李麗霞

（河北建材職業(yè)技術(shù)學(xué)院，秦皇島：066000）

1 前言

近20多年來，我國經(jīng)濟(jì)進(jìn)入了快速發(fā)展的軌道，建筑行業(yè)已成為國民經(jīng)濟(jì)增長的重要支柱，同時帶動了相關(guān)50多個行業(yè)特別是建材行業(yè)的迅猛發(fā)展，陶瓷工業(yè)的快速發(fā)展，致使陶瓷廢料日益增多，全國陶瓷廢料的年產(chǎn)量估計在1000萬噸左右[1]，它不僅對城市環(huán)境造成巨大壓力，而且還限制了城市經(jīng)濟(jì)及陶瓷工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，所以陶瓷工業(yè)廢料的處理與利用非常重要。目前，陶瓷廢料主要用于瓷磚坯料、仿古磚、多孔陶瓷、制備水泥、開發(fā)固體混凝土材料、回收重金屬等領(lǐng)域，但我國陶瓷工業(yè)廢料的處理與利用程度比較低，資金緊缺，致使大量廢渣擠占耕地，使水和空氣受到污染。

2 試驗設(shè)計

2.1 試驗材料

2.1.1 陶瓷廢料微粉

制備陶瓷廢料微粉（以下簡稱陶瓷微粉）所用的陶瓷廢料從某建筑陶瓷廠取得，經(jīng)實驗室小型球磨機(jī)粉磨，測得其化學(xué)成分見表1。

從表1看出，陶瓷微粉是以SiO2、Al2O3為主要成分的礦物材料,其中SiO2和Al2O3的含量占總量的94.06%，可以考慮將其作為人工火山灰質(zhì)混合材進(jìn)行試驗研究。按照《用于水泥中的火山灰質(zhì)混合材料》[2]GB/T2847-2005標(biāo)準(zhǔn)中附錄A進(jìn)行火山灰活性試驗，按GB/T12957-2005《用作水泥混合材料的工業(yè)廢渣活性試驗方法》測定水泥膠砂28d抗壓強度比試驗[2]，物理性能指標(biāo)檢測結(jié)果見表2。

2.1.2 水泥

目前，商品混凝土攪拌站及建筑工程基本上采用P.O42.5水泥，結(jié)合當(dāng)?shù)厥褂们闆r，選擇某水泥廠P. O42.5水泥為原材料，其性能指標(biāo)見表3。

2.1.3 粗細(xì)集料

砂子選用當(dāng)?shù)禺a(chǎn)級配良好的中粗河砂。石子選用當(dāng)?shù)禺a(chǎn)級配良好的5mm～25mm的石灰石質(zhì)碎石，其性能指標(biāo)見表4。

表1 陶瓷微粉化學(xué)成分，%Tab.1 Chemical composition of ceramic waste powder

表2 陶瓷微粉物理性能指標(biāo)Tab.2 Physical properties of ceramic waste powder

表3 水泥強度指標(biāo)Tab.3 Compressive and rupture strengths of concrete

表4 粗細(xì)集料性能指標(biāo)Tab.4 Properties of coarse/fine aggregates

表5 粉煤灰性能指標(biāo)Tab.5 Properties of fly ash

表6 減水劑性能指標(biāo)Tab.6 Properties of water reducer

2.1.4 粉煤灰

粉煤灰選用質(zhì)量較好的綏中電廠F類Ⅰ級粉煤灰，其性能指標(biāo)見表5。

2.1.5 減水劑

選用當(dāng)?shù)禺a(chǎn)萘系高效減水劑，其性能指標(biāo)見表6。

2.2 混凝土配合比設(shè)計及性能測試

2.2.1 混凝土配合比設(shè)計

研究證明，混凝土中摻加單一的粉煤灰摻合料，雖然改善了混凝土的一些性能，但由于其密度與水泥相差較大，混凝土澆注時易出現(xiàn)漿體上浮，從而導(dǎo)致混凝土硬化后內(nèi)部結(jié)構(gòu)不均勻。

表7 混凝土配合比設(shè)計Tab.7 Concrete mix design

表8 混凝土拌合物及力學(xué)性能Tab.8 Concrete mixtures and their mechanical performances

本配合比設(shè)計中采用陶瓷微粉與粉煤灰復(fù)合作為摻合料。其中膠凝材料(水泥＋摻合料)總量為400 kg，摻合料替代率為40%，設(shè)計陶瓷廢料微粉摻量占摻合料總量的百分比依次為：0%、20%、40%、60%、80%、100%。從表2看出，不同比表面積的陶瓷廢料微粉其28d強度抗壓比不同，但考慮粉磨的經(jīng)濟(jì)性，選用比表面積為400m2/kg的陶瓷微粉進(jìn)行試驗研究，混凝土配合比設(shè)計見表7。

2.2.2 混凝土性能測試

按照上述配合比設(shè)計，對混凝土拌合物性能、混凝土強度及混凝土碳化性能進(jìn)行了測試，檢測結(jié)果見表8。其中混凝土的碳化性能，考慮實驗室與混凝土結(jié)構(gòu)實體的一致性，將成型的混凝土試件放置室外，模擬建筑工程混凝土自然養(yǎng)護(hù)條件測得。

圖1 微粉摻量與混凝土抗壓強度的關(guān)系Fig.1 The compressive strength of the concrete as the function of the admixing amount of the powder

3 試驗結(jié)果與分析

3.1 陶瓷微粉對混凝土立方體抗壓強度的影響

圖2 微粉摻量與混凝土拌合物塌落度的關(guān)系Fig.2 The slump of the concrete mixture as the function of the admixing amount of the powder

圖1為陶瓷微粉摻量與混凝土抗壓強度的關(guān)系圖。從圖中可以看出，7d、28d立方體抗壓強度均隨微粉摻量的增加而增加，說明微粉具有較高的水化活性。但當(dāng)微粉摻量大于等于60%時，抗壓強度有所下降但仍高于單一粉煤灰摻合料的抗壓強度，其原因是由于微粉的需水量低于粉煤灰，固定加水量后，多余的自由水在混凝土凝結(jié)硬化后形成毛細(xì)微孔降低了混凝土強度所致。

3.2 陶瓷微粉對混凝土拌合物塌落度的影響

圖2為陶瓷微粉不同摻量下混凝土拌合物塌落度的測試結(jié)果。可以明顯看出混凝土塌落度的值隨摻量的增大而增加，當(dāng)摻量超過60%時，塌落度增加顯著，說明隨著陶瓷微粉摻量增加，粉煤灰摻量相應(yīng)減少，總需水量減小，從而導(dǎo)致塌落度增加。

3.3 陶瓷微粉對混凝土碳化性能的影響

圖3為自然養(yǎng)護(hù)不同齡期下陶瓷微粉摻量對混凝土碳化深度的影響。從圖中可以看出，陶瓷微粉摻入后混凝土各齡期碳化深度明顯下降，且相同齡期下碳化深度隨摻量的增加而減小。

4 結(jié)論

(1)試驗證明，在膠凝材料總量、單方用水量、砂、石、外加劑摻量不變的情況下，摻入陶瓷微粉可以改善混凝土拌合物的性能，使塌落度明顯增加，和易性提高。因此在滿足混凝土塌落度、抗壓強度要求的情況下，可以適當(dāng)減少混凝土的單方用水量，不僅節(jié)約水泥而且降低了混凝土成本。

(2)摻加陶瓷微粉，可顯著提高混凝土7d、28d立方體抗壓強度，并隨其摻量的增加而提高，但當(dāng)陶瓷微粉摻量為摻合料總量的60%以上時，強度增加不明顯甚至有倒縮現(xiàn)象。

(3)從模擬混凝土實體自然養(yǎng)護(hù)條件下的混凝土抗碳化能力試驗看出，摻入陶瓷微粉后混凝土各齡期碳化深度明顯下降，且同齡期下碳化深度隨陶瓷微粉摻量的增加而減小，說明摻加陶瓷微粉可以提高混凝土的耐久性能。

1侯來廣,曾令可.陶瓷廢料的綜合利用現(xiàn)狀.中國陶瓷工業(yè), 2005,12(4):41～44

2江麗珍.2847-2005，用于水泥中的火山灰質(zhì)混合材料,2005