珍珠巖粉對水泥基彩色裝飾砂漿性能的影響

徐瑞鋒，黃少文，羅琦，張思宇

（南昌大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院，江西 南昌 330000）

0 前言

彩色裝飾砂漿因具有施工簡便、結(jié)構(gòu)安全、裝飾效果好、使用壽命長、綠色環(huán)保等優(yōu)點而日益得到業(yè)界重視，但水泥基彩色裝飾砂漿極易泛堿而嚴(yán)重影響其外觀裝飾效果，大大制約了該類產(chǎn)品的推廣應(yīng)用。因此，采取有效措施抑制彩色裝飾砂漿的泛堿是其制備技術(shù)的關(guān)鍵和難點。近年來，國內(nèi)外企業(yè)相繼開發(fā)了一些針對水泥基材料泛堿的泛堿抑制劑，但摻加不同泛堿抑制劑所取得的效果參差不齊，多數(shù)產(chǎn)品效果并不十分理想。抑制裝飾砂漿泛堿需采用綜合措施，除了摻加各類可阻止Ca（OH）2隨水沿材料孔隙擴散的化學(xué)添加劑外[1-3]，更重要的是要減少基體材料中的Ca（OH）2數(shù)量[4]。本試驗通過摻加珍珠巖粉制備水泥基彩色裝飾砂漿，探討了珍珠巖粉對彩色裝飾砂漿抗泛堿性能及其物理力學(xué)性能的影響。

1 試驗

1.1 試驗材料

（1）水泥：江西銀杉白水泥有限公司，P·W42.5白色硅酸鹽水泥。

（2）珍珠巖粉：江西金溪，天然珍珠巖是酸性火山噴出熔巖，呈紅色以玻璃質(zhì)結(jié)構(gòu)為主，并有雛晶及玻基斑狀結(jié)構(gòu)，其化學(xué)成分見表1，將碎石狀珍珠巖利用試驗球磨機粉磨至45 μm篩篩余小于10%，粒度分布見表2。

表1 珍珠巖粉的化學(xué)成分 %

表2 珍珠巖粉體的粒徑分布

（3）石英砂：江西九江，40～70目和 70～120目。

（4）重鈣粉：325目，江西德興。

（5）其它原料：德國瓦克5044N可再分散乳膠粉；德國泰勒羥丙基甲基纖維素醚（黏度為60 Pa·s）；江蘇兆佳密胺系減水劑，白色粉狀，減水率20%；湖南三環(huán)氧化鐵紅顏料；廈門艾思?xì)W標(biāo)準(zhǔn)砂有限公司產(chǎn)標(biāo)準(zhǔn)砂。

1.2 試驗配合比和測試方法

依據(jù)GB/T 12957—2005《用于水泥混合材的工業(yè)廢渣活性試驗方法》，用對比強度法測珍珠巖粉的28 d抗壓強度比。摻珍珠巖粉試驗配合比見表3。依據(jù)JC/T 1024—2007《墻體飾面砂漿》測試砂漿的力學(xué)性能和吸水量。按照J(rèn)GJ/T 70—2009《建筑砂漿基本性能試驗方法標(biāo)準(zhǔn)》測試砂漿的干燥收縮值。

表3 摻珍珠巖粉實驗配合比 g

砂漿泛堿性測試：采用干濕循環(huán)法加速堿金屬離子遷移，即將制備好的砂漿在20 cm×20 cm的硅鈣板上涂抹約1 mm厚的涂層，在20℃、相對濕度90%的養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)1 d，然后放入50℃干燥箱中干燥4 h，再放回養(yǎng)護(hù)箱中養(yǎng)護(hù)，如此循環(huán)5次后用數(shù)碼相機拍照砂漿表面，用Image-Proplus6.0軟件測其泛堿面積[5]。

2 試驗結(jié)果與討論

2.1 珍珠巖粉的火山灰活性

評價火山灰質(zhì)材料火山灰活性的方法主要有火山灰性試驗和對比強度法2種，為了符合工程應(yīng)用實際情況，本試驗采用對比強度法測試珍珠巖粉的活性，28 d對比強度試驗結(jié)果見表4。

表4 摻珍珠巖粉砂漿的28 d對比強度

由表4可見，摻30%珍珠巖粉的試樣28 d膠砂抗壓強度比約為0.77，遠(yuǎn)高于GB/T 2847—2005《用于水泥中的火山灰質(zhì)混合材料》規(guī)定的0.65的低限要求，表明試驗所用珍珠巖粉具有較好的火山灰活性。

2.2 珍珠巖粉對裝飾砂漿力學(xué)性能的影響（見表5）

表5 珍珠巖粉對裝飾砂漿28 d強度的影響

由表5可見，裝飾砂漿的28 d抗折、抗壓、粘結(jié)強度都隨珍珠巖粉摻量的增加而下降，但對照J(rèn)C/T 1024—2007標(biāo)準(zhǔn)，即使珍珠巖粉摻量高達(dá)50%，試樣的抗折、抗壓強度都遠(yuǎn)高于 JC/T 1024—2007要求（分別為≥2.5、≥4.5 MPa），表明摻珍珠巖粉裝飾砂漿力學(xué)性能有足夠的空間滿足工程應(yīng)用要求。當(dāng)珍珠巖粉替代水泥量低于50%時，粘結(jié)強度也符合標(biāo)準(zhǔn)要求。為了突出珍珠巖粉對裝飾砂漿性能的影響，本試驗配合比設(shè)計中的乳膠粉和纖維素醚摻量較小（為防止其掩蓋珍珠巖粉的作用），因此相對于抗折強度和抗壓強度，砂漿粘結(jié)強度偏低。

2.3 珍珠巖粉對裝飾砂漿吸水量的影響（見圖1）

圖1 珍珠巖粉對裝飾砂漿吸水量的影響

由圖1可見，當(dāng)珍珠巖粉替代水泥量小于30%時，試樣30 min吸水量增加比較緩慢，240 min吸水量增長速度較快。當(dāng)珍珠巖粉替代水泥量大于30%時，30 min和240 min吸水量都明顯增大。由于珍珠巖粉是晶質(zhì)礦物嵌入大量玻璃質(zhì)中所形成的火山灰質(zhì)礦物原料，玻璃質(zhì)因風(fēng)化變質(zhì)而具有多孔性特點，摻珍珠巖粉水泥的標(biāo)準(zhǔn)稠度用水量會有所增加。且珍珠巖粉與水泥水化產(chǎn)物的二次水化反應(yīng)大部分發(fā)生在28 d后，珍珠巖粉替代水泥后砂漿試樣28 d齡期的水泥水化產(chǎn)物數(shù)量有所減少，珍珠巖粉顆粒表面被疏松的水化產(chǎn)物包裹，砂漿的致密性較低，隨珍珠巖粉摻量增加，試樣的吸水量明顯增大。盡管珍珠巖粉使水泥砂漿的吸水量有所增加，但試樣吸水量仍然遠(yuǎn)低于JC/T 1024—2007標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的限值（30 min和240 min吸水量分別為≤2.0 g和≤5.0 g），表明摻珍珠巖粉制備的裝飾砂漿的吸水量完全可以滿足工程應(yīng)用要求。

2.4 珍珠巖粉對裝飾砂漿干燥收縮的影響

砂漿的干燥收縮值是反映砂漿抗干燥開裂性的重要指標(biāo)，按照J(rèn)GJ/T 70—2009規(guī)定的方法測試了不同摻量珍珠巖粉的裝飾砂漿試樣7、14、21和28 d的干燥收縮值，結(jié)果見圖2。

圖2 珍珠巖粉對裝飾砂漿干燥收縮值的影響

由圖2可見，隨著珍珠巖粉摻量的增加，裝飾砂漿的干燥收縮值逐漸增大，且不同齡期砂漿收縮值的增大趨勢大致相同。早期收縮值增長較快，到14 d以后收縮趨于穩(wěn)定；珍珠巖粉替代水泥量在40%以內(nèi)時，隨著珍珠巖粉替代量增加，試樣各齡期干燥收縮值增長較緩慢，但珍珠巖粉摻量達(dá)到50%時，試樣的干燥收縮值明顯增大。這一方面反映了珍珠巖粉作為火山灰類礦物質(zhì)材料所具有的多孔性特點，導(dǎo)致砂漿的干燥收縮增值大具有必然性；同時，珍珠巖粉摻量在40%以下時試樣干燥收縮值增幅很小，也說明珍珠巖粉比多數(shù)火山灰類材料的內(nèi)比表面積要小，因此用珍珠巖粉作裝飾砂漿摻和料更具優(yōu)越性。

2.5 珍珠巖粉對裝飾砂漿抗泛堿性能的影響

抗泛堿性是彩色裝飾砂漿最重要的性質(zhì)，是決定產(chǎn)品質(zhì)量的關(guān)鍵和技術(shù)難點。試驗采用干濕循環(huán)法加速堿金屬離子遷移，用數(shù)碼照相和Image-Proplus6.0軟件測試泛堿面積，量化計算試樣的泛堿量，具有相對可比性。試驗結(jié)果見表6。

表6 珍珠巖粉對裝飾砂漿抗泛堿性能的影響

由表6可見，隨著珍珠巖粉摻量的增加，裝飾砂漿的泛堿面積總體上呈明顯減小趨勢。當(dāng)珍珠巖粉摻量達(dá)到30%以后，下降速度明顯加快，當(dāng)摻量達(dá)到40%時，泛堿面積與基準(zhǔn)試樣對比減小了約1倍?？梢姡瑩秸渲閹r粉對提高裝飾砂漿的抗泛堿性具有明顯作用。珍珠巖粉大比例摻加，大大減少了砂漿中堿性材料的比例，從源頭減少了堿的含量，并且火山巖中的活性SiO2和可溶性Al2O3能與水泥水化產(chǎn)生的Ca（OH）2進(jìn)行二次反應(yīng)，不僅消耗了Ca（OH）2，而且生成的產(chǎn)物能使砂漿結(jié)構(gòu)更致密，增加了堿金屬離子遷移的阻力，因此裝飾砂漿的泛堿面積隨珍珠巖粉摻量增加而減小。

3 結(jié)論

（1）所用珍珠巖粉具有良好的火山灰活性。當(dāng)珍珠巖粉取代水泥量小于50%時，試樣的力學(xué)性能均滿足JC/T 1024—2007要求，且抗折和抗壓強度遠(yuǎn)高于JC/T 1024—2007要求的低限值。

（2）隨著珍珠巖粉摻量的增加，試樣的吸水量逐漸增大，30 min吸水量增加比較緩慢，240 min吸水量增長速度較快。

（3）摻珍珠巖粉后，裝飾砂漿的早期收縮增長較快，14 d后趨于穩(wěn)定，且當(dāng)珍珠巖粉摻量為50%時，試樣的干燥收縮值明顯增大。

（4）用珍珠巖粉取代部分水泥能顯著改善裝飾砂漿的泛堿情況。

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