基于葉蠟石的建筑砂漿相關(guān)性能研究

葉雅意，孫林柱，楊芳

（1.安徽理工大學(xué)土木建筑學(xué)院，安徽 淮南 232001；2.溫州大學(xué)建筑工程學(xué)院，浙江 溫州 325001）

基于葉蠟石的建筑砂漿相關(guān)性能研究

葉雅意1，孫林柱2，楊芳2

（1.安徽理工大學(xué)土木建筑學(xué)院，安徽 淮南 232001；2.溫州大學(xué)建筑工程學(xué)院，浙江 溫州 325001）

我國葉蠟石資源豐富但利用率低，將葉蠟石替代水泥進(jìn)行建筑砂漿試驗(yàn)，共設(shè)計(jì)了23組試件，進(jìn)行強(qiáng)度和導(dǎo)熱系數(shù)試驗(yàn)。結(jié)果表明，葉蠟石替代水泥對(duì)砂漿的性能有不同程度的影響，當(dāng)葉蠟石摻量較低時(shí)，砂漿的強(qiáng)度基本不降低，當(dāng)葉蠟石摻量較高時(shí)，砂漿的強(qiáng)度有不同程度的下降，研究結(jié)果為葉蠟石在砂漿中的應(yīng)用提供理論參考。

葉蠟石；干粉砂漿；保溫砂漿；性能

0 前言

葉蠟石是含水鋁硅酸鹽，主要由石英、高嶺石、絹云母組成，屬黏土礦物，質(zhì)地細(xì)膩，密度為2.65～2.90 g/cm3。我國是葉蠟石礦產(chǎn)資源生產(chǎn)的第三大國，大多分布在沿海地區(qū)，浙江省排名第二。葉蠟石有硬度小、易破碎、化學(xué)穩(wěn)定性好、耐火性好、表面有花紋等性質(zhì)，常被用于人工合成金剛石、制成填料、生產(chǎn)玻璃纖維、制作陶瓷、生產(chǎn)白水泥等。

孔德玉和陸厚根[1]研究了超細(xì)粉葉蠟石的研磨，激烈的機(jī)械力增強(qiáng)了晶體斷面的活性；李啟泉等[2]研究發(fā)現(xiàn)，葉蠟石在高溫高壓的環(huán)境下流動(dòng)不均勻會(huì)導(dǎo)致合成金剛石的頂錘破裂；張巍和戴文勇[3]研究了焦寶石顆粒及細(xì)粉、氯酸鈣水泥，發(fā)現(xiàn)葉蠟石含量增加，焦寶石基噴涂料的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度都會(huì)相應(yīng)降低；羅旭東等[4]研究了葉蠟石對(duì)合成堇青石的影響；李通進(jìn)和王公善[5]研究了偶聯(lián)劑對(duì)葉蠟石研磨的影響，發(fā)現(xiàn)偶聯(lián)劑同時(shí)有助磨和改性的效果；Temuujin等[6]研究發(fā)現(xiàn)，可以通過磨碎葉蠟石破壞其結(jié)構(gòu)來提高葉蠟石的浸取行為，但長時(shí)間破碎又不增加孔隙率，從而減小浸取的速率；Dryzek等[7]通過熱處理天然葉蠟石進(jìn)行正電子湮沒實(shí)驗(yàn)；黃志強(qiáng)等[8]研究了不同化學(xué)方法對(duì)葉蠟石浮選行為的影響和對(duì)應(yīng)的作用機(jī)理；Gal'perina和Tarantul[9]研究葉蠟石礦的一些性能用于內(nèi)墻裝飾瓷磚；龍辰[10]通過研究發(fā)現(xiàn)，煅燒葉蠟石摻入水泥中，在800～900℃內(nèi)，7 d抗壓強(qiáng)度是空白水泥試樣的2.36倍，28 d強(qiáng)度提高幅度可以達(dá)到6%～46.6%，7 d體積電阻率是空白水泥試樣的4倍。

目前，葉蠟石的研究和應(yīng)用主要集中在化學(xué)、物理方面，在建筑中研究和應(yīng)用很少。我國是世界上葉蠟石礦儲(chǔ)量最豐富的國家之一，針對(duì)我國特定區(qū)域葉蠟石的分布，通過葉蠟石替代水泥膠砂試驗(yàn)、葉蠟石干粉砂漿試驗(yàn)、葉蠟石保溫砂漿試驗(yàn)，研究葉蠟石在建筑材料應(yīng)用的可行性以及摻量對(duì)材料性能的影響，所取得的研究成果將為葉蠟石在建筑材料中的應(yīng)用提供理論指導(dǎo)。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

（1）水泥：樂清海螺水泥有限責(zé)任公司生產(chǎn)的P·O42.5水泥，主要性能指標(biāo)見表1。

表1 水泥的主要性能指標(biāo)

（2）粉煤灰：Ⅲ級(jí)，浙江天達(dá)環(huán)保股份有限公司樂清分公司生產(chǎn)，細(xì)度29.2%，需水量比95%，28 d、56 d活性指數(shù)分別為74%、72%，主要化學(xué)成分見表2。

（3）葉蠟石：浙江皓翔礦業(yè)有限公司生產(chǎn)，本試驗(yàn)采用2種葉蠟石，即普通葉蠟石和煅燒葉蠟石，普通葉蠟石細(xì)度為350目，其化學(xué)成分如表2所示；煅燒葉蠟石是對(duì)普通葉蠟石進(jìn)行煅燒而成，燒失量為2.5%～3.0%，白度為62%～76%。

表2 粉煤灰和葉蠟石化學(xué)成分%

（4）砂：普通河砂，細(xì)度模數(shù)2.6，連續(xù)級(jí)配，堆積密度1600 kg/m3，表觀密度2600 kg/m3。

（5）纖維素醚：采用羥丙基甲基纖維素醚（HPMC），白色粉末，無臭，黏度200 Pa·s，堆積密度250～700 kg/m3，相對(duì)密度1.26～1.31。

（6）PP纖維：聚丙烯單絲纖維，泰安現(xiàn)代塑料有限公司生產(chǎn)，長度6 mm，密度900～920 kg/m3，熔點(diǎn)165～173℃。

（7）?；⒅椋焊擅芏?0～120 kg/m3，筒壓強(qiáng)度150～160 kPa，導(dǎo)熱系數(shù)0.048 W/（m·K），體積吸水率45%，表面?；]孔率80%。

1.2 配合比設(shè)計(jì)

葉蠟石替代水泥膠砂試驗(yàn)設(shè)計(jì)了7組配合比，研究了葉蠟石替代水泥對(duì)砂漿抗折、抗壓強(qiáng)度的影響。葉蠟石干粉砂漿試驗(yàn)設(shè)計(jì)了9組配合比，研究了粉煤灰替代水泥，同時(shí)葉蠟石替代粉煤灰對(duì)砂漿抗壓強(qiáng)度的影響。葉蠟石保溫砂漿試驗(yàn)設(shè)計(jì)了7組配合比，研究了粉煤灰替代水泥，同時(shí)葉蠟石替代粉煤灰對(duì)砂漿抗壓強(qiáng)度、導(dǎo)熱系數(shù)的影響。試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)如表3～表5所示?；鶞?zhǔn)配合比為BZ-1、BZ-2、BZ-3，不含葉蠟石，普通葉蠟石和煅燒葉蠟石分別用PY、DY表示。

表3 葉蠟石替代水泥膠砂試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)

表4 葉蠟石干粉砂漿試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)

表5 葉蠟石保溫砂漿試驗(yàn)配合比設(shè)計(jì)

1.3 試件制作、測(cè)試及計(jì)算

葉蠟石替代水泥膠砂試驗(yàn)采用40 mm×40 mm×160 mm試模。按照GBT 17671—1999《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法（ISO法）》進(jìn)行測(cè)試，用DKZ-5000電動(dòng)抗折試驗(yàn)機(jī)測(cè)試試件的抗折強(qiáng)度，速率為（50±10）N/s，用NYL-300指針式水泥壓力機(jī)分別測(cè)試試件的7 d、28 d、60 d抗壓強(qiáng)度，加載速度為（2400± 200）N/s。

葉蠟石干粉砂漿試驗(yàn)采用70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm試模。按照J(rèn)GJ/T70—2009《建筑砂漿基本性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行測(cè)試，采用NYL-300指針式水泥壓力機(jī)分別測(cè)試試件的7 d、28 d、60 d抗壓強(qiáng)度，加載速度為（550±200）N/s，保持勻速加載直到試件破壞。

葉蠟石保溫砂漿試驗(yàn)采用70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm試模。強(qiáng)度測(cè)試與葉蠟石干粉砂漿試驗(yàn)相同。導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)試采用300 mm×300 mm×30 mm的鐵箍，上下面用玻璃壓實(shí)。拆模后試件用電熱鼓風(fēng)干燥箱烘干，用導(dǎo)熱系數(shù)測(cè)定儀測(cè)試其導(dǎo)熱系數(shù)。

2 試驗(yàn)結(jié)果及分析

2.1 葉蠟石替代水泥膠砂試驗(yàn)結(jié)果及分析（見表6）

表6 葉蠟石替代水泥膠砂的強(qiáng)度

由表6可見：

（1）對(duì)于普通葉蠟石來說，隨著葉蠟石替代量的增加，水泥膠砂的抗折強(qiáng)度降低；但替代量為10%～15%時(shí)，膠砂的抗折強(qiáng)度變化較小；摻入普通葉蠟石能較大幅度提高水泥膠砂28 d到60 d的后期抗折強(qiáng)度增長率，最多能提高基準(zhǔn)組的2倍。隨著葉蠟石替代量增加，水泥膠砂的抗壓強(qiáng)度基本呈等比例關(guān)系降低；摻入普通葉蠟石對(duì)水泥砂漿7 d到28 d早期以及28 d到60 d后期抗壓強(qiáng)度增長率無影響。這表明，由于普通葉蠟石粉未經(jīng)過高溫煅燒等活化激化措施，活性較低，摻入替代水泥，對(duì)砂漿的抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度影響較大，且替代量越大，強(qiáng)度降低越多；摻入葉蠟石對(duì)砂漿的抗壓強(qiáng)度增長率無影響，但能提高后期抗折強(qiáng)度增長率。

（2）對(duì)于煅燒葉蠟石來說，摻入葉蠟石降低了膠砂的早期抗折強(qiáng)度，但提高后期抗折強(qiáng)度；隨著葉蠟石替代量的增加，膠砂的抗折強(qiáng)度降低。葉蠟石替代量為5%時(shí)效果最明顯，與基準(zhǔn)組相比，7 d、28 d抗折強(qiáng)度降低率在2%以內(nèi)，60 d抗折強(qiáng)度提高了5.3%。摻入煅燒葉蠟石能提高砂漿的抗折強(qiáng)度增長率，且隨著替代量的增加而增大，替代量為15%時(shí)抗折強(qiáng)度增長率較基準(zhǔn)組提高了2倍。煅燒葉蠟石替代水泥能提高砂漿的后期抗壓強(qiáng)度，抗壓強(qiáng)度隨著替代量增加而降低；60 d后抗壓強(qiáng)度與煅燒葉蠟石替代量關(guān)系不大。替代量為5%時(shí)效果最佳，與基準(zhǔn)組相比，28 d、60 d的抗壓強(qiáng)度均提高5%以上。摻入煅燒葉蠟石能小幅度提高砂漿的抗壓強(qiáng)度增長率。摻入煅燒葉蠟石，早期抗壓強(qiáng)度增長率較高，后期抗折強(qiáng)度增長率較高。這表明，普通葉蠟石粉經(jīng)過高溫煅燒后，活性較高，煅燒葉蠟石替代水泥有利于提高抗壓強(qiáng)度；煅燒葉蠟石的摻入能提高后期抗折強(qiáng)度，這與普通葉蠟石摻入的規(guī)律一致。

（3）對(duì)比2種葉蠟石分別替代水泥砂漿的強(qiáng)度隨時(shí)間的變化可知：葉蠟石替代水泥量為5%時(shí)，煅燒葉蠟石替代的膠砂抗折和抗壓強(qiáng)度均比普通葉蠟石替代的高，最大時(shí)相差15%；后期葉蠟石顆粒填充效應(yīng)和微集料效應(yīng)的發(fā)揮，使?jié){體的結(jié)構(gòu)趨于致密，粘結(jié)程度趨好，所以2種葉蠟石替代的后期抗折、抗壓強(qiáng)度增長率相差較小。葉蠟石替代水泥量為10%時(shí)，煅燒葉蠟石替代的膠砂抗折和抗壓強(qiáng)度均比普通葉蠟石替代的高，最大時(shí)相差28%；葉蠟石經(jīng)過煅燒后活性提高，能大幅度提高抗壓強(qiáng)度增長率，至少提高33%。葉蠟石替代水泥量為15%時(shí)，煅燒葉蠟石替代的膠砂抗折和抗壓強(qiáng)度均比普通葉蠟石替代的高，最大時(shí)相差38%；與普通葉蠟石替代的膠砂相比，煅燒葉蠟石替代的膠砂抗壓強(qiáng)度增長率至少提高17%，提高程度低于替代量為10%的，說明適量摻入煅燒葉蠟石可以較大程度提高強(qiáng)度。這表明，葉蠟石經(jīng)過煅燒后活性較高，替代部分水泥效果好。

2.2 葉蠟石干粉砂漿試驗(yàn)結(jié)果及分析（見表7）

表7 葉蠟石干粉砂漿的抗壓強(qiáng)度

由表7可見：

（1）對(duì)于普通葉蠟石來說，隨著普通葉蠟石替代粉煤灰量的增加，干粉砂漿的抗壓強(qiáng)度逐漸降低，替代量為0～50%時(shí)，28 d、60 d強(qiáng)度降低在5%以內(nèi)。隨著普通葉蠟石替代量增加，早期強(qiáng)度增長率逐漸提高，后期強(qiáng)度增長率先提高后降低。綜合考慮，普通葉蠟石替代粉煤灰的最佳比例為25%～50%。

（2）對(duì)于煅燒葉蠟石來說，隨著煅燒葉蠟石替代粉煤灰量的增加，干粉砂漿抗壓強(qiáng)度逐漸降低，替代量為0～25%時(shí)，28 d、60 d強(qiáng)度降低在5%以內(nèi)。隨著煅燒葉蠟石替代量增加，早期強(qiáng)度增長率逐漸提高，后期強(qiáng)度增長率先提高后降低。綜合考慮，煅燒葉蠟石替代粉煤灰的最佳比例為0～25%。

（3）對(duì)比2種葉蠟石分別替代粉煤灰的干粉砂漿強(qiáng)度隨時(shí)間的變化可知：葉蠟石分別替代粉煤灰25%、50%、75%時(shí)，普通葉蠟石替代的干粉砂漿抗壓強(qiáng)度均高于煅燒葉蠟石替代的；葉蠟石替代粉煤灰100%時(shí)，煅燒葉蠟石替代的干粉砂漿抗壓強(qiáng)度高于普通葉蠟石替代的。但2種葉蠟石干粉砂漿的強(qiáng)度差值基本小于5%，基本可以忽略，說明葉蠟石經(jīng)過煅燒活化后摻入干粉砂漿無明顯增強(qiáng)效果。

2.3 葉蠟石保溫砂漿試驗(yàn)結(jié)果及分析（見表8）

表8 葉蠟石保溫砂漿的性能測(cè)試結(jié)果

由表8可見：

（1）對(duì)普通葉蠟石來說，隨著普通葉蠟石替代粉煤灰量的增加，保溫砂漿的抗壓強(qiáng)度基本先降低后升高；替代量為33.3%、100%時(shí)，7 d強(qiáng)度提高，28 d、60 d強(qiáng)度與基準(zhǔn)組相差小于5%。保溫砂漿強(qiáng)度增長率隨著普通葉蠟石替代量增大的變化規(guī)律不明顯，但基本比基準(zhǔn)組低。綜合考慮，普通葉蠟石替代粉煤灰的最佳比例是0～33.3%。

（2）對(duì)煅燒葉蠟石來說，隨著煅燒葉蠟石替代粉煤灰量的增加，7 d、60 d強(qiáng)度逐漸降低，28 d強(qiáng)度逐漸提高，但均低于基準(zhǔn)砂漿。這表明，摻入煅燒葉蠟石對(duì)保溫砂漿強(qiáng)度的影響較大。隨著煅燒葉蠟石替代量的增加，能較大幅度地提高早期強(qiáng)度增長率，替代100%時(shí)效果最明顯，可以提高75%；后期強(qiáng)度增長率先提高后降低，替代33.3%時(shí)效果最明顯，可以提高將近2倍。

（3）對(duì)比2種葉蠟石分別替代粉煤灰的保溫砂漿強(qiáng)度隨時(shí)間的變化可知，普通葉蠟石替代的保溫砂漿強(qiáng)度均比煅燒葉蠟石替代的高，這與葉蠟石干粉砂漿的規(guī)律一致、與葉蠟石替代水泥砂漿的規(guī)律相反，可能是因?yàn)槿~蠟石經(jīng)過煅燒后，活性增強(qiáng)，在有粉煤灰的環(huán)境下，反而不利于砂漿的強(qiáng)度發(fā)展，即降低了強(qiáng)度。但葉蠟石煅燒后活性的增強(qiáng)加快了反應(yīng)的速度，從而加快了強(qiáng)度增長的速率。所以葉蠟石煅燒后強(qiáng)度發(fā)展快但降低了強(qiáng)度。

（4）普通葉蠟石與煅燒葉蠟石保溫砂漿的干密度與抗壓強(qiáng)度基本呈正比關(guān)系。目前工程中常用的水泥基復(fù)合保溫砂漿的密度在250～450 kg/m3，導(dǎo)熱系數(shù)為0.440～0.792 W/（m·℃）[11]。本試驗(yàn)保溫砂漿的干密度相對(duì)較大，導(dǎo)熱系數(shù)很小，其保溫性、防火性好。

（5）隨干密度的增加，普通葉蠟石保溫砂漿的導(dǎo)熱系數(shù)大多數(shù)情況處于上升狀態(tài)，而煅燒葉蠟石替代的大多數(shù)情況處于下降狀態(tài)。這與文獻(xiàn)[11-12]的規(guī)律一致。

3 結(jié)論

（1）葉蠟石替代水泥膠砂試驗(yàn)中，普通葉蠟石替代的降低強(qiáng)度，7 d強(qiáng)度降低了5.4%～25.0%，28 d強(qiáng)度降低了8.4%～ 24.7%，60 d強(qiáng)度降低了3.9%～24.2%；煅燒葉蠟石替代水泥提高后期強(qiáng)度，且隨著替代量增加而降低，60 d強(qiáng)度提高了1.3%～5.3%。煅燒葉蠟石替代的強(qiáng)度增長率和強(qiáng)度均比普通葉蠟石替代的高，替代5%時(shí)效果最佳。

（2）葉蠟石干粉砂漿試驗(yàn)中，隨葉蠟石替代量的增加，葉蠟石干粉砂漿的抗壓強(qiáng)度降低，普通葉蠟石替代粉煤灰的最佳比例是25%～50%，煅燒葉蠟石替代的最佳比例是0～25%。葉蠟石是否煅燒對(duì)干粉砂漿影響不大。

（3）葉蠟石保溫砂漿試驗(yàn)中，葉蠟石替代粉煤灰，其保溫砂漿抗壓強(qiáng)度降低，普通葉蠟石替代粉煤灰的最佳比例是0～ 33.3%，葉蠟石經(jīng)過煅燒后提高強(qiáng)度發(fā)展速度但降低了抗壓強(qiáng)度。

（4）葉蠟石保溫砂漿的干密度與抗壓強(qiáng)度基本上呈正比關(guān)系，普通葉蠟石保溫砂漿的干密度與導(dǎo)熱系數(shù)基本呈正比關(guān)系，煅燒葉蠟石保溫砂漿的干密度與導(dǎo)熱系數(shù)基本呈反比關(guān)系。

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Study on performance of building mortar based on pyrophyllite

YE Yayi1，SUN Linzhu2，YANG Fang2
（1.College of Architecture and Civil Engineering，Anhui University of Science and Technology，Huainan 232001，China；2.College of Architecture and Civil Engineering，Wenzhou University，Wenzhou 325001，China）

Our country is rich in resources but in a low utilization rate of pyrophyllite.In order to study the application of the pyrophyllite in the aspect of building materials，it was used to replace cement for experiment of building mortar，designed 23 groups，testing strength and thermal conductivity.It turns out the influence of performance in different degree when cement replaced by pyrophyllite.When the content is low，reduction of mortar strength is not obvious，and when the content is higher，the strength has a different degree of decline.These results provide theoretical reference for the application of pyrophyllite in mortar.

pyrophyllite，dry powder mortar，thermal insulation mortar，performance

TU57+8.1

A

1001-702X（2016）12-0063-04

國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（51378398）

2016-04-07；

2016-06-10

葉雅意，女，1991年生，浙江溫州人，主要從事土木工程材料研究。