陶瓷拋光粉在公路混凝土中的應(yīng)用研究

夏詩明，林鴻波，楊智榮，張杰

（廣東省清遠(yuǎn)市質(zhì)量計(jì)量監(jiān)督檢測(cè)所，清遠(yuǎn)， 511518）

1 前言

我國(guó)建筑陶瓷產(chǎn)業(yè)歷經(jīng)數(shù)十年迅猛發(fā)展，已成為享譽(yù)國(guó)內(nèi)外的支柱產(chǎn)業(yè)[1]。拋光磚是陶瓷行業(yè)主要產(chǎn)品之一，陶瓷拋光粉是在生產(chǎn)拋光磚的研磨、拋光階段所產(chǎn)生的粉狀廢棄物。研究表明，每生產(chǎn)1m2的拋光磚將產(chǎn)生約2.1kg的廢棄物[2]。在強(qiáng)調(diào)綠色高質(zhì)量發(fā)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(fù)合摻合料對(duì)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(jié)構(gòu)[3]；傅秀新研究了陶瓷磚拋光粉對(duì)混凝土工作性能、力學(xué)性能和抗?jié)B性能的影響[4]；石正國(guó)等研究了陶瓷磚拋光粉在C30混凝土中的應(yīng)用[5]；賈志龍等研究了瓷磚拋光粉對(duì)水泥砂漿性能的影響[6]。對(duì)于陶瓷拋光粉在公路混凝土中的應(yīng)用研究目前未見報(bào)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(chǎn)C5.0公路路面混凝土。

2 試驗(yàn)原料與方法

2.1 原材料

水泥:英德海螺水泥廠生產(chǎn)的P.Ⅱ42.5R水泥。化學(xué)組成及基本性能見表1、2。

集料：砂選用清遠(yuǎn)北江產(chǎn)中砂，碎石選用銀盞石場(chǎng)產(chǎn)5～31.5mm花崗巖碎石，性能見表3、4。

表3 試驗(yàn)用砂性能指標(biāo)

陶瓷拋光粉：蒙娜麗莎陶瓷有限公司生產(chǎn)的陶瓷拋光粉，其礦物組成主要為石英及少量莫來石，化學(xué)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(yīng)。

圖1 陶瓷拋光粉粒徑分布

表1 試驗(yàn)用P.Ⅱ42.5R水泥和陶瓷拋光粉的化學(xué)組成（%）

表2 試驗(yàn)用P.Ⅱ42.5R水泥性能指標(biāo)

表4 試驗(yàn)用碎石性能指標(biāo)

2.2 試驗(yàn)方法

試驗(yàn)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(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)量坍落度、和易性、凝結(jié)時(shí)間，按照GB/T50082-2009《普通混凝土長(zhǎng)期性能和耐久性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)量抗?jié)B性能、抗凍性能，按照GB/T50081-2019《普通混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》測(cè)量強(qiáng)度。

表5 C5.0混凝土配合比

3 試驗(yàn)結(jié)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(duì)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??；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(jié)時(shí)間有所延長(zhǎng)，對(duì)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(jié)時(shí)間

3.2 抗壓強(qiáng)度

由表7可知，摻加5%陶瓷拋光粉的混凝土3d、7d、28d強(qiáng)度有所提升；摻加10%-15%陶瓷拋光粉后的混凝土3d、7d強(qiáng)度略有降低，28d強(qiáng)度仍有提高；摻加20%陶瓷拋光粉的混凝土3d、7d、28d強(qiáng)度小幅降低；陶瓷拋光粉摻加量超過20%的混凝土3d、7d、28d強(qiáng)度大幅降低?；炷翐郊犹沾蓲伖夥蹖?duì)抗折強(qiáng)度的影響好于抗壓強(qiáng)度。

表7 混凝土強(qiáng)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?jié)B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(xiàn)最佳。

表8 混凝土耐久性

4 結(jié)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(chǎn)物填充水泥石中空隙，使混凝土結(jié)構(gòu)更加致密，能減少混凝土收縮，提高混凝土抗?jié)B能力、抗凍能力、抗碳化能力及強(qiáng)度。同時(shí)，陶瓷拋光粉的微集料效應(yīng)可改善混凝土的和易性，提高坍落度，使其工作性更佳。

我國(guó)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(yīng)用在混凝土中，可變廢為寶，為陶瓷工業(yè)的高質(zhì)量可持續(xù)發(fā)展提供助力。