基于叶蜡石的建筑砂浆相关性能研究

叶雅意，孙林柱，杨芳

（1.安徽理工大学土木建筑学院，安徽 淮南 232001；2.温州大学建筑工程学院，浙江 温州 325001）

基于叶蜡石的建筑砂浆相关性能研究

叶雅意1，孙林柱2，杨芳2

（1.安徽理工大学土木建筑学院，安徽 淮南 232001；2.温州大学建筑工程学院，浙江 温州 325001）

我国叶蜡石资源丰富但利用率低，将叶蜡石替代水泥进行建筑砂浆试验，共设计了23组试件，进行强度和导热系数试验。结果表明，叶蜡石替代水泥对砂浆的性能有不同程度的影响，当叶蜡石掺量较低时，砂浆的强度基本不降低，当叶蜡石掺量较高时，砂浆的强度有不同程度的下降，研究结果为叶蜡石在砂浆中的应用提供理论参考。

叶蜡石；干粉砂浆；保温砂浆；性能

0 前言

叶蜡石是含水铝硅酸盐，主要由石英、高岭石、绢云母组成，属黏土矿物，质地细腻，密度为2.65～2.90 g/cm3。我国是叶蜡石矿产资源生产的第三大国，大多分布在沿海地区，浙江省排名第二。叶蜡石有硬度小、易破碎、化学稳定性好、耐火性好、表面有花纹等性质，常被用于人工合成金刚石、制成填料、生产玻璃纤维、制作陶瓷、生产白水泥等。

孔德玉和陆厚根[1]研究了超细粉叶蜡石的研磨，激烈的机械力增强了晶体断面的活性；李启泉等[2]研究发现，叶蜡石在高温高压的环境下流动不均匀会导致合成金刚石的顶锤破裂；张巍和戴文勇[3]研究了焦宝石颗粒及细粉、氯酸钙水泥，发现叶蜡石含量增加，焦宝石基喷涂料的抗折强度和抗压强度都会相应降低；罗旭东等[4]研究了叶蜡石对合成堇青石的影响；李通进和王公善[5]研究了偶联剂对叶蜡石研磨的影响，发现偶联剂同时有助磨和改性的效果；Temuujin等[6]研究发现，可以通过磨碎叶蜡石破坏其结构来提高叶蜡石的浸取行为，但长时间破碎又不增加孔隙率，从而减小浸取的速率；Dryzek等[7]通过热处理天然叶蜡石进行正电子湮没实验；黄志强等[8]研究了不同化学方法对叶蜡石浮选行为的影响和对应的作用机理；Gal'perina和Tarantul[9]研究叶蜡石矿的一些性能用于内墙装饰瓷砖；龙辰[10]通过研究发现，煅烧叶蜡石掺入水泥中，在800～900℃内，7 d抗压强度是空白水泥试样的2.36倍，28 d强度提高幅度可以达到6%～46.6%，7 d体积电阻率是空白水泥试样的4倍。

目前，叶蜡石的研究和应用主要集中在化学、物理方面，在建筑中研究和应用很少。我国是世界上叶蜡石矿储量最丰富的国家之一，针对我国特定区域叶蜡石的分布，通过叶蜡石替代水泥胶砂试验、叶蜡石干粉砂浆试验、叶蜡石保温砂浆试验，研究叶蜡石在建筑材料应用的可行性以及掺量对材料性能的影响，所取得的研究成果将为叶蜡石在建筑材料中的应用提供理论指导。

1 试验

1.1 原材料

（1）水泥：乐清海螺水泥有限责任公司生产的P·O42.5水泥，主要性能指标见表1。

表1 水泥的主要性能指标

（2）粉煤灰：Ⅲ级，浙江天达环保股份有限公司乐清分公司生产，细度29.2%，需水量比95%，28 d、56 d活性指数分别为74%、72%，主要化学成分见表2。

（3）叶蜡石：浙江皓翔矿业有限公司生产，本试验采用2种叶蜡石，即普通叶蜡石和煅烧叶蜡石，普通叶蜡石细度为350目，其化学成分如表2所示；煅烧叶蜡石是对普通叶蜡石进行煅烧而成，烧失量为2.5%～3.0%，白度为62%～76%。

表2 粉煤灰和叶蜡石化学成分%

（4）砂：普通河砂，细度模数2.6，连续级配，堆积密度1600 kg/m3，表观密度2600 kg/m3。

（5）纤维素醚：采用羟丙基甲基纤维素醚（HPMC），白色粉末，无臭，黏度200 Pa·s，堆积密度250～700 kg/m3，相对密度1.26～1.31。

（6）PP纤维：聚丙烯单丝纤维，泰安现代塑料有限公司生产，长度6 mm，密度900～920 kg/m3，熔点165～173℃。

（7）玻化微珠：干密度80～120 kg/m3，筒压强度150～160 kPa，导热系数0.048 W/（m·K），体积吸水率45%，表面玻化闭孔率80%。

1.2 配合比设计

叶蜡石替代水泥胶砂试验设计了7组配合比，研究了叶蜡石替代水泥对砂浆抗折、抗压强度的影响。叶蜡石干粉砂浆试验设计了9组配合比，研究了粉煤灰替代水泥，同时叶蜡石替代粉煤灰对砂浆抗压强度的影响。叶蜡石保温砂浆试验设计了7组配合比，研究了粉煤灰替代水泥，同时叶蜡石替代粉煤灰对砂浆抗压强度、导热系数的影响。试验配合比设计如表3～表5所示。基准配合比为BZ-1、BZ-2、BZ-3，不含叶蜡石，普通叶蜡石和煅烧叶蜡石分别用PY、DY表示。

表3 叶蜡石替代水泥胶砂试验配合比设计

表4 叶蜡石干粉砂浆试验配合比设计

表5 叶蜡石保温砂浆试验配合比设计

1.3 试件制作、测试及计算

叶蜡石替代水泥胶砂试验采用40 mm×40 mm×160 mm试模。按照GBT 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》进行测试，用DKZ-5000电动抗折试验机测试试件的抗折强度，速率为（50±10）N/s，用NYL-300指针式水泥压力机分别测试试件的7 d、28 d、60 d抗压强度，加载速度为（2400± 200）N/s。

叶蜡石干粉砂浆试验采用70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm试模。按照JGJ/T70—2009《建筑砂浆基本性能试验方法标准》进行测试，采用NYL-300指针式水泥压力机分别测试试件的7 d、28 d、60 d抗压强度，加载速度为（550±200）N/s，保持匀速加载直到试件破坏。

叶蜡石保温砂浆试验采用70.7 mm×70.7 mm×70.7 mm试模。强度测试与叶蜡石干粉砂浆试验相同。导热系数测试采用300 mm×300 mm×30 mm的铁箍，上下面用玻璃压实。拆模后试件用电热鼓风干燥箱烘干，用导热系数测定仪测试其导热系数。

2 试验结果及分析

2.1 叶蜡石替代水泥胶砂试验结果及分析（见表6）

表6 叶蜡石替代水泥胶砂的强度

由表6可见：

（1）对于普通叶蜡石来说，随着叶蜡石替代量的增加，水泥胶砂的抗折强度降低；但替代量为10%～15%时，胶砂的抗折强度变化较小；掺入普通叶蜡石能较大幅度提高水泥胶砂28 d到60 d的后期抗折强度增长率，最多能提高基准组的2倍。随着叶蜡石替代量增加，水泥胶砂的抗压强度基本呈等比例关系降低；掺入普通叶蜡石对水泥砂浆7 d到28 d早期以及28 d到60 d后期抗压强度增长率无影响。这表明，由于普通叶蜡石粉未经过高温煅烧等活化激化措施，活性较低，掺入替代水泥，对砂浆的抗折强度和抗压强度影响较大，且替代量越大，强度降低越多；掺入叶蜡石对砂浆的抗压强度增长率无影响，但能提高后期抗折强度增长率。

（2）对于煅烧叶蜡石来说，掺入叶蜡石降低了胶砂的早期抗折强度，但提高后期抗折强度；随着叶蜡石替代量的增加，胶砂的抗折强度降低。叶蜡石替代量为5%时效果最明显，与基准组相比，7 d、28 d抗折强度降低率在2%以内，60 d抗折强度提高了5.3%。掺入煅烧叶蜡石能提高砂浆的抗折强度增长率，且随着替代量的增加而增大，替代量为15%时抗折强度增长率较基准组提高了2倍。煅烧叶蜡石替代水泥能提高砂浆的后期抗压强度，抗压强度随着替代量增加而降低；60 d后抗压强度与煅烧叶蜡石替代量关系不大。替代量为5%时效果最佳，与基准组相比，28 d、60 d的抗压强度均提高5%以上。掺入煅烧叶蜡石能小幅度提高砂浆的抗压强度增长率。掺入煅烧叶蜡石，早期抗压强度增长率较高，后期抗折强度增长率较高。这表明，普通叶蜡石粉经过高温煅烧后，活性较高，煅烧叶蜡石替代水泥有利于提高抗压强度；煅烧叶蜡石的掺入能提高后期抗折强度，这与普通叶蜡石掺入的规律一致。

（3）对比2种叶蜡石分别替代水泥砂浆的强度随时间的变化可知：叶蜡石替代水泥量为5%时，煅烧叶蜡石替代的胶砂抗折和抗压强度均比普通叶蜡石替代的高，最大时相差15%；后期叶蜡石颗粒填充效应和微集料效应的发挥，使浆体的结构趋于致密，粘结程度趋好，所以2种叶蜡石替代的后期抗折、抗压强度增长率相差较小。叶蜡石替代水泥量为10%时，煅烧叶蜡石替代的胶砂抗折和抗压强度均比普通叶蜡石替代的高，最大时相差28%；叶蜡石经过煅烧后活性提高，能大幅度提高抗压强度增长率，至少提高33%。叶蜡石替代水泥量为15%时，煅烧叶蜡石替代的胶砂抗折和抗压强度均比普通叶蜡石替代的高，最大时相差38%；与普通叶蜡石替代的胶砂相比，煅烧叶蜡石替代的胶砂抗压强度增长率至少提高17%，提高程度低于替代量为10%的，说明适量掺入煅烧叶蜡石可以较大程度提高强度。这表明，叶蜡石经过煅烧后活性较高，替代部分水泥效果好。

2.2 叶蜡石干粉砂浆试验结果及分析（见表7）

表7 叶蜡石干粉砂浆的抗压强度

由表7可见：

（1）对于普通叶蜡石来说，随着普通叶蜡石替代粉煤灰量的增加，干粉砂浆的抗压强度逐渐降低，替代量为0～50%时，28 d、60 d强度降低在5%以内。随着普通叶蜡石替代量增加，早期强度增长率逐渐提高，后期强度增长率先提高后降低。综合考虑，普通叶蜡石替代粉煤灰的最佳比例为25%～50%。

（2）对于煅烧叶蜡石来说，随着煅烧叶蜡石替代粉煤灰量的增加，干粉砂浆抗压强度逐渐降低，替代量为0～25%时，28 d、60 d强度降低在5%以内。随着煅烧叶蜡石替代量增加，早期强度增长率逐渐提高，后期强度增长率先提高后降低。综合考虑，煅烧叶蜡石替代粉煤灰的最佳比例为0～25%。

（3）对比2种叶蜡石分别替代粉煤灰的干粉砂浆强度随时间的变化可知：叶蜡石分别替代粉煤灰25%、50%、75%时，普通叶蜡石替代的干粉砂浆抗压强度均高于煅烧叶蜡石替代的；叶蜡石替代粉煤灰100%时，煅烧叶蜡石替代的干粉砂浆抗压强度高于普通叶蜡石替代的。但2种叶蜡石干粉砂浆的强度差值基本小于5%，基本可以忽略，说明叶蜡石经过煅烧活化后掺入干粉砂浆无明显增强效果。

2.3 叶蜡石保温砂浆试验结果及分析（见表8）

表8 叶蜡石保温砂浆的性能测试结果

由表8可见：

（1）对普通叶蜡石来说，随着普通叶蜡石替代粉煤灰量的增加，保温砂浆的抗压强度基本先降低后升高；替代量为33.3%、100%时，7 d强度提高，28 d、60 d强度与基准组相差小于5%。保温砂浆强度增长率随着普通叶蜡石替代量增大的变化规律不明显，但基本比基准组低。综合考虑，普通叶蜡石替代粉煤灰的最佳比例是0～33.3%。

（2）对煅烧叶蜡石来说，随着煅烧叶蜡石替代粉煤灰量的增加，7 d、60 d强度逐渐降低，28 d强度逐渐提高，但均低于基准砂浆。这表明，掺入煅烧叶蜡石对保温砂浆强度的影响较大。随着煅烧叶蜡石替代量的增加，能较大幅度地提高早期强度增长率，替代100%时效果最明显，可以提高75%；后期强度增长率先提高后降低，替代33.3%时效果最明显，可以提高将近2倍。

（3）对比2种叶蜡石分别替代粉煤灰的保温砂浆强度随时间的变化可知，普通叶蜡石替代的保温砂浆强度均比煅烧叶蜡石替代的高，这与叶蜡石干粉砂浆的规律一致、与叶蜡石替代水泥砂浆的规律相反，可能是因为叶蜡石经过煅烧后，活性增强，在有粉煤灰的环境下，反而不利于砂浆的强度发展，即降低了强度。但叶蜡石煅烧后活性的增强加快了反应的速度，从而加快了强度增长的速率。所以叶蜡石煅烧后强度发展快但降低了强度。

（4）普通叶蜡石与煅烧叶蜡石保温砂浆的干密度与抗压强度基本呈正比关系。目前工程中常用的水泥基复合保温砂浆的密度在250～450 kg/m3，导热系数为0.440～0.792 W/（m·℃）[11]。本试验保温砂浆的干密度相对较大，导热系数很小，其保温性、防火性好。

（5）随干密度的增加，普通叶蜡石保温砂浆的导热系数大多数情况处于上升状态，而煅烧叶蜡石替代的大多数情况处于下降状态。这与文献[11-12]的规律一致。

3 结论

（1）叶蜡石替代水泥胶砂试验中，普通叶蜡石替代的降低强度，7 d强度降低了5.4%～25.0%，28 d强度降低了8.4%～ 24.7%，60 d强度降低了3.9%～24.2%；煅烧叶蜡石替代水泥提高后期强度，且随着替代量增加而降低，60 d强度提高了1.3%～5.3%。煅烧叶蜡石替代的强度增长率和强度均比普通叶蜡石替代的高，替代5%时效果最佳。

（2）叶蜡石干粉砂浆试验中，随叶蜡石替代量的增加，叶蜡石干粉砂浆的抗压强度降低，普通叶蜡石替代粉煤灰的最佳比例是25%～50%，煅烧叶蜡石替代的最佳比例是0～25%。叶蜡石是否煅烧对干粉砂浆影响不大。

（3）叶蜡石保温砂浆试验中，叶蜡石替代粉煤灰，其保温砂浆抗压强度降低，普通叶蜡石替代粉煤灰的最佳比例是0～ 33.3%，叶蜡石经过煅烧后提高强度发展速度但降低了抗压强度。

（4）叶蜡石保温砂浆的干密度与抗压强度基本上呈正比关系，普通叶蜡石保温砂浆的干密度与导热系数基本呈正比关系，煅烧叶蜡石保温砂浆的干密度与导热系数基本呈反比关系。

[1]孔德玉，陆厚根.叶蜡石机械力化学表面改性研究[J].建筑材料学报，1998（1）：63-67.

[2]李启泉，彭振斌，陈启武.叶蜡石在合成金刚石中的流动规律研究及行为分析[J].超硬材料工程，2006，18（2）：10-13.

[3]张巍，戴文勇.叶蜡石对焦宝石基喷涂料性能的影响[J].耐火与石灰，2008，33（6）：5-6.

[4]罗旭东，曲殿利，张国栋，等.菱镁矿风化石与叶蜡石合成堇青石的结构表征[J].无机化学学报，2011，27（3）：434-438.

[5]李通进，王公善.不同偶联剂对叶蜡石表面的改性研究[J].塑料科技，1998（4）：1-4.

[6]Temuujin J，Okada K，Jadambaa T S，et al.Effect of grinding on the leaching behaviour of pyrophyllite[J].Journal of the Euro-pean Ceramic Society，2003，23：1277-1282.

[7]Dryzek J，Dryzek E，Golonka P.Positron annihilation studies in pyrophyllite[J].Journal of Physics：Condensed Matter，2002，14：13857-13866.

[8]Zhiqiang HUANG，Hong ZHONG，Shuai WANG，et al.Comparative studies on flotation of aluminosilicate minerals with Gemini cationic surfactants BDDA and EDDA[J].Transactions of Nonferrous Metals Society of China，2013，23（10）：3055-3062.

[9]Gal'perina M K，Tarantul N P.Ceramic tiles from pyrophyllite bodies for internal wall facing[J].Glass and Ceramics（English translation of Steklo i Keramika），1991，47：285-287.

[10]龙辰.高电阻水泥的开发及性能研究[D].杭州：浙江工业大学，2011.

[11]常儇宇，张金花，王小安，等.常见保温材料密度与导热系数关系的研究[J].工程质量，2009，27（2）：66-70.

[12]方明晖，毛金萍，朱蓬莱，等.玻化微珠对无机轻集料保温砂浆性能的影响[J].新型建筑材料，2010（2）：24-28.

Study on performance of building mortar based on pyrophyllite

YE Yayi1，SUN Linzhu2，YANG Fang2
（1.College of Architecture and Civil Engineering，Anhui University of Science and Technology，Huainan 232001，China；2.College of Architecture and Civil Engineering，Wenzhou University，Wenzhou 325001，China）

Our country is rich in resources but in a low utilization rate of pyrophyllite.In order to study the application of the pyrophyllite in the aspect of building materials，it was used to replace cement for experiment of building mortar，designed 23 groups，testing strength and thermal conductivity.It turns out the influence of performance in different degree when cement replaced by pyrophyllite.When the content is low，reduction of mortar strength is not obvious，and when the content is higher，the strength has a different degree of decline.These results provide theoretical reference for the application of pyrophyllite in mortar.

pyrophyllite，dry powder mortar，thermal insulation mortar，performance

TU57+8.1

A

1001-702X（2016）12-0063-04

国家自然科学基金项目（51378398）

2016-04-07；

2016-06-10

叶雅意，女，1991年生，浙江温州人，主要从事土木工程材料研究。