陶瓷拋光磚微粉在預(yù)拌混凝土中的應(yīng)用

李兆威 鐘路生

摘 要：摻入適量陶瓷拋光磚微粉為混凝土輔助膠凝材料，對商砼企業(yè)可持續(xù)發(fā)展具有重要的經(jīng)濟(jì)價(jià)值及社會環(huán)保意義。本文通過對比分析法，研究陶瓷拋光磚微粉在預(yù)拌混凝土中的應(yīng)用特性，及在保證預(yù)拌混凝土工作性能與力學(xué)性能條件下，代替混凝土常用活性礦物摻合料（煤灰/磨細(xì)礦粉），探索其在C30混凝土中的摻量規(guī)律。結(jié)果發(fā)現(xiàn)在配合比中，陶瓷拋光磚微粉替換部分煤灰方案優(yōu)于替換部分礦粉;且在替換煤灰摻量60%以內(nèi)，有利于發(fā)揮三者優(yōu)勢互補(bǔ)效應(yīng)，達(dá)到目標(biāo)之余，混凝土強(qiáng)度富余提高。

關(guān)鍵詞：預(yù)拌混凝土;陶瓷拋光磚微粉;優(yōu)勢互補(bǔ)效應(yīng)

1 引 言

隨著社會基礎(chǔ)設(shè)施的加快完善，建筑業(yè)快速發(fā)展，預(yù)拌混凝土需求量越來越大，為我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)做出了巨大的貢獻(xiàn)。據(jù)報(bào)告，我國大力推廣裝配式建筑的深入發(fā)展，混凝土產(chǎn)量一直呈現(xiàn)良好上升勢頭，且15年內(nèi)逆無轉(zhuǎn)。[1]但另一方，面據(jù)有關(guān)資料顯示，我國實(shí)施“十三五”目標(biāo)期間，于2016-2018年累計(jì)壓減粗鋼產(chǎn)能1.5億噸以上，退出煤炭落后產(chǎn)能8.1億噸，淘汰關(guān)停落后煤電機(jī)組2000萬千瓦以上，水泥產(chǎn)能維持較高產(chǎn)能但不再增長。[2]合規(guī)常用活性礦物摻合料（粉煤灰、磨細(xì)礦粉）資源日益供不應(yīng)求，價(jià)格上漲，尋找合適粉料代替部分活性摻合料，對預(yù)拌混凝土行業(yè)降本增效和可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。

我國是拋光磚生產(chǎn)大國，每年會產(chǎn)生數(shù)百萬噸拋光廢料，當(dāng)前大部分的廢料采用露天堆放或填埋的方法處理，所帶來的生態(tài)和環(huán)境問題近年來也日益顯現(xiàn)。陶瓷拋光磚微粉是瓷質(zhì)拋光磚燒制后表面加工時(shí)，經(jīng)刮平、定厚、打磨、精拋等工序中產(chǎn)生的膏狀漿體，經(jīng)脫水、分選得到的超細(xì)粉體材料。[3]其富含活性二氧化硅，活性氧化鋁，具有火山灰活性，適量摻入可優(yōu)化水泥漿體水化硬化性能，可作混凝土輔助膠凝材料。[4-6]陶瓷拋光磚微粉在預(yù)拌混凝土中合理應(yīng)用，可促進(jìn)陶瓷行業(yè)固廢資源的產(chǎn)業(yè)化利用，實(shí)現(xiàn)雙贏。

2原材料及材料性能

1）水泥。采用”飛鹿”P.O42.5R，產(chǎn)自佛山市三水飛鹿水泥廠，材料性能如表1。

符合國標(biāo)（GB175-2007）相關(guān)指標(biāo)規(guī)范。

2）煤灰。采用“橋贏”二級粉煤灰，產(chǎn)自佛山市橋贏建筑材料有限公司，其性能指標(biāo)如表2。

3）磨細(xì)礦粉。采用“新澤”S95級礦粉，產(chǎn)自佛山市新澤建筑材料有限公司，其性能指標(biāo)如表3。

符合GT/T18046-2008相關(guān)指標(biāo)規(guī)范。

4）陶瓷拋光磚微粉（后文簡稱陶瓷粉）。其物理性能如表4。

符合JC/T 2473-2018相關(guān)指標(biāo)規(guī)范。

5）粗骨料。采用5～25連續(xù)顆粒級配花崗巖碎石，壓碎值5，含泥量0.3%。

6）細(xì)骨料。采用北江中砂，細(xì)度模數(shù)2.6，含泥量0.3%。

7）外加劑。采用科之杰聚羧酸系外加劑，減水率28%，固含量11%，凝結(jié)時(shí)間延長160min，推薦摻量2.0%，外加劑抗壓強(qiáng)度比139%。

8）水廠區(qū)生產(chǎn)自來水。

膠凝材料材料主要化學(xué)組分如表5。

3實(shí)驗(yàn)方案及試驗(yàn)結(jié)果

以膠材的活性指數(shù)、需水量及攪拌站生產(chǎn)實(shí)驗(yàn)室統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)為基礎(chǔ)，按國標(biāo)JGJ55規(guī)范，設(shè)計(jì)成本與性能最優(yōu)的復(fù)摻煤灰-礦粉C30混凝土配合比并驗(yàn)證，然后采用對比實(shí)驗(yàn)方法，試驗(yàn)活性限度內(nèi)，摻入不同質(zhì)量比例陶瓷粉代替對應(yīng)煤灰與礦粉用量，通過坍落度試驗(yàn)，觀察其對用水量、外加劑摻量、坍落度、拓展度、及1.5h經(jīng)時(shí)損失、凝結(jié)時(shí)間、及抗壓強(qiáng)度的變化，探究陶瓷粉在雙摻體系中對混凝土中的應(yīng)用特性，探究其粉料優(yōu)勢互補(bǔ)效應(yīng)摻量范圍。

3.1膠材活性指數(shù)試驗(yàn)研究

膠材活性指數(shù)試驗(yàn)研究如表6。按GB17671-1999要求執(zhí)行試驗(yàn)。

由H2#和H3#試驗(yàn)組得出，單考慮膠材活性下，陶瓷泥在7天活性比粉煤灰高18%，28天高9%，可以考慮完全取代。

由H1#、H3#、H4#實(shí)驗(yàn)組得出，單考慮膠材活性下，陶瓷泥7天活性比礦粉低4%，28天活性比礦粉低16%，若完全取代礦粉可能導(dǎo)致28天強(qiáng)度不達(dá)標(biāo)，其代替摻量應(yīng)控制在30%以下。

3.2坍落度試驗(yàn)。

預(yù)拌大流動性混凝土，按GB/T50080-2002要求執(zhí)行試驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)1#實(shí)驗(yàn)組為標(biāo)準(zhǔn)組，2#、3#、4#實(shí)驗(yàn)組為陶瓷粉替代礦粉摻量實(shí)驗(yàn)，梯度設(shè)置為10%、20%、30%，5#～9#實(shí)驗(yàn)組為代替粉煤灰摻量實(shí)驗(yàn)，梯度設(shè)置為20%、40%、60%、80%，100%。配合比設(shè)計(jì)如表7，實(shí)驗(yàn)結(jié)果如表8所示。

3.3數(shù)據(jù)處理和實(shí)驗(yàn)分析

從圖1數(shù)據(jù)可以看出工作性能方面，1#～4#實(shí)驗(yàn)組，保持粉煤灰用量不變，在0-30%的礦粉摻量幅度度內(nèi)，等量替入陶瓷粉，在不加水和外加劑情況下，其出機(jī)狀態(tài)以及1.5小時(shí)后，經(jīng)時(shí)坍落均大于160mm，滿足預(yù)拌大流動性混凝土設(shè)計(jì)要求即;同理，在對煤灰等量替代的5#～9#實(shí)驗(yàn)組中，9#實(shí)驗(yàn)組可以塌落度1.5小時(shí)損失后未達(dá)要求，設(shè)計(jì)陶瓷粉替代煤灰摻量在0%～80%內(nèi)比計(jì)較穩(wěn)妥。

綜合圖1和圖2對工作性能進(jìn)一步分析，發(fā)現(xiàn)（1）1～9#實(shí)驗(yàn)中，隨著陶瓷粉的摻入，混凝土的初凝呈現(xiàn)縮短趨勢，而且隨著替代量的加大，縮短時(shí)間越長，是因?yàn)槊夯颐芏?陶瓷粉密度<礦粉密度，等質(zhì)量陶瓷粉替換下，換出粉煤灰體積>換出礦粉體積，漿體體積減少，同時(shí)陶瓷粉的比表面積遠(yuǎn)大于礦粉和煤灰，其對水的吸附能力更強(qiáng)，使混凝土漿體體系中包裹水泥顆粒的水膜成相對變薄，即實(shí)際工作水灰比相對下降，而促進(jìn)水泥水化產(chǎn)物Ca（OH）2結(jié)晶的到來，使得混凝土失去可塑性所需時(shí)間變短。

（2）由1～4#礦粉替代實(shí)驗(yàn)初凝時(shí)間連線斜率>5～9#實(shí)驗(yàn)初凝時(shí)間斜率，與1#、3#、5#實(shí)驗(yàn)組在20%替換量初凝凝結(jié)數(shù)據(jù)對比發(fā)現(xiàn)，三種活性粉料對混凝土緩凝時(shí)間延長的因素為礦粉>煤灰>陶瓷粉。

（3）在40%～60%區(qū)間煤灰替代量內(nèi)，粉煤灰與陶瓷粉的性能類似，替代量超過60%后需要在外加劑與水的情況下達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)組出機(jī)狀態(tài)，是因?yàn)樘沾煞哿窟f增，引進(jìn)的新增比表面積量激增，需水量也相對煤灰高同時(shí)煤灰的‘形態(tài)效應(yīng)逐漸消失，水泥漿體粘度超過一定程度，體系顆粒間可以起到潤滑的水膜厚度不足以克服顆粒間相對滑動所產(chǎn)生的摩擦阻力。

從圖3折線圖數(shù)據(jù)顯示，（4）在活性限度內(nèi)合理替換礦粉和煤灰，其28天強(qiáng)度均值均符合c30混凝土驗(yàn)收標(biāo)準(zhǔn)。但替換礦粉的2#，3#，4#實(shí)驗(yàn)組在3d、7d強(qiáng)度均值與標(biāo)準(zhǔn)組大致相同，但28天強(qiáng)度均值則隨摻量梯度增加分別下降，幅度約為標(biāo)準(zhǔn)組5%、8%、14%，是由于取代礦粉后體系中產(chǎn)生用于激發(fā)混合材二次水化反應(yīng)的堿含量下降，又陶瓷粉后期活性不如礦粉，導(dǎo)致增長乏力;

（5）而5#、6#、7#替換煤灰實(shí)驗(yàn)中則3d，7d強(qiáng)度略高于標(biāo)準(zhǔn)組，28d分別高于標(biāo)準(zhǔn)組約5%、9%、12%，即使在8#增加5kg水0.2外加劑，9#增加10kg水及0.2摻量外加劑下，強(qiáng)度不弱于對照組，表明適量陶瓷粉替換煤灰，能有效填充礦粉-煤灰-水泥顆粒間的堆積空隙，細(xì)化孔結(jié)構(gòu)，使硬化后漿體部分更加密實(shí)，對7d、28d齡期強(qiáng)度有增強(qiáng)效果，而且未對漿體與骨料粘結(jié)面結(jié)構(gòu)產(chǎn)生負(fù)面影響，是一種性能較優(yōu)的活性粉料資源。

考慮預(yù)拌混凝土從攪拌站出發(fā)到工地卸料之間，因素復(fù)雜多變，工人中途加水情況時(shí)有發(fā)生，宜在保證強(qiáng)度等級不下降下，預(yù)留較寬配合比用水量空間，即優(yōu)先考慮陶瓷粉替換煤灰方案。

4結(jié)論

（1）在水泥膠砂活性對應(yīng)摻量下，陶瓷粉可以等量替換適量礦粉或煤灰;（2）綜合陶瓷粉、礦粉、煤灰對預(yù)拌混凝土工作性、凝結(jié)時(shí)間、強(qiáng)度方面影響，為工程質(zhì)量保障、可操控性、成本綜合考慮，商砼企業(yè)宜優(yōu)先采用陶瓷粉替換粉煤灰方案;（3）陶瓷粉替換部分粉煤灰摻量控制在60%以內(nèi)（比例6：4以內(nèi)），具有良好的活性粉料優(yōu)勢互補(bǔ)效應(yīng)，混凝土工作性滿足要求，在降低生產(chǎn)成本之余增大混凝土強(qiáng)度富余，工作有較高使用價(jià)值和經(jīng)濟(jì)效益，促進(jìn)陶瓷產(chǎn)業(yè)固廢回收再用。

參考文獻(xiàn)

[1] 劉小全.混凝土行業(yè)現(xiàn)狀[R].中國報(bào)告大廳，2019-07-31.

[2] 趙偉.水泥去產(chǎn)能到了什么階段[DB/OL]http：//www.100ppi.com.2019.11-4.

[3] 曾令可，金雪莉，劉艷春.《陶瓷廢料回收利用技術(shù)》內(nèi)容剖析[J]中國陶瓷工業(yè)，2012，19（6）：51-53.

[4] 徐國賓.陶瓷拋光磚微粉特性及其對水泥性能的影響[J]磚瓦，2019（09）：33-36.

[5] 王功勛.陶瓷拋光磚粉作輔助膠凝材料的火山灰性[J].硅酸鹽學(xué)報(bào)，2010，38（7）1229-1234.

[6] 李俊杰，胡一智，阮家銘，盧軍宇，黃寧寧.陶瓷粉對中低標(biāo)號混凝土工作性及強(qiáng)度影響[J].廣東建材.2018（09）.