陶瓷砖抛光粉在C30混凝土中的应用.pdf

2 0 1 2 年 第 3 期 (总 第 2 6 9 期 ) N u mb e r 3 i n 2 0 1 2 ( T o t a l No ．2 6 9 ) 混 凝 土 Co n c r e t e 实用技术 P RACTI CAL TECHN0L 0GY d o i ： 1 0 ． 3 9 6 9 8 ．i s s n ． 1 0 0 2 3 5 5 0 ． 2 0 1 2 ． 0 3 ． 0 4 2 陶瓷砖抛光粉在 C 3 0混凝土中的应用 石正 国。王黎 ( 长江水利委员会 长江科学院，湖北 武汉 4 3 0 0 1 0 ) 摘要： 陶瓷抛光砖粉是陶瓷抛光砖在生产过程中研磨 、 抛光产生的废料， 其颗粒细小， 具有一定的火山灰活性， 可用于水泥、 混凝土领 域。 利用陶瓷抛光砖粉替代部分水泥， 制备了 C 3 0 混凝土， 重点研究了混凝土的强度和耐久性能。 研究结果表明： 掺加 5 ％～ 1 0 ％的陶瓷抛 光砖粉可改善混凝土的工作性能、 提高混凝土各龄期抗压强度 ， 同时混凝土的耐久性也得到显著提高。 但当陶瓷抛光砖粉掺量超过 2 0 ％ 时， 混凝土的力学性能和耐久性均大幅度下降。 因此， C 3 0 混凝土中陶瓷抛光砖粉掺量应控制在 2 0 ％以内。 关键 词： 陶瓷抛光砖粉 ；混凝土 ；强度 ；耐久性 中图分类号： T U 5 2 8 ． 0 4 1 文献标志码： A 文章编号： 1 0 0 2 — 3 5 5 0 ( 2 0 1 2 ) 0 3 — 0 1 3 8 — 0 3 Ut i l i z a t i on o f c er ami c p ol i s hi ng b r ick powd er i n C30 c onc r e t e S HI e n g - g u o． WANG Li ( C h a n g j i a n gR i v e r S c i e n t i fi c R e s e a r c hI n s t i t u t e o f C h a n g j i a n gWa t e r Re s o u r c e s C o mmi s s i o n， Wu h a n4 3 0 0 1 0 ， C h i n a ) Abs t r a c t ： Ce r a mi c po l i s h i n g b ric k p o wd e r i s a b y - p r o d u c t p r o d u c e d d ur i n g t h e po l i s h i n g o fc e r am i c po l i s h i n g b ric k， wh i c h a l s o p r e s e n t s p o z - z o l a n i c a c t i v i t y d u e t o i t s fin e p a r t i c l e s ， t h e r e f o r e i t i s e x p e c t e d tha t c e r a mi c p o l i s h i n g b ric k p o wd e r c a n b e u s e d a s a s u p p l e me n t a r y c e me n t i t i o us ma t e ri a l s i n c e me n t an d c o n c r e t e ．T h i s p a p e r e x a mi n e s the f e a s i b i l i ty o f p r e p a r a t i o n o f C 3 0 c o n c r e t e ， i n wh i c h P o r t l an d c e me n t i s p a r t i a l r e p l a c e d by c e r a mi c p ol i s h i n g b r i c k p o wd e r ． Re s u l t s s h o w t h a t t h r o u g h repl a c i n g 5 ％～1 O ％ P o r t l an d c e me n t b y c e r a mi c p o l i s h i n g b r i c k p o wd e r ． t he wo r k a - b i l i ty， me c h a n i c a l p r o p e rt i e s an d d u r a b i l it y o f t h e c o n c r e t e p r e p a r e d we r e i mp r o v e d s i g n i fi c ant l y ．Ho we v e r ， b o t h me c h ani c a l p r o p e rt ~s a n d d u r a — b i l i t y o f the c o nc r e t e d e c r e a s e d d r am a t i c a l l y wh e n the s u bs t i t u t i o n rat i o e x c e e d e d 2 0 ％． T he r e f o r e， the a d d i t i o n o f c e r a mi c p o l i s h i n g b r i c k p o wd e r s h o ul d b e c o n t r o l l e d i n 2 0 ％ i n C3 0 c o n c r e t e ． K e y wo r d s ： c e r am i c b ri c k p o l i s h i n g p o wd e r s ； c o n c r e t e ； s tr eng t h ； d ura b i l i ty 0 引言 粉大量、 高效利用开 发了 一条有效途 径。 我国是陶瓷砖生产大国。 2 0 1 0年我国陶瓷砖 产量约为 8 0 亿 m2 ， 占世界总产量的 6 0 ％以上。 在陶瓷的生产过程中， 刮平、 定厚 、 研磨、 抛光等工序产生了大量的陶瓷废料， 全国陶瓷废料 的年产量估计在 1 0 0 0万 t 左右【 。 我国陶瓷工业废料的处理 与利用程度比较低， 主要以堆积或回填的方式进行处理。 大量 陶瓷废料的堆积占用了大量耕地， 使水和空气受到严重污染 ， 不 仅对环境造成巨大压力而且限制了陶瓷工业的可持续发展【3 J 。 陶瓷抛光砖粉是陶瓷抛光砖在生产过程中研磨、 抛光产生的废 料， 年产量约为 6 0 0万 t 。 陶瓷抛光砖粉颗粒细小 ， 具有一定的 火山灰活性， 可用于水泥、 混凝土领域 。 本试验开展了陶瓷抛 光砖粉替代部分水泥， 制备 C 3 0混凝土的研究 ， 为陶瓷抛光砖 1 试验原料与方 法 1 ． 1 原材料 水泥 ： 某水泥厂生产的P I I 4 2 ．5级水泥， 其化学组成及基 本性能见表 1 、 2 。 集料 ： 选用级配良好的粗细集料， 砂子选用当地产中粗河 砂 ， 石子选用当地产 5 ～ 1 0 1 1 1 11 1 的石灰石质碎石， 其性能指标见 表 3 。 陶瓷抛光砖粉 ： 某陶瓷厂产生的陶瓷抛光砖粉 ， 其矿物组 成主要为石英和少量莫来石， 其化学组成及颗粒分布见表 1 和 图 1 所示。 由图 1 表明陶瓷抛光砖粉的颗粒分布较窄， 主要集中 在 4 ～ 1 0 ix m， 远细于硅 酸盐水泥粒度 。 表 1 试验所用硅酸盐水泥和陶瓷抛光砖粉的化学组成 ％ 收稿 日期 ：2 0 1 1 _ J 0 9 - 2 O 1 38 表 3 粗 、 细集料的颗粒级配及物理性能 粒径 ， 岬 f b ) 图 1 试验所用硅酸盐水泥和 陶瓷抛光砖粉的颗粒 分布 1 ． 2 试 验 方法 试验所制备 C 3 0 混凝土的配合比如表 4所示。 固定砂、 石及 水胶比( O ． 6 ) ， 陶瓷抛光粉分别替代 0 、 5 ％、 1 0 ％、 1 5 ％、 2 0 ％、 2 5 ％、 3 0 ％、 3 5 ％的硅酸盐水泥。 按照 J I S A1 1 O 1 —2 0 0 5 测定新拌混凝 土的坍落度、 和易性 ， 采用贯入阻力仪( O B ff 5 0 0 8 0 - - - 2 0 0 2 ) 测 定混凝土的凝结时间。 将新拌混凝土成型为 1 0 0 mmx l 0 0 mmx 1 0 0 mm的立方体试块 ， 在( 2 0 ~ I )℃水中养护一定龄期后， 按照 G B ／ T 5 0 1 0 7 --2 0 1 0测定混凝土各龄期的抗压强度。 试样养护 2 8 d后， 钻取 , 5 0 mmx 4 0 I ／ L r n的圆柱体 ， 测定其 真空吸水率。 将圆柱体试样在 1 0 5℃烘干 4 8 h ， 将圆柱体侧面涂 一 层硅胶， 以防止水分蒸发， 待硅胶硬化后将试样置于水中， 每 隔 5 mi n测定试样的质量。 试样的毛细管吸水系数为所得吸水 量与浸泡时间平方根曲线的斜率嘲 。 采用 S H Q型混凝土透气系 数测定仪测定养护 2 8 d后， 混凝土的透气系数。 按照GB J 8 2 —8 5 成型顶面直径 1 7 5mr f l 、 底面直径 1 8 5 1T l l n 、 高度为 1 5 0 n q l T l 的 混凝土试样。 标准养护 2 8 d后， 2 ． 0 MP a 水压下恒压 2 4 h ， 劈开 后测定断面的渗透深度( 6个试件均值 ) 。 采用 J G ／ T 2 6 2 --2 0 0 9 规定的方法测定混凝土的氯离子扩散系数[ 7 】 。 2 试验 结果 与分析 2 ． 1 新拌混凝土工作性能 由表5可得， 在新拌混凝土中掺加 5 ％ 1 0 ％的陶瓷抛光砖粉， 可改善新拌混凝土工作性能( 坍落度有所增加， 和易性变好) 。 当陶 瓷抛光砖粉掺量低于 2 0 ~, 4 时， 新拌混凝土的坍落度变化不大， 和易 性较好， 凝结时间增加不大。 当陶瓷抛光砖粉掺量超过 2 0 o时， 新 拌混凝土的坍落度大幅度降低， 和易性变差， 凝结时间显著增加。 表 4 C3 0混凝 土配合 比 试样替代率／ ％坍落度 ／ m m和易性初凝 ／ rai n 终凝 ／ m i n 2 ． 2抗压 强度 图2表明陶瓷抛光砖粉掺量对混凝土各龄期抗压强度的 影响基本相似。 掺加 5 ％左右的陶瓷抛光砖粉可提高混凝土各 龄期抗压强度。 例如： 与未掺陶瓷抛光砖粉的混凝土相比， 掺加 5 ％陶瓷抛光砖粉的混凝土 9 0 d抗压强度提高了 3 ． 5 ／ V l P a 。 当陶 瓷抛光砖粉掺量低于 2 0 ％时， 混凝土的 3 d抗压强度有一定程度 的降低， 但其 2 8 、 9 0 d抗压强度降低较小。 当陶瓷抛光砖粉掺量 超过 2 0 ％时， 随陶瓷抛光砖粉掺量的增加 ， 混凝土的各龄期强 度大幅度降低。 因此， 陶瓷抛光砖粉掺量不超过 2 0 ％时可稳定制 备 C 3 0混凝土， 且具有较多的强度富余。 替代 翠 ， ％ 图 2 不 同陶瓷抛光砖粉掺量 混凝土的抗压强度 ， 2 ． 3 混凝土性能耐久性 2 ． 3 ． 1 真空吸水率 养护 2 8 d 后混凝土的真空吸水率如图 3 所示。 与未掺陶瓷 抛光砖粉的混凝土相比， 掺加 5 ％、 1 0 ％陶瓷抛光砖粉的混凝土 吸水率有所降低。 当陶瓷抛光砖粉掺量超过 1 5 ％时， 随陶瓷抛光 砖粉掺量的增加， 混凝土的孔隙率逐渐增加。 】 39 替代率 ， ％ 图 3 不 同陶瓷抛光砖粉掺量 混凝土的真空吸水率 2 ． 3 ． 2 气体渗透系数 由图 4可以看出， 掺加 5 ％、 1 0 ％的陶瓷抛光砖粉后 ， 混凝 土的气体渗透系数有所降低。 当陶瓷抛光砖粉掺量高于 1 5 ％时， 混凝土的气体渗透系数均大于未掺陶瓷抛光砖粉混凝土的渗 透系数， 且随陶瓷抛光砖粉掺量的增加逐渐增加。 替代 率 ， ％ 图4 不同陶瓷抛光砖粉掺量混凝土的气体渗透系数 2 ． 3 ． 3 抗渗系数 养护 2 8 d后? 昆 凝土在 2 ． 0 MP a水压下( 恒压 2 4 h ) 的渗透 深度见图5 。 随陶瓷抛光砖粉掺量的增加， 混凝土的渗透深度显 著增加。 掺加少量陶瓷抛光砖粉可显著降低混凝土的渗透深 度 ， 提高其抗渗性能。 当陶瓷抛光砖粉掺量超过 2 0 ％ 时， 混凝土 的抗渗深度高于未掺陶瓷抛光砖粉混凝土的渗透深度， 表明混 凝土的抗渗性能显著下降。 3 ．0 舀 2 ． 5 越 酶 2 ． 0 蝌 1 ． 5 1 ． 0 0 5 1 0 1 5 2 O 2 5 3 0 3 5 替代率， ％ 图 5 不 同陶瓷抛光砖粉掺量混凝土的j爹透深厦 2 ． 3 ． 4 氯离子扩散系数 混凝土的氯离子扩散系数与其连通孔隙含量密切相关， 是 混凝土耐久性的重要指标。 图6表明： 掺加 5 ％一 1 5 ％的陶瓷抛光 砖粉可有效降低混凝土的氯离子扩散系数； 当陶瓷抛光砖粉掺 量超过 2 0 ％ 时， 混凝土的氯离子扩散系数远高于未掺陶瓷抛光 砖粉混凝土的氯离子扩散系数。 3讨 论 陶瓷抛光砖粉含有少量的玻璃体， 具有一定的火山灰效应。 】 4 0 替代率 ， ％ 图 6 不同陶瓷抛光砖粉掺量混凝土的氯离子扩散系数 陶瓷抛光砖粉的粒径范围主要在 5 - 1 0 w m， 远细于硅酸盐水泥 粒度， 陶瓷抛光砖粉具有显著的“ 微集料效应” 嘲 。 细小的陶瓷抛 光砖粉填充于混凝土浆体中， 释放出更多的自由水。 因此， 掺加 一 定量的陶瓷抛光砖粉可以增加混凝土的坍落度 、 改善混凝土 的和易性， 混凝土的密实度也显著提高 ， 其硬化浆体孔结构得 到细化。 宏观表现为混凝土强度增加， 孔隙率、 气体渗透系数、 压水渗透深度及氯离子扩散系数显著减小， 说明混凝土的力学 性能和耐久性得到显著提高。 当陶瓷抛光砖粉超过 2 0 ％时 ， 一 方面， 大量陶瓷抛光砖粉表面吸附大量的自由水 ， 使混凝土的 坍落度大幅度降低， 和易性变差， 同时也增加了界面面积 ； 另一 方面， 硅酸盐水泥掺加减少， 使水化产物数量逐渐减少 ； 两者共 同作用使混凝土的孑 L 隙率较高 ， 混凝土的力学性能和耐久性逐 渐降低。 因此， 为保证 C 3 0混凝土的力学性能和耐久性 ， 陶瓷抛 光砖粉掺量应控制在一定范围。 4结 论 ( 1 ) 陶瓷抛光砖粉颗粒较硅酸盐水泥细小， 具有显著的“ 微 集料效应” 。 ( 2 ) 掺加 5 ％～ 1 0 ％的陶瓷抛光砖粉可改善混凝土的工作性 能、 提高混凝土各龄期抗压强度， 同时混凝土的耐久性也得到 显著提高。 ( 3 ) c 3 o混凝土中陶瓷抛光砖粉掺量应控制在 2 0 ％以内。 陶瓷抛光砖粉掺量超过 2 0 ％时， 混凝土的力学性能和耐久性均 大幅度下降。 参考文献： 【 1 ] 侯来广 ， 曾令可． 陶瓷废料的综合利用现状【 J ] ． 中国陶瓷工业 ， 2 0 0 5 ， 1 2 ( 4 ) ： 4 1 — 4 4 ． [ 2 】 李丽霞． 陶瓷废料微粉在混凝土中优化掺量的研究叫． 中国陶瓷工 业 ， 2 0 1 0 ， 4 6 ( 5 ) ： 1 9 — 2 2 ． [ 3 】 许爱民， 曾令可． 陶瓷废料的综合利用[ J 】 ． 中国陶瓷工业， 2 0 0 6 ， 1 3 ( 6 )： 1 6 — 2 0 ． [ 4 】 于利刚， 吴锦锋， 李云国， 等． 利用陶瓷废料作水泥混合材的试验研 究 水泥， 2 0 0 4 ( 1 0 ) ： 1 0 — 1 1 ． [ 5 ] 苏达根 ， 王功勋， 钟小敏．陶瓷抛光砖粉的组成及火山灰性研究[ J 】 水 泥工程， 2 0 0 8 ( 4 ) ： 2 2 ～ 2 4 ． [ 6 】P A C H E C 0 — ．T O R GA L F ， J A L A U S ．R e u s i n g c e r a mi c w a s t e s i n c o n c r e t e l Y ] ． C o n s t r u c t i o n a n d B u i l d i n g Ma t e r i a l s ， 2 0 1 0 ， 2 4 ( 5 ) ： 8 3 2 — 8 3 8 ． 【 7 】L U P I N G T ．C h l o r i d e t r a n s p o r t i n c o n c r e t e - -me a s u r e m e n t a n d p r e d i c t i o n [ D ] ． P h ． D ．Th e s i s ， Ch a l me r s Un i v e r s i t y o f T e c h n o l o g y， Go t e n b o r g ， S we d e n ， 1 9 9 6 [ 8 ]李丽匣， 王亚琴， 韩跃新， 等． 陶瓷废料生产建筑材料的试验研究[ J 1 ． 东北大学学报， 2 0 1 1 ( 3 ) ： 4 1 9 — 4 2 2 ． 作者简介： 石正国( 1 9 7 9 一 ) ， 男， 工程师， 研究方向： 水工混凝土及原材 料研究， 工程质量检测， 实验室管理。 联 系地址 ： 联 系电话 ： 涮 甑 砬 岸区后 万方三村 1 号 长江 学 院( 4 3 0 0 1 o ) 0 2 7 — 8 2 9 2 61 5 6 ■■■■■■I ■■■■■■I ●■■■■I ■●■■I ■■■I ■■■ I ■●■●■■