低碳粉煤灰用于瓷砖胶对其性能的影响研究

董峰亮

[德高（广州）建材有限公司，广东 广州 510235]

循环利用资源，充分利用可再生资源，有效实现节能降耗使得低碳建材的研发和推广成为新材料发展的重大机遇[1]。粉煤灰应用于砂浆中，具有和易性和保水性优良、粘结强度高、收缩率较小等优点[2]。

瓷砖胶是近年来增长快速的干粉砂浆产品，通过新型薄层铺贴技术发展迅速，已成为预拌砂浆的重要产品之一。瓷砖胶可有效解决瓷砖空鼓、脱落现象，因此，大量应用于室内家装的瓷砖铺贴。本文通过试验分析粉煤灰的物化性质和表面形貌，将粉煤灰引入瓷砖胶配方中，用粉煤灰取代部分水泥，减少水泥用量，以实现粉煤灰的综合利用。

1 试验

1.1 原材料

（1）水泥：台泥（英德）有限公司生产的P·O42.5R水泥，实测28 d抗压强度49.2 MPa。

（2）1＃粉煤灰：Ⅱ级，营口华能热电厂，无定形态含量约80%；2＃粉煤灰：Ⅱ级，东莞某厂，结晶态100%。

（3）砂：河砂，粒径为 0.16～0.63 mm。

（4）聚合物：可再分散乳胶粉，为醋酸乙烯酯/乙烯共聚物，白色粉末，易溶于水；羟乙基甲基纤维素醚，黏度100kPa·s，白色粉末，易溶于水。

1.2 试验仪器设备和方法

（1）粉煤灰微观结构分析

采用X射线衍射仪（D8 focus型，德国布鲁克BRUKER），应用Diffrac EVA基本数据处理软件，对粉煤灰的物相进行分析；应用Diffrac TOPAS2软件结合Rietveld全谱拟合无标样定量相分析，确定粉煤灰中无定型态、结晶态中各种物相的含量。采用激光粒度仪（Mastersizer 2000型，英国马尔文MALVERN），干法进样，测试粉煤灰的粒径分布。采用200倍电子数码显微镜（拜斯特），对粉煤灰筛余物（325#负压筛）进行快速形貌分析。

（2）瓷砖胶拉伸粘结强度测试

拉拔试验机，LBY-VCTC型，中国建材检验认证集团股份有限公司。试验用混凝土基板符合JC/T 547—2017《陶瓷砖胶粘剂》7.5要求，并按照JC/T 547—2017进行制样、养护和拉伸粘结强度测试。

1.3 瓷砖胶的基础配方

设计瓷砖胶试验干粉总量为1000 g，其中胶凝材料300 g，其基础配方见表1。试验时以粉煤灰等量取代水泥。

表1 瓷砖胶的基础配方

2 结果与讨论

2.1 粉煤灰矿物组成分析

粉煤灰的主要化学成分为 SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO 等，矿物组成主要分为晶体相和无定形相两大类，主要成分为莫来石、石英和少量未燃尽的碳粒等[3]。通常，由于粉煤灰性能的差异和供应的不稳定，在大多数的干粉砂浆中，粉煤灰的使用量非常有限。本文对广东东莞地区2种不同性质的粉煤灰进行矿物组成和微观形貌分析。粉煤灰的矿物组成全谱拟合结果如表2所示，X射线衍射图谱如图1、图2所示。

表2 2种粉煤灰的物相成分分析

图1 1#粉煤灰的X射线衍射图谱

图2 2#粉煤灰的X射线衍射图谱

由图1可见，1#粉煤灰的X射线衍射图谱拟合后，非晶漫散峰2θ=25°，非晶漫散峰由粉煤灰中的无定型态产生，在Topas中将其选定为无定型态，结合其它结晶态物相产生的峰，Topas统计出所有峰的积分面积，并计算出所有结晶态积分面积占总的积分面积的比例，得出粉煤灰中结晶态的百分比。在1#粉煤灰中，结晶态占20%，无定型态为80%。

由图2可见，2#粉煤灰的主要成分为石英、长石（钠长石、钙长石、钾长石）及少量云母，并无非晶漫散峰，从而判断该粉煤灰不含无定型态，不符合GB/T 1596—2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》的要求。

2.2 粉煤灰粒度及微观形貌分析

利用激光粒度仪对2种试验用粉煤灰进行粒度分析，粉煤灰的粒径分布见图3，粒径分布特征见表3。

图3 2种粉煤灰的粒径分布

表3 2种粉煤灰的粒径分布特征 μm

由图3和表3可知，1#粉煤灰的粒度近似正态分布，大部分颗粒集中分布在2.4～71.7μm，平均粒径为11.9μm。2#粉煤灰的粒径大于1#粉煤灰，大部分颗粒集中在3.5～127.2 μm，平均粒径为27.0μm。

利用200倍电子数码显微镜对粉煤灰进行快速形貌分析，结果见图4。

图4 粉煤灰的电镜照片（×200）

由图4可见，高温熔融并骤冷的粉煤灰含有大量表面光滑的玻璃珠。1#粉煤灰主要由一些大小较均一的球形颗粒和少量不规则颗粒组成；2#粉煤灰主要由不规则的颗粒组成。通过电镜放大观察，生产质量控制人员可以快速辨别粉煤灰的质量差异。

2.3 不同粉煤灰对瓷砖胶粘结性能的影响

在表1瓷砖胶配方的基础上，以粉煤灰取代20%的水泥，测试2种不同粉煤灰对瓷砖胶性能的影响，结果见表4。

表4 不同粉煤灰对瓷砖胶性能的影响

由表4可以看出，1#试样的和易性、拉伸粘结强度和晾置20min的拉伸粘结强度均高于2#试样。这是由于，1#粉煤灰主要由球形颗粒组成，其球形玻璃体可起到滚珠轴承作用，使掺粉煤灰体系的流动性提高，具有减水作用[4]。因此，可以提高瓷砖胶的施工和易性和晾置时间内的拉伸粘结强度。而2#粉煤灰主要是由不规则颗粒组成，在瓷砖胶试样中只起到填充作用，试样晾置时间内的拉伸粘结强度低于JC/T547—2017标准要求的≥0.5 MPa。

2.4 粉煤灰掺量对瓷砖胶粘结性能的影响

在表1瓷砖胶配方的基础上，以1#粉煤灰分别等量取代0、10%、20%、30%的水泥，考察粉煤灰掺量对瓷砖胶性能的影响，结果见表5。

表5 1#粉煤灰掺量对瓷砖胶性能的影响

由表5可以看出：

（1）掺入1#粉煤灰对瓷砖胶的施工性能有较好的改善，其微集料效应使粉煤灰颗粒在瓷砖胶中的分散状态良好，有助于新拌砂浆均匀性的改善。

（2）不同掺量粉煤灰的瓷砖胶拉伸粘结强度和晾置20min的拉伸粘结强度均符合JC/T 547—2017标准要求（拉伸粘结强度≥0.5 MPa）。但瓷砖胶的拉伸粘结强度随粉煤灰掺量的增加而下降。原因是粉煤灰的活性较水泥低[5]；同时，粉煤灰的化学活性源于粉煤灰的火山灰性质，在有水的条件下，与Ca（OH）2在碱性环境下能反应，而瓷砖胶为薄层铺贴，不利于粉煤灰化学活性的激发。此外，粉煤灰的水化反应速率慢，粉煤灰等量取代水泥时，瓷砖胶内部自由水分相应增加，有助于提高瓷砖胶的晾置时间。

2.5 瓷砖胶配合比的确定

基于以上试验结果，以1#粉煤灰等量取代20%的水泥，配制瓷砖胶，并按JC/T 547—2017进行粘结性能测试，结果如表6所示。

表6 20%粉煤灰掺量的瓷砖胶的性能

由表6可见，制备的瓷砖胶具有良好的拉伸粘结强度。

3 结 论

（1）通过XRD/激光粒度仪/电子显微镜可以对粉煤灰进行微观矿物成分和结构的分析，质优的粉煤灰以无定形态为主，微观颗粒形貌主要为表面光滑，大小均一的球形颗粒为主。

（2）不同类型的粉煤灰取代水泥对瓷砖胶的粘结性能影响较大。优质的粉煤灰可以提高瓷砖胶的施工和易性和晾置20min的拉伸粘结强度。

（3）20%粉煤灰掺量的瓷砖胶具有较佳的施工性能和粘结强度，符合JC/T547—2017标准的要求。