云母廢料對砂漿性能影響的研究

張毅，李九蘇

（長沙理工大學 交通運輸工程學院，湖南 長沙 410114）

云母廢料對砂漿性能影響的研究

張毅，李九蘇

（長沙理工大學 交通運輸工程學院，湖南 長沙 410114）

研究了相同水料比之下，云母廢料替代率對砂漿試件工作性能、力學性能以及保溫性能的影響。結果表明：云母廢料的摻入對砂漿的流動性、力學性能產生了不利影響，且隨著替代率的增加不利影響愈加明顯。但是，云母廢料的摻入對砂漿試件的保溫性能有明顯改善，云母廢料替代率為30%的砂漿較替代率為0的保溫性能提高了近10%。

砂漿；云母廢料；工作性能；力學性能；保溫性能

0 引言

電機絕緣云母紙以其高耐熱性、良好的絕緣性在電氣行業(yè)得到廣泛應用，而云母紙制造產生的大量云母廢棄料也給環(huán)境帶來沉重的負擔。加氣混凝土砌塊具有質輕、隔熱性能好是其顯著的優(yōu)點[1]。同時，加氣混凝土也是實現我國新建采暖居住建筑總節(jié)能達到65%目標而發(fā)展的新型墻體材料的重要品種之一。近年來，國內外關于以廢渣取代或部分取代天然集料對混凝土工作性能、力學性能和耐久性等影響以及加氣混凝土熱學性能優(yōu)化方面進行了廣泛的研究[2-6]。

國內外就砂中粒徑大于0.3 mm的云母對混凝土性能的影響已有較系統(tǒng)研究，并有學者對高云母含量石粉混凝土性能進行了試驗研究[7]，主要考察了細集料中云母對混凝土性能的不利影響。目前，關于云母礦物對混凝土性能影響，尤其是關于保溫性能的研究尚未見文獻報道。本研究利用云母片狀結構、耐高溫及具有耐酸堿等良好的物化性能，將云母廢料替代或部分替代原材料制備砂漿試件，分析和討論了云母廢料對砂漿工作性能、力學性能、保溫性能等的影響，為混凝土保溫性能的優(yōu)化提供參考，為進一步研究云母對混凝土性能影響提供借鑒。

1 試驗

1.1 原材料

原材料主要包括2類：一類是硅質材料（云母廢料、粉煤灰等），一類是鈣質材料（水泥、石灰、石膏等）。其中水泥和石灰為主要強度組分水化硅酸鈣（C-S-H）的形成提供CaO，云母廢料、粉煤灰等硅質材料在由激發(fā)劑（石灰、石膏）提供的堿性環(huán)境中會發(fā)生顯著的水化反應，其潛在的活性被激發(fā)釋放出來，從而顯示出良好的硬化性能[8]。

（1）云母廢料：湖南岳陽市某云母造紙廠生產廢棄物，主要成分包括云母、水、泥土等。其呈塊狀，富有光澤，輕捏成層狀。通過酒精燃燒法測得云母廢料含水率為56.2%，在進行砂漿配合比設計時考慮云母廢料的含水率對水料比的影響。云母廢料的外觀見圖1，化學成分見表1。

圖1 云母廢料外觀

表1 水泥、云母及粉煤灰的化學成分 %

從表1可以看出，云母廢料中的主要成分（SiO2、Al2O3、MgO）與粉煤灰基本相同，從而可以利用云母廢料替代或部分替代粉煤灰充當硅質材料來制備砂漿試件。

（2）水泥：P·O42.5R水泥，28 d抗壓強度和抗折強度分別為53.0 MPa和8.8 MPa，化學成分見表1。

（3）粉煤灰：Ⅱ級粉煤灰，主要化學成分見表1。

（4）生石灰：市售建筑生石灰，有效鈣含量為89.9%，消解時間為15 min。

（5）石膏：市售建筑石膏。

1.2 砂漿試件制備

往攪拌鍋中加入拌合水后，將稱量后的云母廢料（分別替代粉煤灰總量的0、30%、60%、90%）、粉煤灰、水泥、石灰、石膏等原料置于水泥凈漿攪拌機中慢速攪拌120 s（剩余的水在攪拌開始5～10 s內加入），停拌15 s，再快速攪拌120 s，并迅速將料漿倒入模具內（抗壓、抗折強度試驗采用40 mm×40 mm×160 mm的模具），使用偏心振動臺振動密實，放入恒溫恒濕養(yǎng)護箱內養(yǎng)護，設定溫度為40℃，相對濕度為98%。24 h后拆除模具繼續(xù)養(yǎng)護。砂漿試件配合比見表3。

表2 砂漿試件配合比

1.4 測試方法

砂漿的工作性能、抗壓與抗折強度（7 d、28 d）參照JTG E30—2005《公路工程水泥與水泥混凝土試驗規(guī)程》和GB/T 17671—1999《水泥膠砂強度檢驗方法（ISO法）》進行測試。使用JW-III型熱流電導儀測試砂漿試件的導熱系數。

2 試驗結果與討論

2.1 云母廢料替代率對砂漿工作性能的影響（見圖2）

圖2 云母廢料替代率對砂漿流動性的影響

由圖2可知，云母廢料替代率為30%時，砂漿的流動性良好。在水料比（0.6）相同的情況下，砂漿流動性隨著云母廢料摻量的增加而呈現出近似線性降低。當云母廢料替代率為90%時，砂漿的流動性基本喪失。云母作為層狀硅酸鹽礦物是造成其流動性差的主要原因，眾所周知，硅酸鹽礦物具有較強的吸水性，最大吸水量可達其體積的8～15倍。在加入混合料的所有用水中，一部分作為游離水、結晶水、微毛細水等，而較大部分則被硅酸鹽礦物所吸收，使之無法起到潤滑作用，因而造成拌合料的工作性能變差。此外，云母廢料的片狀肌理對砂漿的工作性也有不利影響。摻有云母廢料的砂漿在拌合時，片狀結構與球狀粉末之間棱角增多，內摩擦角增大，流動受阻，從而使工作性能變差；而未摻云母廢料的砂漿在拌合時，球狀、無棱角的微粒形態(tài)有利于砂漿的流動性。

2.2 云母廢料替代率對砂漿強度的影響（見圖3、圖4）

由圖3、圖4可知，砂漿的抗壓強度和抗折強度均隨著云母廢料替代率的增加而降低，其中抗壓強度較抗折強度受云母替代率的影響更為明顯，但是當云母廢料替代率較高時，云母廢料對砂漿的力學性能的影響趨于平緩。不同云母廢料替代率砂漿28 d抗壓強度與7 d抗壓強度相比，強度發(fā)展較小。

圖3 云母廢料替代率對砂漿抗壓強度的影響

圖4 云母廢料替代率對砂漿抗折強度的影響

云母廢料砂漿力學性能較差的原因：首先，雖然云母與粉煤灰礦物成分相近，但云母中的二氧化硅為晶體，處在非活性狀態(tài)，在堿激發(fā)條件下水化反應程度不及粉煤灰；云母一般呈假六方或菱形板片狀結構，表面光滑，強度低，且易沿節(jié)理錯裂，與水泥漿等材料的粘結力差，即界面過渡區(qū)更為薄弱；從顆粒尺寸上看，云母廢料的粒徑遠遠大于水泥和粉煤灰，活性遠不及粒徑為40～90 μm的材料；此外，云母對于砂漿的單位用水量、和易性有不利影響，在同等工作性能的條件下，水料比增大，強度明顯降低。至于28 d強度較7 d強度發(fā)展不明顯，則是由于水化反應緩慢甚至極慢所致。

云母廢料替代率為30%時，砂漿28 d抗壓、抗折強度分別達到了3.0、1.6 MPa。通過優(yōu)化配合比、外摻高效減水劑、外摻纖維等方式都將能進一步增加強度，使應用于實際工程成為可能。

2.3 云母廢料替代率對砂漿土保溫性能的影響

2.3.1 云母廢料替代率對氣孔及孔隙率的影響

圖5為不同云母廢料替代率砂漿的內部氣孔情況。

圖5 不同云母廢料替代率砂漿的內部氣孔情況

由圖5可以看出，各試件斷面封閉氣孔數量相差不大，但在形態(tài)上卻有較大差異。隨著云母廢料替代率的增加，氣孔的均勻性變差，未替代砂漿斷面氣孔大小均勻且氣孔形態(tài)為圓形，而30%替代率和60%替代率砂漿斷面氣孔大小差異較大且多成針片形。值得注意的是，摻有云母廢料的試件在斷面呈現出較為明顯的層狀機理，因而氣孔的分布和形態(tài)也具有這樣的特點。出現這種情況的主要原因還是由于云母的層片狀結構所造成的。

2.3.2 云母廢料替代率對砂漿導熱性能的影響

導熱系數是保溫材料最基本的熱工性能指標。不同云母廢料替代率砂漿的導熱系數見表3。

由表3可知，隨著云母廢料替代率的增加，砂漿的導熱系數逐漸減小，即砂漿的保溫性能變好。云母廢料替代率為30%時，砂漿導熱系數為0.57 W/（m·K），較云母廢料替代率為0的砂漿保溫性能提高了近10%。

表3 不同云母廢料替代率砂漿的導熱系數

2.4 云母廢料替代率對砂漿透水性的影響

砂漿試件含水率的大小及其變化直接決定著其干縮值，決定著其耐久性及保溫隔熱等性能[9]。取云母廢料替代率0、30%、60%養(yǎng)護28 d的試件，試件浸水深度保持在30 mm，進行透水試驗，分別在1min、1h、6h進行觀測，結果如圖6所示。

圖6 不同云母廢料替代率砂漿的透水試驗結果

從圖6可以看出，試件持水能力隨云母廢料替代率增大而減弱，隨著時間的增加差異愈明顯，這也進一步說明云母這種硅酸鹽礦物所具有的強吸水性的特點。

3 結語

由于云母廢料硅酸鹽礦物的高吸水性、片狀結構、易錯裂以及晶體結構和粒徑大等性質，云母廢料對砂漿試件的工作性能、抗折強度及抗壓強度有不利影響，隨著替代率的提高，不利影響愈趨明顯。但與此同時，云母廢料對于砂漿試件的保溫性能有明顯改善，30%替代率較未摻云母廢料的提高了近10%。鑒于其對砂漿試件工作性能、力學性能的不利影響，建議替代率為30%左右，此時工作性能和力學性能得到保障，保溫性能顯著改善。云母廢料的摻入對于砂漿試件孔隙形態(tài)、透水性能均有影響，其具體影響還有待進一步研究。

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Effect of mica waste on mortar's properties

ZHANG Yi，LI Jiusu
（School of Traffic and Transportation Engineering，Changsha University of Science&Technology，Changsha 410114，China）

The effect of mica waste replacement rate on the working properties，mechanical properties and heat preservation performance of mortar was investigated under the same water to material ratio.The results showed that the mica waste had a negative effect on working performance and mechanical property of mortar，and the effects become obvious with the increase of replacement rate.However the heat preservation performance of mortar improved obviously with the dosage of mica waste，the mortar specimens replaced with 30%mica waste was improved approximately 10%when compared with the reference group.

mortar，mica waste，working properties，mechanical property，heat preservation performance

TU522.04

A

1001-702X（2016）08-0074-03

湖南省教育廳資助項目（14A001）；

湖南省研究生科研創(chuàng)新項目資助項目（CX2015B35）

2016-01-09

張毅，男，1991年生，湖南瀏陽人，碩士研究生，研究方向：主要從事道路建筑材料，材料廢渣資源化利用研究。