陶瓷抛光砖粉在混凝土中的应用研究

陈予婕1刘明乐2

1.深圳市建设工程质量检测中心广东深圳518000；

2.深圳港创建材股份有限公司广东深圳518000

本文通过对陶瓷抛光砖粉在混凝土中的性能研究，探讨了陶瓷抛光砖粉在混凝土应用的可行性。在保证工作性能和力学性能的前提下，掌握陶瓷抛光砖粉在不同标号混凝土中最适宜的取代量（取代粉煤灰/矿粉）。

1前言

陶瓷抛光砖粉是瓷质砖经研磨抛光工序而产生的废渣。瓷质砖研磨抛光工序通常将砖坯表面去除0.5-0.7mm表面层，那么每生产1平方米抛光砖将形成1.5kg左右的砖屑。我国抛光砖产量有上亿平方米，每年可产生废粉几十亿吨。大量的填埋，挤占耕地，不仅对城市环境造成巨大压力，而且还限制了城市经济的发展及陶瓷工业的可持续发展。因此，陶瓷生产中废料的再循环和利用，可以节约资源，减少环境负荷。本文利用陶瓷抛光砖粉在不同强度等级混凝土中取代粉煤灰/矿粉，确定陶瓷抛光砖粉在各强度等级混凝土中的适宜掺量。

2原材料及实验方法

2.1原材料

（1）水泥：选用同熟料磨制的水泥。本试验选用来自华润水泥厂出产的P.O42.5水泥。

表2.1P.O42.5水泥的性能

（2）粉煤灰：选用同一电厂、同一品牌、同等级、质量稳定的粉煤灰。本试验选用深圳妈湾电厂的Ⅱ级F类灰。

表2.2Ⅱ级粉煤灰的性能（产地：深圳妈湾电厂）

（7）陶瓷抛光砖粉

陶瓷抛光砖粉，烧失量为1.7%（陶瓷抛光砖粉中含有少量的碳酸钙和絮凝剂，在高温下分解挥发）。

陶瓷抛光砖粉与Ⅱ级粉煤灰，S95级矿粉活性对比，如表2.7所示。

表2.7活性对比（产地：浙江）

可以发现，当取代量为30%时，陶瓷抛光砖粉活性高于粉煤灰。当取代量为50%时，陶瓷抛光砖粉活性低于矿粉。

2.2试验方案

针对陶瓷抛光砖粉的活性，制定其取代粉煤灰/矿粉的实验，探究陶瓷抛光砖粉取代量对不同标号混凝土（C20、C30、C40、C50）的影响。

表2.8普通混凝土基础配合比（kg）

试验方案设计以C20为例，试验设置C20为A组，C30为B组，C40为C组，C50为D组的分组。

表2.9C20混凝土（掺陶瓷抛光砖粉）配合比

a括号中表示占原粉煤灰掺量的百分比；

b括号中表示占原矿粉掺量的百分比。

3试验结果与分析

实验中记录的坍落度与扩展度，和在保证工作性能的前提下，增加的用水量与减水剂用量，以及在不同龄期时对应的抗压强度变化，如表3.1-表3.5所示。

表3.1C20混凝土（掺陶瓷抛光砖粉）试验结果

混凝土工作性能方面：从表中可以看出，掺加陶瓷抛光砖粉后，仅取代粉煤灰时，随着陶瓷抛光砖粉掺加的增加，工作性能逐渐变差，完全取代粉煤灰后，需掺加10kg水和0.2%减水剂，以达到相当的工作性能；仅取代矿粉时，取代量小于50%时，对工作性能影响较小，但当完全取代矿粉后，需掺加9kg水和0.1%减水剂才能达到相当的工作性能；同时取代时，当取代矿粉20%，取代粉煤灰20%时，不需增加水和减水剂时（A9），可以达到较佳的工作性能。

混凝土强度性能方面：从表中可以发现，掺加陶瓷抛光砖粉后，在保证工作性能的前提下，抗压强度降低，未掺加陶瓷抛光砖粉时28d抗压强度最高，为35.0MPa。仅取代粉煤灰时，随着陶瓷抛光砖粉掺量的增加，强度呈现先减小后增大的趋势，主要是由于（1）陶瓷抛光砖粉的粒径较小，比表面积大，且易于吸水，在C20等级的混凝土中，孔隙率较大，粒径较小的抛光砖粉填充作用不显著；（2）A2的用水量增加，使得A2的抗压强度较低；（3）陶瓷抛光砖粉比表面积大，反应活性高于粉煤灰，因此在完全取代粉煤灰后（A3），抗压强度较（A2）高。仅取代矿粉时，随着取代量的增加，抗压强度逐渐降低，当完全取代矿粉后（A6），28d抗压强度最低，为23.9MPa，主要是由于矿粉的活性高于陶瓷抛光砖粉，因此取代的越多，抗压强度越低。同时取代时，当取代矿粉20%，取代粉煤灰50%时（A7）和取代矿粉20%，取代粉煤灰20%时（A9），抗压强度相当，高于同时取代矿粉50%，取代粉煤灰50%时（A8）。

表3.2C30混凝土（掺陶瓷抛光砖粉）试验结果

混凝土工作性能方面：从表中可以看出，仅取代粉煤灰时，取代量小于50%时，对工作性能影响较小。随着陶瓷抛光砖粉掺加的增加，工作性能逐渐变差；仅取代矿粉时，可能由于总比表面积的增加，对工作性能有影响，当取代量小于50%时需额外掺加0.1%外加剂以达到相当的工作性能，但当完全取代矿粉后，需掺加5kg水和0.1%减水剂才能达到相当的工作性能；同时取代时，当取代矿粉20%，取代粉煤灰50%时，掺加5kg水和0.1%减水剂时（B7），可以达到最佳的工作性能。当取代矿粉20%，取代粉煤灰20%时（B9），不需增加水和减水剂时，可以达到较佳的工作性能。

混凝土强度性能方面：从表中可以发现，掺加陶瓷抛光砖粉后，在保证工作性能的前提下，抗压强度降低，仅取代20%矿粉时，28d抗压强度最高，为52.4MPa。仅取代粉煤灰时，随着陶瓷抛光砖粉掺量的增加，强度呈现先增大后减小的趋势，主要是由于（1）陶瓷抛光砖粉的粒径较小，比表面积大，且易于吸水，当过多取代粉煤灰时，使得中间粒径缺失，填充效应降低，基体密实度下降；（2）陶瓷抛光砖粉比表面积大，反应活性高于粉煤灰，因此适当取代粉煤灰（B2），其抗压强度较高。仅取代矿粉时，随着取代量的增加，抗压强度逐渐降低，当完全取代矿粉后，28d抗压强度最低，为44.6MPa，主要是由于矿粉的活性高于陶瓷抛光砖粉，因此取代的越多，抗压强度越低。值得注意的是，当陶瓷抛光砖粉仅取代矿粉20%（B4）时，其28d抗压强度最高，为52.4MPa，主要是由于其较高的比表面积和潜在水化活性。同时取代时，当取代矿粉20%，取代粉煤灰50%时（B7）和取代矿粉20%，取代粉煤灰20%时（B9），抗压强度相当，高于取代矿粉50%，取代粉煤灰50%时（B8）。

表3.3C40混凝土（掺陶瓷抛光砖粉）试验结果

混凝土工作性能方面：从表中可以看出，仅取代粉煤灰时，随着陶瓷抛光砖粉掺加的增加，工作性能逐渐变差，完全取代粉煤灰后，需掺加10kg水和0.2%减水剂，以达到相当的工作性能；仅取代矿粉时，对工作性能影响较小；同时取代时，当取代矿粉20%，取代粉煤灰50%时，掺加10kg水和0.1%减水剂时（C7），可以达到最佳的工作性能。当取代矿粉20%，取代粉煤灰20%时（C9），不需增加水和减水剂时，可以达到较佳的工作性能。

混凝土强度性能方面：从表中可以发现，掺加陶瓷抛光砖粉后，在保证工作性能的前提下，抗压强度降低，未掺加陶瓷抛光砖粉时28d抗压强度最高，为63.6MPa。仅取代粉煤灰时，随着陶瓷抛光砖粉掺量的增加，强度呈现逐渐降低趋势，主要是由于陶瓷抛光砖粉的粒径较小，比表面积大，需水量大，在保证工作性的前提下，用水量增加，强度降低。仅取代矿粉时，随着取代量的增加，抗压强度逐渐降低，当完全取代矿粉后，28d抗压强度最低，为52.1MPa，主要是由于矿粉的活性高于陶瓷抛光砖粉，因此取代越多，抗压强度越低。同时取代时，当取代矿粉20%，取代粉煤灰50%时（C7）和取代矿粉20%，取代粉煤灰20%时（C9），抗压强度相当，高于取代矿粉50%，取代粉煤灰50%时（C8）。

表3.4C50混凝土（掺陶瓷抛光砖粉）试验结果

混凝土工作性能方面：从表中可以看出，仅取代粉煤灰时，随着陶瓷抛光砖粉掺量的增加，工作性能逐渐变差，完全取代粉煤灰后，需掺加6.4kg水和0.2%减水剂，以达到相当的工作性能；仅取代矿粉时，对工作性能影响较小，但完全取代后，掺加20kg水和0.1%减水剂才能达到相当的工作性能；同时取代时，当取代矿粉20%，取代粉煤灰50%时，掺加10kg水和0.1%减水剂时（D7），可以达到最佳的工作性能。当取代矿粉20%，取代粉煤灰20%时（D9），与前面A9、B9、C9有明显不同，需掺加10kg水和0.1%减水剂才能达到相当的工作性能。

混凝土强度性能方面：从表中可以发现，掺加陶瓷抛光砖粉后，在保证工作性能的前提下，抗压强度降低，未掺加陶瓷抛光砖粉时28d抗压强度最高，为74.35MPa。仅取代粉煤灰时，随着陶瓷抛光砖粉掺量的增加，强度呈现逐渐降低趋势，主要是由于陶瓷抛光砖粉的粒径较小，比表面积大，需水量大，在保证工作性的前提下，用水量增加，强度降低。仅取代矿粉时，随着取代量的增加，抗压强度逐渐降低，当完全取代矿粉后，28d抗压强度最低，为58.3MPa，主要是由于矿粉的活性高于陶瓷抛光砖粉，因此取代越多，抗压强度越低。同时取代时，当取代矿粉20%，取代粉煤灰50%时（D7）和取代矿粉20%，取代粉煤灰20%时（D9），抗压强度相当，高于取代矿粉50%，取代粉煤灰50%时（D8）。

4试验小结

（1）陶瓷抛光砖粉活性高于粉煤灰，但低于矿粉；陶瓷抛光砖粉减水效果低于粉煤灰，与矿粉类似。陶瓷抛光砖粉的取代对混凝土的力学性能或工作性能会有一定的积极影响。

（2）陶瓷抛光砖粉由于其高比表面积，在应用时，需水量明显增大，降低了力学性能，虽活性较粉煤灰高，但低于矿粉，限制了陶瓷抛光砖粉的应用范围。

（3）陶瓷抛光砖粉仅取代粉煤灰时，随着取代量的增大，混凝土的工作性能有比较明显的变差，由于活性高于粉煤灰，其力学性能下降相对较小。

（4）陶瓷抛光砖粉仅取代矿粉时，随着取代量的增大，由于减水效果与矿粉类似，混凝土的工作性能影响相对较小，但由于活性远低于矿粉，力学性能下降明显。

（5）陶瓷抛光砖粉同时取代粉煤灰和矿粉时，总取代量大时（大于70%），通过增加用水量和外加剂，工作性能能够得到满足，但强度下降明显。但在采用较低的总取代率时（小于40%），可以兼顾工作性能和力学性能都有较好的效果。

综上所述，在把陶瓷抛光砖粉作为掺合料应用于混凝土中时，其综合性能优于粉煤灰。在配合比设计过程中通过调整适当的配比，优先考虑取代粉煤灰，或者以适当的比例三种材料配合使用，可以满足混凝土的工作性能和力学性能要求。

参考文献

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