洪微萍麥俊明

（1潮州市建筑工程質(zhì)量檢測(cè)站；2廣東省建筑材料研究院）

廢陶瓷再生砂自流平砂漿的研制及其性能分析

洪微萍1麥俊明2

（1潮州市建筑工程質(zhì)量檢測(cè)站；2廣東省建筑材料研究院）

通過(guò)正交試驗(yàn)，研究分析了廢陶瓷再生砂替代比例、水灰比和可再分散乳膠粉摻量等因素變化情況對(duì)水泥基自流平砂漿性能影響的規(guī)律，并確定了利用廢陶瓷再生砂研制水泥基自流平砂漿性能較優(yōu)的配比，為廢陶瓷在自流平砂漿中的應(yīng)用提供參考依據(jù)。

廢陶瓷再生砂；替代比例；自流平砂漿；流動(dòng)度；抗壓強(qiáng)度

1　前言

作為中國(guó)陶瓷文化發(fā)祥地之一的潮州，以其龐大的陶瓷產(chǎn)業(yè)規(guī)模和迅猛的發(fā)展態(tài)勢(shì)，而被稱為“中國(guó)瓷都”。據(jù)統(tǒng)計(jì)，潮州市每年陶瓷產(chǎn)量200多萬(wàn)噸，而每年產(chǎn)生的廢陶瓷約20萬(wàn)噸，但實(shí)際回收不到10%，目前已經(jīng)累計(jì)堆存300多萬(wàn)噸。廢陶瓷堆放不僅占用了的土地，也對(duì)堆場(chǎng)周邊的環(huán)境造成了惡劣的影響，解決廢陶瓷的綜合利用問(wèn)題迫在眉睫。

水泥基自流平砂漿是以硅酸鹽水泥或鋁酸鹽水泥等為膠凝材料，加入細(xì)顆粒狀集料或粉狀填料，同時(shí)加入保水劑、分散劑等外加劑進(jìn)行改性制備而成的一種特殊功能砂漿［1］。其不僅可用于新地面施工，為瓷磚、地毯等鋪墊和架設(shè)地板提供平整、光滑和堅(jiān)固的基底，也可以用于修補(bǔ)已經(jīng)磨損、起砂和損壞的地面，在地面找平材料中的應(yīng)用非常廣泛，市場(chǎng)前景廣闊。

因此，本文在對(duì)廢陶瓷經(jīng)破碎、篩分等處理工藝的基礎(chǔ)上，利用其研制水泥基自流平砂漿，不僅可以滿足建筑市場(chǎng)對(duì)該類砂漿的需求，而且研究方向也符合我國(guó)現(xiàn)行的大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、促進(jìn)企業(yè)節(jié)能減排的產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策，為從根本上解決因廢陶瓷堆放帶來(lái)的一系列問(wèn)題，提出了一條行之有效的綜合利用途徑。

2　原材料與試驗(yàn)方法

2.1原材料

⑴水泥：某水泥公司生產(chǎn)的PO 42.5R普通硅酸鹽水泥，物理性能符合標(biāo)準(zhǔn)GB175-2007《通用硅酸鹽水泥》的要求。

⑵細(xì)骨料：天然細(xì)砂，性能符合《普通混凝土用砂、石質(zhì)量及檢驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》JGJ52-2006要求，細(xì)度模數(shù)為1.28。

⑶廢陶瓷再生砂：利用潮州市某陶瓷潔具生產(chǎn)企業(yè)排放的廢棄陶瓷產(chǎn)品，采用顎式破碎機(jī)進(jìn)行一級(jí)破碎，盤式破碎機(jī)進(jìn)行二級(jí)破碎，經(jīng)篩分后獲得的廢陶瓷再生砂，其顆粒級(jí)配如表1所示。

表1　廢陶瓷再生砂顆粒級(jí)配

⑷乳膠粉：德國(guó)瓦克公司可再分散聚合物乳膠粉。

⑸減水劑：聚羧酸高效減水劑，摻量為水泥1.5%。

⑹消泡劑：售有機(jī)消泡劑，摻量為水泥用量0.7%。

2.2試驗(yàn)方案及方法

⑴試驗(yàn)方案：主要考察廢陶瓷再生砂替代天然細(xì)砂比例、水灰比、乳膠粉摻量等對(duì)自流平砂漿性能的影響，設(shè)計(jì)了如表2所示的正交試驗(yàn)，其中控制膠砂比為0.7。

表2　正交試驗(yàn)因素水平

⑵試驗(yàn)方法：試驗(yàn)按照標(biāo)準(zhǔn)《地面用水泥基自流平砂漿》的JC/T 985-2005規(guī)定進(jìn)行。

3　結(jié)果與分析

3.1試驗(yàn)結(jié)果

按照表2設(shè)計(jì)的正交試驗(yàn)對(duì)廢陶瓷再生砂自流平砂漿的流動(dòng)度、28d抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，其結(jié)果如表3所示。

表3　自流平砂漿試驗(yàn)結(jié)果

3.2直觀分析

⑴對(duì)正交試驗(yàn)流動(dòng)度測(cè)試結(jié)果進(jìn)行直觀分析，結(jié)果如表4所示。

表4　自流平砂漿流動(dòng)度直觀分析

由正交試驗(yàn)直觀分析表可知，A因素中Kˉ1最大，B因素中Kˉ4最大，C因素中Kˉ2最大，因此對(duì)于自流平砂漿流動(dòng)度性能理論最優(yōu)配比為A1B4C2，即廢陶瓷再生砂替代比例為40%，水灰比為0.55，可再分散乳膠粉摻量為1.0%。同時(shí)，由極差R分析結(jié)果可知，影響因素對(duì)自流平砂漿流動(dòng)度的影響作用主次順序?yàn)锳＞B＞C，廢陶瓷再生砂替代比例對(duì)自流平砂漿流動(dòng)性影響最大，其次是水灰比，可再分散乳膠粉的影響作用最小。

⑵對(duì)正交試驗(yàn)28d抗壓強(qiáng)度測(cè)試結(jié)果進(jìn)行直觀分析，結(jié)果如表5所示。

表5　自流平砂漿28d抗壓強(qiáng)度直觀分析

由正交試驗(yàn)直觀分析表可知，A因素中Kˉ2最大，B因素中Kˉ1最大，C因素中Kˉ2最大，因此對(duì)于自流平砂漿28d抗壓強(qiáng)度理論最優(yōu)配比為A2B1C2，即廢陶瓷再生砂替代比例為55%，水灰比為0.4，可再分散乳膠粉摻量為1.0%。同時(shí)，由極差R分析結(jié)果可知，影響因素對(duì)自流平砂漿的影響作用主次順序?yàn)锳＞B＞C，廢陶瓷再生砂替代比例對(duì)自流平砂漿28d抗壓強(qiáng)度影響最大，其次是水灰比，可再分散乳膠粉的影響作用最小。

3.3廢陶瓷再生砂摻量對(duì)水泥基自流平砂漿性能的影響及分析

為了進(jìn)一步分析廢陶瓷再生砂摻量對(duì)水泥基自流平砂漿流動(dòng)度和28d抗壓強(qiáng)度的影響，對(duì)其進(jìn)行因素指標(biāo)分析，其結(jié)果分別如圖1、圖2所示。

圖1　廢陶瓷再生砂替代比例對(duì)流動(dòng)度的影響

圖2　廢陶瓷再生砂替代比例對(duì)28d抗壓強(qiáng)度的影響

由圖1可看出，廢陶瓷再生砂取代率對(duì)自流平砂漿流動(dòng)性有顯著影響，廢陶瓷再生砂取代率的增大使砂漿體系的流動(dòng)度明顯減小，這是由于陶瓷再生砂與天然細(xì)砂相比，表面較為粗糙，具有較多的棱角，另外由于廢陶瓷再生砂具有較高空隙率，吸水率較大，增加了體系需水量，而參與水泥水化和體系流動(dòng)的自由水相對(duì)減少，最終導(dǎo)致體系流動(dòng)度減小。

由圖2廢陶瓷再生砂替代比例對(duì)28d抗壓強(qiáng)度影響曲線可看出，廢陶瓷再生砂替代比例為55%時(shí)抗壓強(qiáng)度最高，分析原因是廢陶瓷再生砂多棱角，表面粗糙，與硬化水泥石有較好的機(jī)械嚙合力［2］，而廢陶瓷再生砂替代比例為55%時(shí)為最佳的密實(shí)狀態(tài)，提高了自流平砂漿抗壓強(qiáng)度。有關(guān)資料研究還顯示［3］，陶瓷廢料還具有一定的火山灰活性，能與水泥水化反應(yīng)產(chǎn)生的Ca（OH）2產(chǎn)生二次水化反應(yīng)，因此在一定范圍內(nèi)提高廢陶瓷再生砂取代率，可進(jìn)一步提高砂漿后期強(qiáng)度。而當(dāng)廢陶瓷再生砂替代比例大于55%時(shí)，由于廢陶瓷再生砂具有較多棱角，天然細(xì)砂不能充分填充廢陶瓷再生砂孔隙，導(dǎo)致自流平砂漿強(qiáng)度降低。綜合考慮廢陶瓷再生砂對(duì)自流平砂漿流動(dòng)度、抗壓強(qiáng)度的影響，廢陶瓷再生砂替代比例最優(yōu)方案為55%。

3.4水灰比對(duì)水泥基自流平砂漿性能的影響及分析

為了進(jìn)一步分析水灰比對(duì)水泥基自流平砂漿流動(dòng)度和28d抗壓強(qiáng)度的影響，對(duì)其進(jìn)行因素指標(biāo)分析，其結(jié)果分別如圖3、圖4所示。

圖3　水膠比對(duì)流動(dòng)度的影響

圖4　水膠比對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

由圖3可看出，自流平砂漿的流動(dòng)度隨著水膠比的增大而增大。這是由于新拌砂漿的流動(dòng)主要是水泥漿料的運(yùn)動(dòng)，當(dāng)水灰比不斷增大，水泥漿料的黏稠度越小，砂漿的流動(dòng)性越大［4］。

由圖4可看出，自流平砂漿28d抗壓強(qiáng)度隨著水膠比的增大而降低。經(jīng)有關(guān)研究，水泥漿體中水的形態(tài)主要有化合水、凝膠水、毛細(xì)水、游離水四種，除化合水意外，其余三種形態(tài)的水都會(huì)隨著水泥漿體的凝結(jié)硬化逐漸蒸發(fā)，導(dǎo)致水泥石之間留下孔隙，而空隙率越大強(qiáng)度越低，因此當(dāng)自流平砂漿水灰比的增大會(huì)使抗壓強(qiáng)度顯著降低。綜合考慮水灰比對(duì)自流平砂漿流動(dòng)度和28d抗壓強(qiáng)度的影響，自流平砂漿水灰比應(yīng)為0.5較合適。

3.5可再分散乳膠粉摻量對(duì)水泥基自流平砂漿性能的影響及分析

為了進(jìn)一步分析可分散乳膠粉對(duì)水泥基自流平砂漿流動(dòng)度和28d抗壓強(qiáng)度的影響，對(duì)其進(jìn)行因素指標(biāo)分析，其結(jié)果分別如圖5、圖6所示。

圖5　可再分散乳膠粉摻量對(duì)流動(dòng)度的影響

圖6　可再分散乳膠粉摻量對(duì)抗壓強(qiáng)度的影響

由圖5、圖6可看出，自流平砂漿流動(dòng)度和28d抗壓強(qiáng)度隨著可再分散乳膠粉摻量的增大，呈先增大后減少變化，當(dāng)可再分散乳膠粉摻量為1.0%時(shí)自流平砂漿流動(dòng)度最大，抗壓強(qiáng)度最大。這是由于可再分散乳膠粉分散到水中后形成具有較高拉應(yīng)力的膜［5］，減少分子間的摩擦作用，提高砂漿流動(dòng)性。同時(shí)可再分散乳膠粉具有引氣作用，可提高自流平砂漿孔隙結(jié)構(gòu)，在一定范圍內(nèi)提高自流平砂漿和流動(dòng)性。

而當(dāng)可再分散乳膠粉摻量大于1.0%時(shí)流動(dòng)度和28d抗壓強(qiáng)度均有所下降。分析原因是由于可再分散乳膠粉形成的親水性聚合物與水泥懸浮體一起滲透進(jìn)入基體的孔隙及毛細(xì)管內(nèi)，在孔隙及毛細(xì)管內(nèi)的聚合物成膜后能牢固地吸附在基體表面，增加了砂漿與基體之間的黏結(jié)力，因此當(dāng)可再分散乳膠粉摻量過(guò)大時(shí)反而會(huì)降低自流平砂漿流動(dòng)度，同時(shí)還由于引氣作用使自流平砂漿內(nèi)部存在較多孔隙，降低了自流平砂漿抗壓強(qiáng)度。綜合可再分散乳膠粉對(duì)自流平砂漿流動(dòng)度和28d抗壓強(qiáng)度的影響，可再分散乳膠粉最佳摻量為1.0%。

4　結(jié)論

⑴通過(guò)試驗(yàn)研究可知，廢陶瓷顆粒經(jīng)破碎、篩分等工藝處理后，可用于制備自流平砂漿，但廢陶瓷的摻加量不應(yīng)大于55%，其中較佳的水灰比為0.5、可再分散乳膠粉摻加量為1.0%。

⑵利用廢陶瓷顆粒生產(chǎn)水泥基自流平砂漿，不僅可以滿足建筑市場(chǎng)的需求，也符合我國(guó)現(xiàn)行的大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)、促進(jìn)企業(yè)節(jié)能減排的產(chǎn)業(yè)發(fā)展政策，是有效解決廢陶瓷因堆放帶來(lái)的一系列環(huán)保和綜合利用為題的較佳途徑之一?！?/p>

［1］黃天勇，章銀祥，陳旭峰，閻培渝.水泥基自流平砂漿機(jī)理研究綜述［J］.硅酸鹽通報(bào)，2015（10）：2864-2869.

［2］劉鳳利，劉俊華，張承志.廢陶瓷再生砂對(duì)砂漿抗壓強(qiáng)度影響的試驗(yàn)研究［J］.混凝土，2012（1）：96-99.

［3］蘇達(dá)根，趙一翔.陶瓷廢料的組成與火山灰活性研究［J］.水泥技術(shù)，2009（2）：24-26.

［4］張承志.商品混凝土［M］.北京：化學(xué)工業(yè)出版社，2006.

［5］Roger Z.ELOTEX可再分散乳膠粉對(duì)瓷磚粘結(jié)砂漿性能的影響［J］.張量（譯）.新型建筑材料，2003，（8）：24-27.