蓋廣清，楊崇尚

吉林建筑大學(xué) 材料科學(xué)與工程學(xué)院,長(zhǎng)春 130118

0 引言

在沿海地區(qū)最多見(jiàn)的就是各式各樣的貝殼,廢棄的貝殼經(jīng)處理加工后含有很多微小孔隙,其主要化學(xué)組分為CaCO3,具備很好的吸附性[1].海泡石作為另一種具有很強(qiáng)吸附作用的天然礦物并不常見(jiàn),然而它卻以其優(yōu)良的吸附性和表面特征及結(jié)構(gòu)的優(yōu)勢(shì)得到了廣泛應(yīng)用[2-3].據(jù)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì),世界上已發(fā)現(xiàn)確定的海泡石儲(chǔ)量約8 000萬(wàn)t,僅我國(guó)和西班牙就占總儲(chǔ)量的4/5,因此我國(guó)加強(qiáng)對(duì)海泡石的開(kāi)發(fā)和利用極為必要[4].硅藻土具有很好的微孔結(jié)構(gòu)和吸附性,品質(zhì)較高.本文擬對(duì)不同比例的貝殼粉、海泡石和硅藻土等3種摻料對(duì)室內(nèi)環(huán)保裝飾砂漿的力學(xué)性能、吸水率和吸濕量的影響規(guī)律進(jìn)行研究.

1 實(shí)驗(yàn)部分

1.1 主要原材料

42.5 R普通硅酸鹽水泥,早期強(qiáng)度較高,后期強(qiáng)度比較穩(wěn)定,需水量較低,和易性比較好,與砂漿外加劑適應(yīng)性好;砂采用細(xì)度模數(shù)2.4的石英砂;貝殼粉,廢棄貝殼加工處理得到的200目的粉料,主要組分為95 %以上碳酸鈣,不同于一般碳酸鈣,其中含有少量氨基酸和有機(jī)質(zhì);海泡石采用河北省靈壽縣天然海泡石加工處理而成的海泡石纖維,海泡石的主要化學(xué)成分如表1所示;硅藻土采用吉林省臨江市華通硅藻土制品有限公司硅藻土;減水劑采用聚羧酸系減水劑.

表1 海泡石的主要化學(xué)成分及含量

1.2 實(shí)驗(yàn)方法

實(shí)驗(yàn)中砂漿基準(zhǔn)配合比︰膠砂比為1︰1.27;減水劑摻量為膠凝材料質(zhì)量的0.2 %;稠度保持80 mm左右.本實(shí)驗(yàn)采用貝殼粉、海泡石和硅藻土三因素三水平的正交實(shí)驗(yàn),正交表如表2所示.

表2 因素水平

力學(xué)性能測(cè)試嚴(yán)格按照《水泥膠砂強(qiáng)度檢驗(yàn)方法(ISO法)》(GB/T 17671-1999)[5]測(cè)試28 d強(qiáng)度;工作性能主要測(cè)定稠度和吸水率,測(cè)試方法參照《建筑砂漿基本性能實(shí)驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》(JGJ/T 70-2009)[6];24 h吸濕量測(cè)試參照《建筑材料及制品的濕熱性能吸濕性能的測(cè)定》(GB/T 20312-2006)[7]中的干燥器法.微觀(guān)結(jié)構(gòu)分析采用TM 3030型掃描電子顯微鏡(Scanning electron microscope，英文縮寫(xiě)為SEM).

2 實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析

2.1 正交實(shí)驗(yàn)結(jié)果

按照以上實(shí)驗(yàn)方法制作的試塊在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)箱內(nèi)養(yǎng)護(hù)28 d,表3為正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析.

表3 正交實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)分析Table 3 Statistic analysis of orthogonal experiment data

2.2 極差分析結(jié)果

極差分析結(jié)果如表4～表6所示.

表4 裝飾砂漿壓折比極差分析結(jié)果Table 4 Analysis results of the range of the pressure bend ratio of decorative mortar

表5 裝飾砂漿24 h吸濕量極差分析結(jié)果Table 5 Analysis results of the range of the 24 h hygroscopic capacity of decorative mortar

表6 裝飾砂漿吸水率極差分析結(jié)果Table 6 Analysis results of the range of the water absorption of decorative mortar

圖1、圖2和圖3分別為該裝飾砂漿的壓折比k值規(guī)律(理論上希望k值越小越好)、24 h吸濕量k值規(guī)律(理論上希望k值越大越好)和吸水率k值規(guī)律(理論上希望k值越大越好).通過(guò)極差分析可知,海泡石摻量對(duì)裝飾砂漿壓折比即柔韌性、24 h吸濕量影響較大,貝殼粉摻量次之.參照《墻體飾面砂漿》(JC/T 1024-2007)[8]要求,并結(jié)合表3、圖1～圖3，分析得出混合摻料的最優(yōu)配合比為:A1(4 %)B3(8 %)C2(3 %).

圖1 壓折比k值規(guī)律Fig.1 The k value variation of pressure bend ratio

圖2 24 h吸濕量k值規(guī)律Fig.2 The k value variation of 24 h hygroscopic capacity

圖3 吸水率k值規(guī)律Fig.3 The k value variation of water absorption

2.3 貝殼粉、海泡石和硅藻土等3種多孔摻料對(duì)裝飾砂漿性能的影響

圖1表明,貝殼粉摻量對(duì)裝飾砂漿柔韌性的影響不是單一線(xiàn)性關(guān)系.裝飾砂漿柔韌性隨貝殼粉摻量的增加先降后增.圖2表明,24 h吸濕量則先增再降.由圖3可知,隨貝殼粉摻量的增加吸水率呈先降再增的趨勢(shì).由天然貝殼制備的貝殼粉含有微孔,貝殼粉摻量的增加,其微孔也增加,微孔的毛細(xì)作用是吸濕能力增強(qiáng)的主因,微孔孔徑與水彎月面的曲率半徑相當(dāng),表面張力與附著力間存在差值,從而克服地心引力而產(chǎn)生吸附現(xiàn)象.

維持保持稠度基本一致時(shí),海泡石摻量對(duì)裝飾砂漿性能影響很大.

由圖1可知,隨海泡石摻量的增加,壓折比k值由4.28降至4.01,裝飾砂漿柔韌性越來(lái)越好，其主因是,實(shí)驗(yàn)采用纖維狀的海泡石,其結(jié)構(gòu)可提高裝飾砂漿柔韌性,防止開(kāi)裂.

由圖2可知,24 h吸濕量k值由13.66增至21.36,吸濕性也越來(lái)越好.

由圖3可知,吸水率隨海泡石摻量的增加而增大,其主因是,由于海泡石具有多孔、比表面積大(理論比表面積可達(dá)900 m2/g,孔容積0.385 mL/g)等特點(diǎn),孔容積是決定海泡石吸濕量的主要因素[9].

因此，隨海泡石摻量的增加,要維持統(tǒng)一稠度、施工性,裝飾砂漿用水量也會(huì)越來(lái)越大,同時(shí),表觀(guān)密度也隨之減小.

圖1顯示隨硅藻土摻量的增加,裝飾砂漿柔韌性先降后增.圖2則顯示吸水率增大.對(duì)柔韌性,硅藻殼體隨齡期的增長(zhǎng),嵌入砂漿中,與水化產(chǎn)物交織在一起,可起到增強(qiáng)柔韌性的作用.對(duì)吸濕量,由于硅藻土特殊的構(gòu)造,孔隙率和比表面積很大,有較強(qiáng)的吸附性,其摻入裝飾砂漿后,隨摻量的增加吸濕量增大.

2.4 微觀(guān)結(jié)構(gòu)分析

圖4為采用最優(yōu)配合比A1(4 %)B3(8 %)C2(3 %)制備砂漿樣品的SEM照片.

(a)

(b)

圖4(a),圖4(b)為樣品不同位置的局部微觀(guān)形貌. 圖4(a)、圖4(b)顯示,很多棒狀、針狀的物質(zhì),比較長(zhǎng)且粗的是纖維狀的海泡石,交織在砂漿中,提高砂漿的柔韌性.多邊形片狀、絮狀、細(xì)且短小物質(zhì)交織在一起的是Ca(OH)2,C-S-H和鈣礬石等水化產(chǎn)物,填充在砂漿里提高其強(qiáng)度,整體看有許多微孔起吸濕作用.

3 結(jié)論

(1) 貝殼粉、海泡石和硅藻土等摻料隨其摻量的增加抗壓強(qiáng)度、抗折強(qiáng)度呈下降趨勢(shì),柔韌性并不會(huì)隨摻量的增加呈單一線(xiàn)性關(guān)系,且海泡石,硅藻土對(duì)砂漿強(qiáng)度的影響比貝殼粉大.

(2) 對(duì)吸濕量,在摻量測(cè)試范圍內(nèi),貝殼粉摻量的增加導(dǎo)致吸濕量先增后降,而海泡石、硅藻土對(duì)吸濕量的影響則是持續(xù)增加,且海泡石比硅藻土對(duì)吸濕量的影響大.

(3) 隨貝殼粉、海泡石和硅藻土摻量的增加,吸水率逐漸增加，表觀(guān)密度減小.

(4) 經(jīng)測(cè)試, 當(dāng)貝殼粉、海泡石和硅藻土等3種多孔材料混合摻入砂漿的質(zhì)量含量分別為A1(4 %)4,B3(8 %)和C2(3 %)時(shí),各項(xiàng)性能指標(biāo)均滿(mǎn)足《墻體飾面砂漿》JC/T 1024-2007[8]要求,且具有施工性、抗裂性能較好.