废陶瓷再生砂自流平砂浆的研制及其性能分析

2016-10-24洪微萍麦俊明

广东建材 2016年7期

关键词：自流平乳胶水灰比

洪微萍麦俊明

（1潮州市建筑工程质量检测站；2广东省建筑材料研究院）

废陶瓷再生砂自流平砂浆的研制及其性能分析

洪微萍1麦俊明2

（1潮州市建筑工程质量检测站；2广东省建筑材料研究院）

通过正交试验，研究分析了废陶瓷再生砂替代比例、水灰比和可再分散乳胶粉掺量等因素变化情况对水泥基自流平砂浆性能影响的规律，并确定了利用废陶瓷再生砂研制水泥基自流平砂浆性能较优的配比，为废陶瓷在自流平砂浆中的应用提供参考依据。

废陶瓷再生砂；替代比例；自流平砂浆；流动度；抗压强度

1　前言

作为中国陶瓷文化发祥地之一的潮州，以其庞大的陶瓷产业规模和迅猛的发展态势，而被称为“中国瓷都”。据统计，潮州市每年陶瓷产量200多万吨，而每年产生的废陶瓷约20万吨，但实际回收不到10%，目前已经累计堆存300多万吨。废陶瓷堆放不仅占用了的土地，也对堆场周边的环境造成了恶劣的影响，解决废陶瓷的综合利用问题迫在眉睫。

水泥基自流平砂浆是以硅酸盐水泥或铝酸盐水泥等为胶凝材料，加入细颗粒状集料或粉状填料，同时加入保水剂、分散剂等外加剂进行改性制备而成的一种特殊功能砂浆［1］。其不仅可用于新地面施工，为瓷砖、地毯等铺垫和架设地板提供平整、光滑和坚固的基底，也可以用于修补已经磨损、起砂和损坏的地面，在地面找平材料中的应用非常广泛，市场前景广阔。

因此，本文在对废陶瓷经破碎、筛分等处理工艺的基础上，利用其研制水泥基自流平砂浆，不仅可以满足建筑市场对该类砂浆的需求，而且研究方向也符合我国现行的大力发展循环经济、促进企业节能减排的产业发展政策，为从根本上解决因废陶瓷堆放带来的一系列问题，提出了一条行之有效的综合利用途径。

2　原材料与试验方法

2.1原材料

⑴水泥：某水泥公司生产的PO 42.5R普通硅酸盐水泥，物理性能符合标准GB175-2007《通用硅酸盐水泥》的要求。

⑵细骨料：天然细砂，性能符合《普通混凝土用砂、石质量及检验方法标准》JGJ52-2006要求，细度模数为1.28。

⑶废陶瓷再生砂：利用潮州市某陶瓷洁具生产企业排放的废弃陶瓷产品，采用颚式破碎机进行一级破碎，盘式破碎机进行二级破碎，经筛分后获得的废陶瓷再生砂，其颗粒级配如表1所示。

表1　废陶瓷再生砂颗粒级配

⑷乳胶粉：德国瓦克公司可再分散聚合物乳胶粉。

⑸减水剂：聚羧酸高效减水剂，掺量为水泥1.5%。

⑹消泡剂：售有机消泡剂，掺量为水泥用量0.7%。

2.2试验方案及方法

⑴试验方案：主要考察废陶瓷再生砂替代天然细砂比例、水灰比、乳胶粉掺量等对自流平砂浆性能的影响，设计了如表2所示的正交试验，其中控制胶砂比为0.7。

表2　正交试验因素水平

⑵试验方法：试验按照标准《地面用水泥基自流平砂浆》的JC/T 985-2005规定进行。

3　结果与分析

3.1试验结果

按照表2设计的正交试验对废陶瓷再生砂自流平砂浆的流动度、28d抗压强度进行测试，其结果如表3所示。

表3　自流平砂浆试验结果

3.2直观分析

⑴对正交试验流动度测试结果进行直观分析，结果如表4所示。

表4　自流平砂浆流动度直观分析

由正交试验直观分析表可知，A因素中K¯1最大，B因素中K¯4最大，C因素中K¯2最大，因此对于自流平砂浆流动度性能理论最优配比为A1B4C2，即废陶瓷再生砂替代比例为40%，水灰比为0.55，可再分散乳胶粉掺量为1.0%。同时，由极差R分析结果可知，影响因素对自流平砂浆流动度的影响作用主次顺序为A＞B＞C，废陶瓷再生砂替代比例对自流平砂浆流动性影响最大，其次是水灰比，可再分散乳胶粉的影响作用最小。

⑵对正交试验28d抗压强度测试结果进行直观分析，结果如表5所示。

表5　自流平砂浆28d抗压强度直观分析

由正交试验直观分析表可知，A因素中K¯2最大，B因素中K¯1最大，C因素中K¯2最大，因此对于自流平砂浆28d抗压强度理论最优配比为A2B1C2，即废陶瓷再生砂替代比例为55%，水灰比为0.4，可再分散乳胶粉掺量为1.0%。同时，由极差R分析结果可知，影响因素对自流平砂浆的影响作用主次顺序为A＞B＞C，废陶瓷再生砂替代比例对自流平砂浆28d抗压强度影响最大，其次是水灰比，可再分散乳胶粉的影响作用最小。

3.3废陶瓷再生砂掺量对水泥基自流平砂浆性能的影响及分析

为了进一步分析废陶瓷再生砂掺量对水泥基自流平砂浆流动度和28d抗压强度的影响，对其进行因素指标分析，其结果分别如图1、图2所示。

图1　废陶瓷再生砂替代比例对流动度的影响

图2　废陶瓷再生砂替代比例对28d抗压强度的影响

由图1可看出，废陶瓷再生砂取代率对自流平砂浆流动性有显著影响，废陶瓷再生砂取代率的增大使砂浆体系的流动度明显减小，这是由于陶瓷再生砂与天然细砂相比，表面较为粗糙，具有较多的棱角，另外由于废陶瓷再生砂具有较高空隙率，吸水率较大，增加了体系需水量，而参与水泥水化和体系流动的自由水相对减少，最终导致体系流动度减小。

由图2废陶瓷再生砂替代比例对28d抗压强度影响曲线可看出，废陶瓷再生砂替代比例为55%时抗压强度最高，分析原因是废陶瓷再生砂多棱角，表面粗糙，与硬化水泥石有较好的机械啮合力［2］，而废陶瓷再生砂替代比例为55%时为最佳的密实状态，提高了自流平砂浆抗压强度。有关资料研究还显示［3］，陶瓷废料还具有一定的火山灰活性，能与水泥水化反应产生的Ca（OH）2产生二次水化反应，因此在一定范围内提高废陶瓷再生砂取代率，可进一步提高砂浆后期强度。而当废陶瓷再生砂替代比例大于55%时，由于废陶瓷再生砂具有较多棱角，天然细砂不能充分填充废陶瓷再生砂孔隙，导致自流平砂浆强度降低。综合考虑废陶瓷再生砂对自流平砂浆流动度、抗压强度的影响，废陶瓷再生砂替代比例最优方案为55%。

3.4水灰比对水泥基自流平砂浆性能的影响及分析

为了进一步分析水灰比对水泥基自流平砂浆流动度和28d抗压强度的影响，对其进行因素指标分析，其结果分别如图3、图4所示。

图3　水胶比对流动度的影响

图4　水胶比对抗压强度的影响

由图3可看出，自流平砂浆的流动度随着水胶比的增大而增大。这是由于新拌砂浆的流动主要是水泥浆料的运动，当水灰比不断增大，水泥浆料的黏稠度越小，砂浆的流动性越大［4］。

由图4可看出，自流平砂浆28d抗压强度随着水胶比的增大而降低。经有关研究，水泥浆体中水的形态主要有化合水、凝胶水、毛细水、游离水四种，除化合水意外，其余三种形态的水都会随着水泥浆体的凝结硬化逐渐蒸发，导致水泥石之间留下孔隙，而空隙率越大强度越低，因此当自流平砂浆水灰比的增大会使抗压强度显著降低。综合考虑水灰比对自流平砂浆流动度和28d抗压强度的影响，自流平砂浆水灰比应为0.5较合适。

3.5可再分散乳胶粉掺量对水泥基自流平砂浆性能的影响及分析

为了进一步分析可分散乳胶粉对水泥基自流平砂浆流动度和28d抗压强度的影响，对其进行因素指标分析，其结果分别如图5、图6所示。

图5　可再分散乳胶粉掺量对流动度的影响

图6　可再分散乳胶粉掺量对抗压强度的影响

由图5、图6可看出，自流平砂浆流动度和28d抗压强度随着可再分散乳胶粉掺量的增大，呈先增大后减少变化，当可再分散乳胶粉掺量为1.0%时自流平砂浆流动度最大，抗压强度最大。这是由于可再分散乳胶粉分散到水中后形成具有较高拉应力的膜［5］，减少分子间的摩擦作用，提高砂浆流动性。同时可再分散乳胶粉具有引气作用，可提高自流平砂浆孔隙结构，在一定范围内提高自流平砂浆和流动性。

而当可再分散乳胶粉掺量大于1.0%时流动度和28d抗压强度均有所下降。分析原因是由于可再分散乳胶粉形成的亲水性聚合物与水泥悬浮体一起渗透进入基体的孔隙及毛细管内，在孔隙及毛细管内的聚合物成膜后能牢固地吸附在基体表面，增加了砂浆与基体之间的黏结力，因此当可再分散乳胶粉掺量过大时反而会降低自流平砂浆流动度，同时还由于引气作用使自流平砂浆内部存在较多孔隙，降低了自流平砂浆抗压强度。综合可再分散乳胶粉对自流平砂浆流动度和28d抗压强度的影响，可再分散乳胶粉最佳掺量为1.0%。