云母废料对砂浆性能影响的研究

张毅，李九苏

（长沙理工大学 交通运输工程学院，湖南 长沙 410114）

云母废料对砂浆性能影响的研究

张毅，李九苏

（长沙理工大学 交通运输工程学院，湖南 长沙 410114）

研究了相同水料比之下，云母废料替代率对砂浆试件工作性能、力学性能以及保温性能的影响。结果表明：云母废料的掺入对砂浆的流动性、力学性能产生了不利影响，且随着替代率的增加不利影响愈加明显。但是，云母废料的掺入对砂浆试件的保温性能有明显改善，云母废料替代率为30%的砂浆较替代率为0的保温性能提高了近10%。

砂浆；云母废料；工作性能；力学性能；保温性能

0 引言

电机绝缘云母纸以其高耐热性、良好的绝缘性在电气行业得到广泛应用，而云母纸制造产生的大量云母废弃料也给环境带来沉重的负担。加气混凝土砌块具有质轻、隔热性能好是其显著的优点[1]。同时，加气混凝土也是实现我国新建采暖居住建筑总节能达到65%目标而发展的新型墙体材料的重要品种之一。近年来，国内外关于以废渣取代或部分取代天然集料对混凝土工作性能、力学性能和耐久性等影响以及加气混凝土热学性能优化方面进行了广泛的研究[2-6]。

国内外就砂中粒径大于0.3 mm的云母对混凝土性能的影响已有较系统研究，并有学者对高云母含量石粉混凝土性能进行了试验研究[7]，主要考察了细集料中云母对混凝土性能的不利影响。目前，关于云母矿物对混凝土性能影响，尤其是关于保温性能的研究尚未见文献报道。本研究利用云母片状结构、耐高温及具有耐酸碱等良好的物化性能，将云母废料替代或部分替代原材料制备砂浆试件，分析和讨论了云母废料对砂浆工作性能、力学性能、保温性能等的影响，为混凝土保温性能的优化提供参考，为进一步研究云母对混凝土性能影响提供借鉴。

1 试验

1.1 原材料

原材料主要包括2类：一类是硅质材料（云母废料、粉煤灰等），一类是钙质材料（水泥、石灰、石膏等）。其中水泥和石灰为主要强度组分水化硅酸钙（C-S-H）的形成提供CaO，云母废料、粉煤灰等硅质材料在由激发剂（石灰、石膏）提供的碱性环境中会发生显著的水化反应，其潜在的活性被激发释放出来，从而显示出良好的硬化性能[8]。

（1）云母废料：湖南岳阳市某云母造纸厂生产废弃物，主要成分包括云母、水、泥土等。其呈块状，富有光泽，轻捏成层状。通过酒精燃烧法测得云母废料含水率为56.2%，在进行砂浆配合比设计时考虑云母废料的含水率对水料比的影响。云母废料的外观见图1，化学成分见表1。

图1 云母废料外观

表1 水泥、云母及粉煤灰的化学成分 %

从表1可以看出，云母废料中的主要成分（SiO2、Al2O3、MgO）与粉煤灰基本相同，从而可以利用云母废料替代或部分替代粉煤灰充当硅质材料来制备砂浆试件。

（2）水泥：P·O42.5R水泥，28 d抗压强度和抗折强度分别为53.0 MPa和8.8 MPa，化学成分见表1。

（3）粉煤灰：Ⅱ级粉煤灰，主要化学成分见表1。

（4）生石灰：市售建筑生石灰，有效钙含量为89.9%，消解时间为15 min。

（5）石膏：市售建筑石膏。

1.2 砂浆试件制备

往搅拌锅中加入拌合水后，将称量后的云母废料（分别替代粉煤灰总量的0、30%、60%、90%）、粉煤灰、水泥、石灰、石膏等原料置于水泥净浆搅拌机中慢速搅拌120 s（剩余的水在搅拌开始5～10 s内加入），停拌15 s，再快速搅拌120 s，并迅速将料浆倒入模具内（抗压、抗折强度试验采用40 mm×40 mm×160 mm的模具），使用偏心振动台振动密实，放入恒温恒湿养护箱内养护，设定温度为40℃，相对湿度为98%。24 h后拆除模具继续养护。砂浆试件配合比见表3。

表2 砂浆试件配合比

1.4 测试方法

砂浆的工作性能、抗压与抗折强度（7 d、28 d）参照JTG E30—2005《公路工程水泥与水泥混凝土试验规程》和GB/T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO法）》进行测试。使用JW-III型热流电导仪测试砂浆试件的导热系数。

2 试验结果与讨论

2.1 云母废料替代率对砂浆工作性能的影响（见图2）

图2 云母废料替代率对砂浆流动性的影响

由图2可知，云母废料替代率为30%时，砂浆的流动性良好。在水料比（0.6）相同的情况下，砂浆流动性随着云母废料掺量的增加而呈现出近似线性降低。当云母废料替代率为90%时，砂浆的流动性基本丧失。云母作为层状硅酸盐矿物是造成其流动性差的主要原因，众所周知，硅酸盐矿物具有较强的吸水性，最大吸水量可达其体积的8～15倍。在加入混合料的所有用水中，一部分作为游离水、结晶水、微毛细水等，而较大部分则被硅酸盐矿物所吸收，使之无法起到润滑作用，因而造成拌合料的工作性能变差。此外，云母废料的片状肌理对砂浆的工作性也有不利影响。掺有云母废料的砂浆在拌合时，片状结构与球状粉末之间棱角增多，内摩擦角增大，流动受阻，从而使工作性能变差；而未掺云母废料的砂浆在拌合时，球状、无棱角的微粒形态有利于砂浆的流动性。

2.2 云母废料替代率对砂浆强度的影响（见图3、图4）

由图3、图4可知，砂浆的抗压强度和抗折强度均随着云母废料替代率的增加而降低，其中抗压强度较抗折强度受云母替代率的影响更为明显，但是当云母废料替代率较高时，云母废料对砂浆的力学性能的影响趋于平缓。不同云母废料替代率砂浆28 d抗压强度与7 d抗压强度相比，强度发展较小。

图3 云母废料替代率对砂浆抗压强度的影响

图4 云母废料替代率对砂浆抗折强度的影响

云母废料砂浆力学性能较差的原因：首先，虽然云母与粉煤灰矿物成分相近，但云母中的二氧化硅为晶体，处在非活性状态，在碱激发条件下水化反应程度不及粉煤灰；云母一般呈假六方或菱形板片状结构，表面光滑，强度低，且易沿节理错裂，与水泥浆等材料的粘结力差，即界面过渡区更为薄弱；从颗粒尺寸上看，云母废料的粒径远远大于水泥和粉煤灰，活性远不及粒径为40～90 μm的材料；此外，云母对于砂浆的单位用水量、和易性有不利影响，在同等工作性能的条件下，水料比增大，强度明显降低。至于28 d强度较7 d强度发展不明显，则是由于水化反应缓慢甚至极慢所致。

云母废料替代率为30%时，砂浆28 d抗压、抗折强度分别达到了3.0、1.6 MPa。通过优化配合比、外掺高效减水剂、外掺纤维等方式都将能进一步增加强度，使应用于实际工程成为可能。

2.3 云母废料替代率对砂浆土保温性能的影响

2.3.1 云母废料替代率对气孔及孔隙率的影响

图5为不同云母废料替代率砂浆的内部气孔情况。

图5 不同云母废料替代率砂浆的内部气孔情况

由图5可以看出，各试件断面封闭气孔数量相差不大，但在形态上却有较大差异。随着云母废料替代率的增加，气孔的均匀性变差，未替代砂浆断面气孔大小均匀且气孔形态为圆形，而30%替代率和60%替代率砂浆断面气孔大小差异较大且多成针片形。值得注意的是，掺有云母废料的试件在断面呈现出较为明显的层状机理，因而气孔的分布和形态也具有这样的特点。出现这种情况的主要原因还是由于云母的层片状结构所造成的。

2.3.2 云母废料替代率对砂浆导热性能的影响

导热系数是保温材料最基本的热工性能指标。不同云母废料替代率砂浆的导热系数见表3。

由表3可知，随着云母废料替代率的增加，砂浆的导热系数逐渐减小，即砂浆的保温性能变好。云母废料替代率为30%时，砂浆导热系数为0.57 W/（m·K），较云母废料替代率为0的砂浆保温性能提高了近10%。

表3 不同云母废料替代率砂浆的导热系数

2.4 云母废料替代率对砂浆透水性的影响

砂浆试件含水率的大小及其变化直接决定着其干缩值，决定着其耐久性及保温隔热等性能[9]。取云母废料替代率0、30%、60%养护28 d的试件，试件浸水深度保持在30 mm，进行透水试验，分别在1min、1h、6h进行观测，结果如图6所示。

图6 不同云母废料替代率砂浆的透水试验结果

从图6可以看出，试件持水能力随云母废料替代率增大而减弱，随着时间的增加差异愈明显，这也进一步说明云母这种硅酸盐矿物所具有的强吸水性的特点。

3 结语

由于云母废料硅酸盐矿物的高吸水性、片状结构、易错裂以及晶体结构和粒径大等性质，云母废料对砂浆试件的工作性能、抗折强度及抗压强度有不利影响，随着替代率的提高，不利影响愈趋明显。但与此同时，云母废料对于砂浆试件的保温性能有明显改善，30%替代率较未掺云母废料的提高了近10%。鉴于其对砂浆试件工作性能、力学性能的不利影响，建议替代率为30%左右，此时工作性能和力学性能得到保障，保温性能显著改善。云母废料的掺入对于砂浆试件孔隙形态、透水性能均有影响，其具体影响还有待进一步研究。

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Effect of mica waste on mortar's properties

ZHANG Yi，LI Jiusu
（School of Traffic and Transportation Engineering，Changsha University of Science&Technology，Changsha 410114，China）

The effect of mica waste replacement rate on the working properties，mechanical properties and heat preservation performance of mortar was investigated under the same water to material ratio.The results showed that the mica waste had a negative effect on working performance and mechanical property of mortar，and the effects become obvious with the increase of replacement rate.However the heat preservation performance of mortar improved obviously with the dosage of mica waste，the mortar specimens replaced with 30%mica waste was improved approximately 10%when compared with the reference group.

mortar，mica waste，working properties，mechanical property，heat preservation performance

TU522.04

A

1001-702X（2016）08-0074-03

湖南省教育厅资助项目（14A001）；

湖南省研究生科研创新项目资助项目（CX2015B35）

2016-01-09

张毅，男，1991年生，湖南浏阳人，硕士研究生，研究方向：主要从事道路建筑材料，材料废渣资源化利用研究。