謝正奮

（1 廣東省梅州市質(zhì)量計量監(jiān)督檢測所；2 國家水泥及制品質(zhì)量監(jiān)督檢驗(yàn)中心（廣東））

0 引言

以水泥為主的建材產(chǎn)業(yè)是我市的支柱產(chǎn)業(yè)之一，每年約生產(chǎn)3000 萬噸水泥。生產(chǎn)水泥過程中，需開采大量的石灰石等作為原材料，按生產(chǎn)每噸水泥消耗1.5 噸石灰石來計算，每年需要開采至少4500 萬噸，伴隨產(chǎn)生大量的尾礦，占用地方還對水土造成污染。怎樣合理利用，一直是建材行業(yè)較為棘手的問題。目前，傳統(tǒng)水泥用于高致密性陶瓷磚，易產(chǎn)生空鼓、掉磚等安全隱患，不能滿足要求；新型陶瓷磚膠粘劑的骨料大量使用石英砂，成本重。采用本地的尾礦來代替，著重研究尾礦砂的顆粒組合對各項(xiàng)拉伸粘結(jié)強(qiáng)度性能的影響，以得出較優(yōu)組合，在技術(shù)參數(shù)符合標(biāo)準(zhǔn)要求下，降低成本，達(dá)到固體廢棄物資源化利用的目的。

1 試驗(yàn)原材料及方案

1.1 原材料

水泥：梅州市塔牌集團(tuán)蕉嶺鑫達(dá)旋窯水泥有限公司生產(chǎn)的P.O 42.5R 普通硅酸鹽水泥，相關(guān)指標(biāo)見表1；

表1 水泥的物理性能

石灰石尾礦砂：取自梅州某石灰石礦場，按25～35 目、35～50 目、50～80 目、80～140 目、140～200 目五種粒徑組合，特征值見表2；

表2 機(jī)制砂的特征值

重鈣粉：梅州某公司生產(chǎn)的200 目；

纖維素醚：赫達(dá)生產(chǎn)的HD7100；

膠粉：瓦克生產(chǎn)的5010N；

淀粉醚：阿瓜娜8850。

水：自來水。

1.2 試驗(yàn)主要儀器及基材

拉拔試驗(yàn)機(jī)（CTC 生產(chǎn)的LBY-VI 型），交變濕熱試驗(yàn)箱（東莞眾志檢測）；標(biāo)準(zhǔn)混凝土板（上海增司工貿(mào)），干壓陶瓷磚（BⅢ類，上海增司工貿(mào)）。

1.3 試驗(yàn)方法

按《陶瓷磚膠粘劑》JC/T 547-2017 規(guī)定進(jìn)行試驗(yàn)。按C1 等級設(shè)計陶瓷磚膠粘劑，將5 種粒徑的機(jī)制砂組合配制成7 組試驗(yàn)砂，詳細(xì)組合見表3。配合比為（重量比，單位㎏）：水泥400，重鈣粉：50，尾礦砂526，纖維素醚3，膠粉20，淀粉醚1，用水量為210。進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)條件下拉伸粘結(jié)強(qiáng)度、浸水后拉伸粘結(jié)強(qiáng)度、熱老化后拉伸粘結(jié)強(qiáng)度、凍融循環(huán)后拉伸粘結(jié)強(qiáng)度及晾置時間≥20min 下的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)，得出數(shù)據(jù)進(jìn)行對比分析。

表3 試驗(yàn)用砂組合(%)

2 結(jié)果分析

2.1 顆粒組合在標(biāo)準(zhǔn)條件下對拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的影響

由圖1 可以看出，粗顆粒較多的情況下，由于其孔隙率較大，雖然45%的膠凝材料用量屬于較大的，但相同的膠凝材料條件下，漿體的整體包裹性、浸潤性以及粘聚力都會差一些。隨著粗顆粒比例的降低，中間顆粒的增多，拉伸粘結(jié)強(qiáng)度呈現(xiàn)逐步增長的趨勢[1]，最大出現(xiàn)在T5。此時加入10%的140～200 目的細(xì)顆粒，該組顆粒搭配合理，有利于強(qiáng)度的發(fā)揮；而細(xì)顆粒持續(xù)增加，漿體過多，則表現(xiàn)在拉伸粘結(jié)強(qiáng)度降低；如果全部為80 目以下的顆粒組成，則強(qiáng)度驟降。主要原因是過細(xì)的顆粒，膠凝材料用量又大，有可能由于輕微的收縮產(chǎn)生內(nèi)部裂紋[2]，進(jìn)而導(dǎo)致硬化后的膠粘劑粘結(jié)強(qiáng)度降低。從標(biāo)準(zhǔn)條件下的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果看，較為合理的顆粒組成是35～50 目占20%～30%，50～80 目占40%，80～140目占30%～50%，可以加入140～200 目的細(xì)顆粒，但不宜超過10%。

圖1 標(biāo)準(zhǔn)條件下拉伸粘結(jié)強(qiáng)度

2.2 顆粒組合在浸水后對拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的影響

按標(biāo)準(zhǔn)JC/T547-2017 規(guī)定，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)7d 后，浸水條件下養(yǎng)護(hù)21d 后測試?yán)煺辰Y(jié)強(qiáng)度。對外加劑中的可再分散乳膠粉的質(zhì)量是考驗(yàn)，對水泥的水化性能、堿性同樣是考驗(yàn)。從圖2 看出，粗顆粒較多時，由于孔隙率較大[3]，硬化的漿體易形成毛細(xì)孔，水分子的持續(xù)侵入，加上粘聚力略差，導(dǎo)致粘結(jié)強(qiáng)度偏低；隨著中小顆粒比例的增大，毛細(xì)孔減少，對強(qiáng)度增長有利；而T7 雖然整體顆粒細(xì)，但漿體過多的情況下由于收縮，易產(chǎn)生微小裂縫，水分子進(jìn)入導(dǎo)致降低了拉伸粘結(jié)強(qiáng)度。從浸水條件下的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果看，較為合理的顆粒組成是35～50 目不超過20%，50～80 目占40%，80～140 目占30%～50%，140～200 目的細(xì)顆粒不超過10%。

圖2 浸水后的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度

2.3 顆粒組合在熱老化后對拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的影響

先標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)14d，再在（70±3）℃烘箱中放置14d后測試熱老后的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度，由圖3 可以看出顆粒較粗，由于孔隙率較細(xì)顆粒大，在持續(xù)高溫條件下，可再分散乳膠粉的粘聚力作用會減弱，且空隙間易產(chǎn)生微小裂紋，均導(dǎo)致拉伸粘結(jié)強(qiáng)度不同程度地降低；隨著細(xì)顆粒的持續(xù)增加，至T5 達(dá)到最高，此時顆粒級配合理，孔隙率小，漿體飽滿，降低了可再分散乳膠粉粘聚力的損失，對拉伸粘結(jié)強(qiáng)度發(fā)揮有利。細(xì)顆粒過多，由于漿體過多，高溫環(huán)境下，易產(chǎn)生張力帶來的收縮[4]，表現(xiàn)在拉伸粘結(jié)強(qiáng)度有降低的趨勢。從熱老化條件下的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果看，較為合理的顆粒組成是：35～50 目不超過30%，50～80 目占40%，80～140 目占20%～50%，140～200 目的細(xì)顆粒不超過10%。

圖3 熱老化后的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度

2.4 顆粒組合在凍融循環(huán)后對拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的影響

按標(biāo)準(zhǔn)JC/T547-2017 規(guī)定，試樣在標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下養(yǎng)護(hù)7d，然后浸入（23±2）℃水中養(yǎng)護(hù)21d 后進(jìn)行凍融循環(huán)，每次凍融循環(huán)為：①從水中取出試樣，在2h±20min 內(nèi)降溫至（-15±3）℃；②試樣保持（-15±3）℃，時間為2h±20min；③將試樣浸入（20±3）℃水中，升溫至（15±3）℃，在進(jìn)行下一個凍融循環(huán)前，在該溫度下至少養(yǎng)護(hù)2h；④重復(fù)進(jìn)行25 次循環(huán)。完成25 次循環(huán)后，試樣置于標(biāo)準(zhǔn)試驗(yàn)條件下進(jìn)行拉伸粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)。條件較為嚴(yán)苛，拉伸粘結(jié)強(qiáng)度均表現(xiàn)為降低較多。粗顆粒越多，硬化后留下的毛細(xì)孔越多，在水分子侵入及低溫凍融下[5]，水分子狀態(tài)是自由水-結(jié)冰-融化-自由水反復(fù)存在[6]，產(chǎn)生膨脹收縮應(yīng)力，破壞可再分散乳膠粉提供的粘結(jié)力，導(dǎo)致拉伸粘結(jié)強(qiáng)度較低；只有到了T5 和T6 組合下，拉伸粘結(jié)強(qiáng)度數(shù)據(jù)才較好；T7 則由于顆粒過細(xì)，易收縮帶來橫向張力，不利于拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的增長。從凍融循環(huán)條件下的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果看，需嚴(yán)格控制顆粒組成是：35～50 目不超過20%，140～200 目的細(xì)顆粒不超過10%，中間顆粒要70%以上。

圖4 凍融循環(huán)后的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度

2.5 顆粒組合在晾置時間≥20min 時對拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的影響

晾置時間，主要是考慮到在現(xiàn)場施工，粘貼瓷磚需要一定的時間，在≥20min 晾置后，按標(biāo)準(zhǔn)條件成型及養(yǎng)護(hù)，測試?yán)煺辰Y(jié)強(qiáng)度。由圖5 可以看出，同樣的水灰比情況下，顆粒整體粗一點(diǎn)，陶瓷磚膠粘劑中的自由水相對要多一點(diǎn)，有利于保持濕漿體的浸潤性以保持拉伸粘結(jié)強(qiáng)度損失不至于過大。T6 與T7 細(xì)顆粒較多，濕漿體的自由水相對少，使得漿體表面略干燥，導(dǎo)致拉伸粘結(jié)強(qiáng)度較低，對施工性及晾置時間均影響較大。對提升晾置時間（≥20min），較為合理的顆粒級配是：控制細(xì)顆粒比例，80～140 目不超過30%，140～200 目的細(xì)顆粒不超過10%。

圖5 晾置時間≥20min 的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度

3 結(jié)論

⑴顆粒級配對各項(xiàng)拉伸粘結(jié)強(qiáng)度影響較大。顆粒較粗，因孔隙率較大，產(chǎn)生的毛細(xì)孔也較多，對浸水、熱老化及凍融后的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度均不利；顆粒較細(xì)，因漿體過多，在硬化過程中易帶來收縮等應(yīng)力而導(dǎo)致凍融循環(huán)后的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度較低。

⑵陶瓷磚膠粘劑的晾置時間對后續(xù)的拉伸粘結(jié)強(qiáng)度的發(fā)揮起到極大作用。如晾置時間過短，濕漿體易出現(xiàn)表面局部干燥現(xiàn)象，導(dǎo)致出現(xiàn)拉伸粘結(jié)強(qiáng)度較低的現(xiàn)象。應(yīng)特別注意控制細(xì)顆粒含量，尤其是140～200 目含量。

⑶從檢測大量陶瓷磚膠粘劑統(tǒng)計結(jié)果看，凍融循環(huán)后拉伸粘結(jié)強(qiáng)度項(xiàng)目常出現(xiàn)不合格情況，該項(xiàng)目是浸水-凍-融-浸水的反復(fù)過程，配比不好的陶瓷磚膠粘劑硬化后漿體內(nèi)部體積變化易導(dǎo)致拉伸粘結(jié)強(qiáng)度急劇下降，需要特別注意平常試驗(yàn)。

⑷用石灰石尾礦砂制備陶瓷磚膠粘劑時，較為合理的顆粒級配為：35～50 目不超過20%，50～80 目占40%，80～140 目占30%～40%，140～200 目的細(xì)顆粒不超過10%。