贝壳粉/海泡石/硅藻土混合掺料对室内装饰砂浆性能的影响

2019-07-17盖广清杨崇尚

吉林建筑大学学报 2019年2期

盖广清，杨崇尚

吉林建筑大学材料科学与工程学院,长春 130118

0 引言

在沿海地区最多见的就是各式各样的贝壳,废弃的贝壳经处理加工后含有很多微小孔隙,其主要化学组分为CaCO3,具备很好的吸附性[1].海泡石作为另一种具有很强吸附作用的天然矿物并不常见,然而它却以其优良的吸附性和表面特征及结构的优势得到了广泛应用[2-3].据数据统计,世界上已发现确定的海泡石储量约8 000万t,仅我国和西班牙就占总储量的4/5,因此我国加强对海泡石的开发和利用极为必要[4].硅藻土具有很好的微孔结构和吸附性,品质较高.本文拟对不同比例的贝壳粉、海泡石和硅藻土等3种掺料对室内环保装饰砂浆的力学性能、吸水率和吸湿量的影响规律进行研究.

1 实验部分

1.1 主要原材料

42.5 R普通硅酸盐水泥,早期强度较高,后期强度比较稳定,需水量较低,和易性比较好,与砂浆外加剂适应性好;砂采用细度模数2.4的石英砂;贝壳粉,废弃贝壳加工处理得到的200目的粉料,主要组分为95 %以上碳酸钙,不同于一般碳酸钙,其中含有少量氨基酸和有机质;海泡石采用河北省灵寿县天然海泡石加工处理而成的海泡石纤维,海泡石的主要化学成分如表1所示;硅藻土采用吉林省临江市华通硅藻土制品有限公司硅藻土;减水剂采用聚羧酸系减水剂.

表1 海泡石的主要化学成分及含量

1.2 实验方法

实验中砂浆基准配合比︰胶砂比为1︰1.27;减水剂掺量为胶凝材料质量的0.2 %;稠度保持80 mm左右.本实验采用贝壳粉、海泡石和硅藻土三因素三水平的正交实验,正交表如表2所示.

表2 因素水平

力学性能测试严格按照《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》(GB/T 17671-1999)[5]测试28 d强度;工作性能主要测定稠度和吸水率,测试方法参照《建筑砂浆基本性能实验方法标准》(JGJ/T 70-2009)[6];24 h吸湿量测试参照《建筑材料及制品的湿热性能吸湿性能的测定》(GB/T 20312-2006)[7]中的干燥器法.微观结构分析采用TM 3030型扫描电子显微镜(Scanning electron microscope，英文缩写为SEM).

2 实验结果与分析

2.1 正交实验结果

按照以上实验方法制作的试块在标准养护箱内养护28 d,表3为正交实验数据统计分析.

表3 正交实验数据统计分析Table 3 Statistic analysis of orthogonal experiment data

2.2 极差分析结果

极差分析结果如表4～表6所示.

表4 装饰砂浆压折比极差分析结果Table 4 Analysis results of the range of the pressure bend ratio of decorative mortar

表5 装饰砂浆24 h吸湿量极差分析结果Table 5 Analysis results of the range of the 24 h hygroscopic capacity of decorative mortar

表6 装饰砂浆吸水率极差分析结果Table 6 Analysis results of the range of the water absorption of decorative mortar

图1、图2和图3分别为该装饰砂浆的压折比k值规律(理论上希望k值越小越好)、24 h吸湿量k值规律(理论上希望k值越大越好)和吸水率k值规律(理论上希望k值越大越好).通过极差分析可知,海泡石掺量对装饰砂浆压折比即柔韧性、24 h吸湿量影响较大,贝壳粉掺量次之.参照《墙体饰面砂浆》(JC/T 1024-2007)[8]要求,并结合表3、图1～图3，分析得出混合掺料的最优配合比为:A1(4 %)B3(8 %)C2(3 %).

图1 压折比k值规律Fig.1 The k value variation of pressure bend ratio

图2 24 h吸湿量k值规律Fig.2 The k value variation of 24 h hygroscopic capacity

图3 吸水率k值规律Fig.3 The k value variation of water absorption

2.3 贝壳粉、海泡石和硅藻土等3种多孔掺料对装饰砂浆性能的影响

图1表明,贝壳粉掺量对装饰砂浆柔韧性的影响不是单一线性关系.装饰砂浆柔韧性随贝壳粉掺量的增加先降后增.图2表明,24 h吸湿量则先增再降.由图3可知,随贝壳粉掺量的增加吸水率呈先降再增的趋势.由天然贝壳制备的贝壳粉含有微孔,贝壳粉掺量的增加,其微孔也增加,微孔的毛细作用是吸湿能力增强的主因,微孔孔径与水弯月面的曲率半径相当,表面张力与附着力间存在差值,从而克服地心引力而产生吸附现象.

维持保持稠度基本一致时,海泡石掺量对装饰砂浆性能影响很大.

由图1可知,随海泡石掺量的增加,压折比k值由4.28降至4.01,装饰砂浆柔韧性越来越好，其主因是,实验采用纤维状的海泡石,其结构可提高装饰砂浆柔韧性,防止开裂.

由图2可知,24 h吸湿量k值由13.66增至21.36,吸湿性也越来越好.

由图3可知,吸水率随海泡石掺量的增加而增大,其主因是,由于海泡石具有多孔、比表面积大(理论比表面积可达900 m2/g,孔容积0.385 mL/g)等特点,孔容积是决定海泡石吸湿量的主要因素[9].

因此，随海泡石掺量的增加,要维持统一稠度、施工性,装饰砂浆用水量也会越来越大,同时,表观密度也随之减小.

图1显示随硅藻土掺量的增加,装饰砂浆柔韧性先降后增.图2则显示吸水率增大.对柔韧性,硅藻壳体随龄期的增长,嵌入砂浆中,与水化产物交织在一起,可起到增强柔韧性的作用.对吸湿量,由于硅藻土特殊的构造,孔隙率和比表面积很大,有较强的吸附性,其掺入装饰砂浆后,随掺量的增加吸湿量增大.

2.4 微观结构分析

图4为采用最优配合比A1(4 %)B3(8 %)C2(3 %)制备砂浆样品的SEM照片.

(a)

(b)

图4(a),图4(b)为样品不同位置的局部微观形貌. 图4(a)、图4(b)显示,很多棒状、针状的物质,比较长且粗的是纤维状的海泡石,交织在砂浆中,提高砂浆的柔韧性.多边形片状、絮状、细且短小物质交织在一起的是Ca(OH)2,C-S-H和钙矾石等水化产物,填充在砂浆里提高其强度,整体看有许多微孔起吸湿作用.