增大.對柔韌性,硅藻殼體隨齡期的增長,嵌入砂漿中,與水化產物交織在一起,可起到增強柔韌性的作用.對吸濕量,由于硅藻土特殊的構造,孔隙率和比表面積很大,有較強的吸附性,其摻入裝飾砂漿后,隨摻量的增加吸濕量增大.

2.4 微觀結構分析

圖4為采用最優配合比A1(4 %)B3(8 %)C2(3 %)制備砂漿樣品的SEM照片.

(a)

(b)

圖4(a),圖4(b)為樣品不同位置的局部微觀形貌. 圖4(a)、圖4(b)顯示,很多棒狀、針狀的物質,比較長且粗的是纖維狀的海泡石,交織在砂漿中,提高砂漿的柔韌性.多邊形片狀、絮狀、細且短小物質交織在一起的是Ca(OH)2,C-S-H和鈣礬石等水化產物,填充在砂漿里提高其強度,整體看有許多微孔起吸濕作用.

3 結論

(1) 貝殼粉、海泡石和硅藻土等摻料隨其摻量的增加抗壓強度、抗折強度呈下降趨勢,柔韌性并不會隨摻量的增加呈單一線性關系,且海泡石,硅藻土對砂漿強度的影響比貝殼粉大.

(2) 對吸濕量,在摻量測試范圍內,貝殼粉摻量的增加導致吸濕量先增后降,而海泡石、硅藻土對吸濕量的影響則是持續增加,且海泡石比硅藻土對吸濕量的影響大.

(3) 隨貝殼粉、海泡石和硅藻土摻量的增加,吸水率逐漸增加，表觀密度減小.

(4) 經測試, 當貝殼粉、海泡石和硅藻土等3種多孔材料混合摻入砂漿的質量含量分別為A1(4 %)4,B3(8 %)和C2(3 %)時,各項性能指標均滿足《墻體飾面砂漿》JC/T 1024-2007[8]要求,且具有施工性、抗裂性能較好.