陶瓷拋光粉在公路混凝土中的應用研究

夏詩明，林鴻波，楊智榮，張杰

（廣東省清遠市質量計量監督檢測所，清遠， 511518）

1 前言

我國建筑陶瓷產業歷經數十年迅猛發展，已成為享譽國內外的支柱產業[1]。拋光磚是陶瓷行業主要產品之一，陶瓷拋光粉是在生產拋光磚的研磨、拋光階段所產生的粉狀廢棄物。研究表明，每生產1m2的拋光磚將產生約2.1kg的廢棄物[2]。在強調綠色高質量發展的今天，研究如何回收利用陶瓷拋光粉意義重大。

姚占全等研究了陶瓷拋光粉與礦粉復合摻合料對混凝土性能的影響，顯示陶瓷拋光粉和礦粉的加入改善了混凝土的孔隙結構[3]；傅秀新研究了陶瓷磚拋光粉對混凝土工作性能、力學性能和抗滲性能的影響[4]；石正國等研究了陶瓷磚拋光粉在C30混凝土中的應用[5]；賈志龍等研究了瓷磚拋光粉對水泥砂漿性能的影響[6]。對于陶瓷拋光粉在公路混凝土中的應用研究目前未見報道。

陶瓷拋光粉比表面積較大，具有一定火山灰活性，可作為公路混凝土摻合料使用。本研究探討用陶瓷拋光粉替代部分水泥以生產C5.0公路路面混凝土。

2 試驗原料與方法

2.1 原材料

水泥:英德海螺水泥廠生產的P.Ⅱ42.5R水泥。化學組成及基本性能見表1、2。

集料：砂選用清遠北江產中砂，碎石選用銀盞石場產5～31.5mm花崗巖碎石，性能見表3、4。

表3 試驗用砂性能指標

陶瓷拋光粉：蒙娜麗莎陶瓷有限公司生產的陶瓷拋光粉，其礦物組成主要為石英及少量莫來石，化學組成及顆粒分布見表1及圖1。由圖1可知，陶瓷拋光粉粒徑分布較窄，主要分布在4～10μm，明顯小于水泥顆粒粒徑，具有微集料效應。

圖1 陶瓷拋光粉粒徑分布

表1 試驗用P.Ⅱ42.5R水泥和陶瓷拋光粉的化學組成（%）

表2 試驗用P.Ⅱ42.5R水泥性能指標

表4 試驗用碎石性能指標

2.2 試驗方法

試驗所制備C5.0混凝土的配合比如表5所示。固定砂、石及水膠比，陶瓷拋光粉替代P.Ⅱ42.5R水泥的替代 率 為0，5%，10%，15%，20%，25%，30%。按 照GB/T50080-2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》測量坍落度、和易性、凝結時間，按照GB/T50082-2009《普通混凝土長期性能和耐久性能試驗方法標準》測量抗滲性能、抗凍性能，按照GB/T50081-2019《普通混凝土物理力學性能試驗方法標準》測量強度。

表5 C5.0混凝土配合比

3 試驗結果

3.1 新拌混凝土工作性能

由表6可知，在新拌混凝土中摻入5%-15%陶瓷拋光粉，對新拌混凝土工作性能有所提升，坍落度、粘聚性、保水性有所改善；在新拌混凝土中摻入20%陶瓷拋光粉，工作性能改變很小；在新拌混凝土中摻入25%-30%陶瓷拋光粉，工作性能變差，坍落度變小，粘聚性、保水性不良?？傮w而言，摻入陶瓷拋光粉后混凝土凝結時間有所延長，對公路混凝土施工澆筑有利。

表6 新拌混凝土工作性能和凝結時間

3.2 抗壓強度

由表7可知，摻加5%陶瓷拋光粉的混凝土3d、7d、28d強度有所提升；摻加10%-15%陶瓷拋光粉后的混凝土3d、7d強度略有降低，28d強度仍有提高；摻加20%陶瓷拋光粉的混凝土3d、7d、28d強度小幅降低；陶瓷拋光粉摻加量超過20%的混凝土3d、7d、28d強度大幅降低。混凝土摻加陶瓷拋光粉對抗折強度的影響好于抗壓強度。

表7 混凝土強度

3.3 耐久性

由表8可知，摻加陶瓷拋光粉可提高混凝土抗凍能力、抗滲能力、抗收縮能力、抗碳化能力，其中摻加10%-15%陶瓷拋光粉的混凝土表現最佳。

表8 混凝土耐久性

4 結論

一定比例的陶瓷拋光粉作為摻合料使用在混凝土中，溶出的活性硅、鋁離子生成二次水化產物填充水泥石中空隙，使混凝土結構更加致密，能減少混凝土收縮，提高混凝土抗滲能力、抗凍能力、抗碳化能力及強度。同時，陶瓷拋光粉的微集料效應可改善混凝土的和易性，提高坍落度，使其工作性更佳。

我國每年鋪筑大量的公路需要大量混凝土，將陶瓷拋光粉作為摻合料應用在混凝土中，可變廢為寶，為陶瓷工業的高質量可持續發展提供助力。