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)展的重大機遇[1]。粉煤灰應用于砂漿中，具有和易性和保水性優(yōu)良、粘結強度高、收縮率較小等優(yōu)點[2]。

瓷磚膠是近年來增長快速的干粉砂漿產(chǎn)品，通過新型薄層鋪貼技術發(fā)展迅速，已成為預拌砂漿的重要產(chǎn)品之一。瓷磚膠可有效解決瓷磚空鼓、脫落現(xiàn)象，因此，大量應用于室內家裝的瓷磚鋪貼。本文通過試驗分析粉煤灰的物化性質和表面形貌，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，以實現(xiàn)粉煤灰的綜合利用。

1 試驗

1.1 原材料

（1）水泥：臺泥（英德）有限公司生產(chǎn)的P·O42.5R水泥，實測28 d抗壓強度49.2 MPa。

（2）1＃粉煤灰：Ⅱ級，營口華能熱電廠，無定形態(tài)含量約80%；2＃粉煤灰：Ⅱ級，東莞某廠，結晶態(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 試驗儀器設備和方法

（1）粉煤灰微觀結構分析

采用X射線衍射儀（D8 focus型，德國布魯克BRUKER），應用Diffrac EVA基本數(shù)據(jù)處理軟件，對粉煤灰的物相進行分析；應用Diffrac TOPAS2軟件結合Rietveld全譜擬合無標樣定量相分析，確定粉煤灰中無定型態(tài)、結晶態(tài)中各種物相的含量。采用激光粒度儀（Mastersizer 2000型，英國馬爾文MALVERN），干法進樣，測試粉煤灰的粒徑分布。采用200倍電子數(shù)碼顯微鏡（拜斯特），對粉煤灰篩余物（325#負壓篩）進行快速形貌分析。

（2）瓷磚膠拉伸粘結強度測試

拉拔試驗機，LBY-VCTC型，中國建材檢驗認證集團股份有限公司。試驗用混凝土基板符合JC/T 547—2017《陶瓷磚膠粘劑》7.5要求，并按照JC/T 547—2017進行制樣、養(yǎng)護和拉伸粘結強度測試。

1.3 瓷磚膠的基礎配方

設計瓷磚膠試驗干粉總量為1000 g，其中膠凝材料300 g，其基礎配方見表1。試驗時以粉煤灰等量取代水泥。

表1 瓷磚膠的基礎配方

2 結果與討論

2.1 粉煤灰礦物組成分析

粉煤灰的主要化學成分為 SiO2、Al2O3、Fe2O3、CaO 等，礦物組成主要分為晶體相和無定形相兩大類，主要成分為莫來石、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。本文對廣東東莞地區(qū)2種不同性質的粉煤灰進行礦物組成和微觀形貌分析。粉煤灰的礦物組成全譜擬合結果如表2所示，X射線衍射圖譜如圖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射線衍射圖譜

圖2 2#粉煤灰的X射線衍射圖譜

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

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

利用激光粒度儀對2種試驗用粉煤灰進行粒度分析，粉煤灰的粒徑分布見圖3，粒徑分布特征見表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)碼顯微鏡對粉煤灰進行快速形貌分析，結果見圖4。

圖4 粉煤灰的電鏡照片（×200）

由圖4可見，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。通過電鏡放大觀察，生產(chǎn)質量控制人員可以快速辨別粉煤灰的質量差異。

2.3 不同粉煤灰對瓷磚膠粘結性能的影響

在表1瓷磚膠配方的基礎上，以粉煤灰取代20%的水泥，測試2種不同粉煤灰對瓷磚膠性能的影響，結果見表4。

表4 不同粉煤灰對瓷磚膠性能的影響

由表4可以看出，1#試樣的和易性、拉伸粘結強度和晾置20min的拉伸粘結強度均高于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間內的拉伸粘結強度。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，試樣晾置時間內的拉伸粘結強度低于JC/T547—2017標準要求的≥0.5 MPa。

2.4 粉煤灰摻量對瓷磚膠粘結性能的影響

在表1瓷磚膠配方的基礎上，以1#粉煤灰分別等量取代0、10%、20%、30%的水泥，考察粉煤灰摻量對瓷磚膠性能的影響，結果見表5。

表5 1#粉煤灰摻量對瓷磚膠性能的影響

由表5可以看出：

（1）摻入1#粉煤灰對瓷磚膠的施工性能有較好的改善，其微集料效應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強度和晾置20min的拉伸粘結強度均符合JC/T 547—2017標準要求（拉伸粘結強度≥0.5 MPa）。但瓷磚膠的拉伸粘結強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，粉煤灰的化學活性源于粉煤灰的火山灰性質，在有水的條件下，與Ca（OH）2在堿性環(huán)境下能反應，而瓷磚膠為薄層鋪貼，不利于粉煤灰化學活性的激發(fā)。此外，粉煤灰的水化反應速率慢，粉煤灰等量取代水泥時，瓷磚膠內部自由水分相應增加，有助于提高瓷磚膠的晾置時間。

2.5 瓷磚膠配合比的確定

基于以上試驗結果，以1#粉煤灰等量取代20%的水泥，配制瓷磚膠，并按JC/T 547—2017進行粘結性能測試，結果如表6所示。

表6 20%粉煤灰摻量的瓷磚膠的性能

由表6可見，制備的瓷磚膠具有良好的拉伸粘結強度。

3 結 論

（1）通過XRD/激光粒度儀/電子顯微鏡可以對粉煤灰進行微觀礦物成分和結構的分析，質優(yōu)的粉煤灰以無定形態(tài)為主，微觀顆粒形貌主要為表面光滑，大小均一的球形顆粒為主。

（2）不同類型的粉煤灰取代水泥對瓷磚膠的粘結性能影響較大。優(yōu)質的粉煤灰可以提高瓷磚膠的施工和易性和晾置20min的拉伸粘結強度。

（3）20%粉煤灰摻量的瓷磚膠具有較佳的施工性能和粘結強度，符合JC/T547—2017標準的要求。