董峰亮

[德高（廣州）建材有限公司，廣東 廣州 510235]

循環(huán)利用資源，充分利用可再生資源，有效實(shí)現(xiàn)節(jié)能降耗使得低碳建材的研發(fā)和推廣成為新材料發(fā)展的重大機(jī)遇[1]。粉煤灰應(yīng)用于砂漿中，具有和易性和保水性?xún)?yōu)良、粘結(jié)強(qiáng)度高、收縮率較小等優(yōu)點(diǎn)[2]。

瓷磚膠是近年來(lái)增長(zhǎng)快速的干粉砂漿產(chǎn)品，通過(guò)新型薄層鋪貼技術(shù)發(fā)展迅速，已成為預(yù)拌砂漿的重要產(chǎn)品之一。瓷磚膠可有效解決瓷磚空鼓、脫落現(xiàn)象，因此，大量應(yīng)用于室內(nèi)家裝的瓷磚鋪貼。本文通過(guò)試驗(yàn)分析粉煤灰的物化性質(zhì)和表面形貌，將粉煤灰引入瓷磚膠配方中，用粉煤灰取代部分水泥，減少水泥用量，以實(shí)現(xiàn)粉煤灰的綜合利用。

1 試驗(yàn)

1.1 原材料

（1）水泥：臺(tái)泥（英德）有限公司生產(chǎn)的P·O42.5R水泥，實(shí)測(cè)28 d抗壓強(qiáng)度49.2 MPa。

（2）1＃粉煤灰：Ⅱ級(jí)，營(yíng)口華能熱電廠(chǎng)，無(wú)定形態(tài)含量約80%；2＃粉煤灰：Ⅱ級(jí)，東莞某廠(chǎng)，結(jié)晶態(tài)100%。

（3）砂：河砂，粒徑為 0.16～0.63 mm。

（4）聚合物：可再分散乳膠粉，為醋酸乙烯酯/乙烯共聚物，白色粉末，易溶于水；羥乙基甲基纖維素醚，黏度100kPa·s，白色粉末，易溶于水。

1.2 試驗(yàn)儀器設(shè)備和方法

（1）粉煤灰微觀(guān)結(jié)構(gòu)分析

采用X射線(xiàn)衍射儀（D8 focus型，德國(guó)布魯克BRUKER），應(yīng)用Diffrac EVA基本數(shù)據(jù)處理軟件，對(duì)粉煤灰的物相進(jìn)行分析；應(yīng)用Diffrac TOPAS2軟件結(jié)合Rietveld全譜擬合無(wú)標(biāo)樣定量相分析，確定粉煤灰中無(wú)定型態(tài)、結(jié)晶態(tài)中各種物相的含量。采用激光粒度儀（Mastersizer 2000型，英國(guó)馬爾文MALVERN），干法進(jìn)樣，測(cè)試粉煤灰的粒徑分布。采用200倍電子數(shù)碼顯微鏡（拜斯特），對(duì)粉煤灰篩余物（325#負(fù)壓篩）進(jìn)行快速形貌分析。

（2）瓷磚膠拉伸粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試

拉拔試驗(yàn)機(jī)，LBY-VCTC型，中國(guó)建材檢驗(yàn)認(rèn)證集團(tuán)股份有限公司。試驗(yàn)用混凝土基板符合JC/T 547—2017《陶瓷磚膠粘劑》7.5要求，并按照J(rèn)C/T 547—2017進(jìn)行制樣、養(yǎng)護(hù)和拉伸粘結(jié)強(qiáng)度測(cè)試。

1.3 瓷磚膠的基礎(chǔ)配方

設(shè)計(jì)瓷磚膠試驗(yàn)干粉總量為1000 g，其中膠凝材料300 g，其基礎(chǔ)配方見(jiàn)表1。試驗(yàn)時(shí)以粉煤灰等量取代水泥。

表1 瓷磚膠的基礎(chǔ)配方

2 結(jié)果與討論

2.1 粉煤灰礦物組成分析

粉煤灰的主要化學(xué)成分為 SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO 等，礦物組成主要分為晶體相和無(wú)定形相兩大類(lèi)，主要成分為莫來(lái)石、石英和少量未燃盡的碳粒等[3]。通常，由于粉煤灰性能的差異和供應(yīng)的不穩(wěn)定，在大多數(shù)的干粉砂漿中，粉煤灰的使用量非常有限。本文對(duì)廣東東莞地區(qū)2種不同性質(zhì)的粉煤灰進(jìn)行礦物組成和微觀(guān)形貌分析。粉煤灰的礦物組成全譜擬合結(jié)果如表2所示，X射線(xiàn)衍射圖譜如圖1、圖2所示。

表2 2種粉煤灰的物相成分分析

圖1 1#粉煤灰的X射線(xiàn)衍射圖譜

圖2 2#粉煤灰的X射線(xiàn)衍射圖譜

由圖1可見(jiàn)，1#粉煤灰的X射線(xiàn)衍射圖譜擬合后，非晶漫散峰2θ=25°，非晶漫散峰由粉煤灰中的無(wú)定型態(tài)產(chǎn)生，在Topas中將其選定為無(wú)定型態(tài)，結(jié)合其它結(jié)晶態(tài)物相產(chǎn)生的峰，Topas統(tǒng)計(jì)出所有峰的積分面積，并計(jì)算出所有結(jié)晶態(tài)積分面積占總的積分面積的比例，得出粉煤灰中結(jié)晶態(tài)的百分比。在1#粉煤灰中，結(jié)晶態(tài)占20%，無(wú)定型態(tài)為80%。

由圖2可見(jiàn)，2#粉煤灰的主要成分為石英、長(zhǎng)石（鈉長(zhǎng)石、鈣長(zhǎng)石、鉀長(zhǎng)石）及少量云母，并無(wú)非晶漫散峰，從而判斷該粉煤灰不含無(wú)定型態(tài)，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 粉煤灰粒度及微觀(guān)形貌分析

利用激光粒度儀對(duì)2種試驗(yàn)用粉煤灰進(jìn)行粒度分析，粉煤灰的粒徑分布見(jiàn)圖3，粒徑分布特征見(jiàn)表3。

圖3 2種粉煤灰的粒徑分布

表3 2種粉煤灰的粒徑分布特征 μm

由圖3和表3可知，1#粉煤灰的粒度近似正態(tài)分布，大部分顆粒集中分布在2.4～71.7μm，平均粒徑為11.9μm。2#粉煤灰的粒徑大于1#粉煤灰，大部分顆粒集中在3.5～127.2 μm，平均粒徑為27.0μm。

利用200倍電子數(shù)碼顯微鏡對(duì)粉煤灰進(jìn)行快速形貌分析，結(jié)果見(jiàn)圖4。

圖4 粉煤灰的電鏡照片（×200）

由圖4可見(jiàn)，高溫熔融并驟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較均一的球形顆粒和少量不規(guī)則顆粒組成；2#粉煤灰主要由不規(guī)則的顆粒組成。通過(guò)電鏡放大觀(guān)察，生產(chǎn)質(zhì)量控制人員可以快速辨別粉煤灰的質(zhì)量差異。

2.3 不同粉煤灰對(duì)瓷磚膠粘結(jié)性能的影響

在表1瓷磚膠配方的基礎(chǔ)上，以粉煤灰取代20%的水泥，測(cè)試2種不同粉煤灰對(duì)瓷磚膠性能的影響，結(jié)果見(jiàn)表4。

表4 不同粉煤灰對(duì)瓷磚膠性能的影響

由表4可以看出，1#試樣的和易性、拉伸粘結(jié)強(qiáng)度和晾置20min的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度均高于2#試樣。這是由于，1#粉煤灰主要由球形顆粒組成，其球形玻璃體可起到滾珠軸承作用，使摻粉煤灰體系的流動(dòng)性提高，具有減水作用[4]。因此，可以提高瓷磚膠的施工和易性和晾置時(shí)間內(nèi)的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度。而2#粉煤灰主要是由不規(guī)則顆粒組成，在瓷磚膠試樣中只起到填充作用，試樣晾置時(shí)間內(nèi)的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度低于JC/T547—2017標(biāo)準(zhǔn)要求的≥0.5 MPa。

2.4 粉煤灰摻量對(duì)瓷磚膠粘結(jié)性能的影響

在表1瓷磚膠配方的基礎(chǔ)上，以1#粉煤灰分別等量取代0、10%、20%、30%的水泥，考察粉煤灰摻量對(duì)瓷磚膠性能的影響，結(jié)果見(jiàn)表5。

表5 1#粉煤灰摻量對(duì)瓷磚膠性能的影響

由表5可以看出：

（1）摻入1#粉煤灰對(duì)瓷磚膠的施工性能有較好的改善，其微集料效應(yīng)使粉煤灰顆粒在瓷磚膠中的分散狀態(tài)良好，有助于新拌砂漿均勻性的改善。

（2）不同摻量粉煤灰的瓷磚膠拉伸粘結(jié)強(qiáng)度和晾置20min的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度均符合JC/T 547—2017標(biāo)準(zhǔn)要求（拉伸粘結(jié)強(qiáng)度≥0.5 MPa）。但瓷磚膠的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度隨粉煤灰摻量的增加而下降。原因是粉煤灰的活性較水泥低[5]；同時(shí)，粉煤灰的化學(xué)活性源于粉煤灰的火山灰性質(zhì)，在有水的條件下，與Ca（OH）2在堿性環(huán)境下能反應(yīng)，而瓷磚膠為薄層鋪貼，不利于粉煤灰化學(xué)活性的激發(fā)。此外，粉煤灰的水化反應(yīng)速率慢，粉煤灰等量取代水泥時(shí)，瓷磚膠內(nèi)部自由水分相應(yīng)增加，有助于提高瓷磚膠的晾置時(shí)間。

2.5 瓷磚膠配合比的確定

基于以上試驗(yàn)結(jié)果，以1#粉煤灰等量取代20%的水泥，配制瓷磚膠，并按JC/T 547—2017進(jìn)行粘結(jié)性能測(cè)試，結(jié)果如表6所示。

表6 20%粉煤灰摻量的瓷磚膠的性能

由表6可見(jiàn)，制備的瓷磚膠具有良好的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度。

3 結(jié) 論

（1）通過(guò)XRD/激光粒度儀/電子顯微鏡可以對(duì)粉煤灰進(jìn)行微觀(guān)礦物成分和結(jié)構(gòu)的分析，質(zhì)優(yōu)的粉煤灰以無(wú)定形態(tài)為主，微觀(guān)顆粒形貌主要為表面光滑，大小均一的球形顆粒為主。

（2）不同類(lèi)型的粉煤灰取代水泥對(duì)瓷磚膠的粘結(jié)性能影響較大。優(yōu)質(zhì)的粉煤灰可以提高瓷磚膠的施工和易性和晾置20min的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度。

（3）20%粉煤灰摻量的瓷磚膠具有較佳的施工性能和粘結(jié)強(qiáng)度，符合JC/T547—2017標(biāo)準(zhǔn)的要求。