1、-47-第46卷第1期 非金属矿 Vol.46 No.12023年1月 Non-Metallic Mines January,2023不同激发剂对陶瓷微粉水泥胶砂强度的影响王 倩1,2 李华伟1,2*刘飞宇1(1 武夷学院 土木工程与建筑学院，福建 武夷山 354300；2 闽北山地地质灾害防治福建省高校工程研究中心，福建 武夷山 354300）摘 要 为了研究陶瓷微粉作为辅助胶凝材料的可行性，以 30%陶瓷微粉作为辅助胶凝材料替代水泥，选用 4 种不同激发剂提升陶瓷微粉的活性，并利用 X 射线荧光光谱（XRF）、X 射线衍射（XRD）、扫描电镜（SEM）等对原料及胶结体的化学组成、矿物组成及
2、微观形貌等进行表征和分析。结果表明，4%Na2SO4对陶瓷微粉水泥砂浆体系的早期活性提升效果最好，其 3 d 强度较不添加激发剂的基准组提高 61.1%，但会引起结构内部损伤，影响后期强度；而 8%电石渣作为激发剂能够促进陶瓷微粉水泥砂浆水化硅酸钙（C-S-H）、水化硅铝酸钙（C-A-S-H）凝胶的形成，对后期力学性能激发效果最好，28 d 强度较基准组提升 27%，活性指数为 0.99，且能兼顾早期强度。关键词 陶瓷微粉；激发剂；强度；活性指数；微观结构中图分类号：TU528文献标志码：A文章编号：1000-8098(2023)01-0047-05Effect of Different Ac
3、tivators on the Strength of Cement Mortar Containing Ceramic MicropowderWang Qian1,2 Li Huawei1,2*Liu Feiyu1(1 School of Civil Engineering and Architecture,Wuyi University,Wuyishan,Fujian 354300;2 Fujian University Engineering Research Center for the Prevention and Control of Geological Hazards in N
4、orthern Fujian,Fujian,Wuyishan 354300)Abstract In order to study the feasibility of ceramic micropowder as auxiliary cementitious material,30%ceramic micropowder was used as auxiliary cementitious material to replace cement,four different activators were selected to enhance the activity of ceramic m
5、icropowder cement mortar.The chemical composition,mineral composition and microstructure of raw materials and cements were characterized and analyzed by XRF,XRD,SEM and other methods.The results show that 4%Na2SO4 has the best effect on improving the early activity of the ceramic micropowder cement
6、mortar system,and its strength after 3 days increases by 61.1%compared with the cement mortar without activator,but it will cause internal damage of the structure and affect the later strength;and 8%carbide slag as an activator can promote the formation of C-S-H and C-A-S-H gels of ceramic micropowd
7、er cement mortar,and has the best excitation effect on the later mechanical properties,the strength after 28 days increases by 27%compared with the cement mortar without activator,the activity index is 0.99,and the early strength can be taken into account.Key words ceramic powder;stimulator;strength
8、;activity index;micro structure 我国是陶瓷生产和消费大国，陶瓷业产生的陶瓷废料逐年增多，每年超过 1 000 万吨1。建阳是福建省的主要陶瓷产地，因生产的建盏陶瓷其花纹精美而闻名，但建盏陶瓷煅烧工艺繁杂，成品率低。据资料显示，建盏陶瓷成品率低至 8%2-3。极低的成品率会产生大量的陶瓷废料，这些陶瓷废料常采用堆积填埋的方式进行处置，不仅会占用大量土地，而且会污染土壤和地下水，对城市环境造成巨大压力4。因此，如何处理和利用陶瓷废料成为亟待解决的问题。目前，陶瓷废料的常用处理方法主要有生产陶瓷砖、制作蒸压砖及将陶瓷废料破碎处理后作为混凝土粗骨料等5-7。徐志辉等8利
9、用陶瓷废料、水泥、粉煤灰、石灰为原料，制备加气混凝土，当陶瓷废料、水泥、粉煤灰、石灰、石膏的质量比为 392021173时，其制备得到的加气混凝土强度和表观密度均符合要求。王萍等1以粉煤灰、电石渣为原料，同时掺入陶瓷废料和石膏制备蒸压砖，测试了蒸压砖的力学性能，结果表明，添加陶瓷废料粉可以提高蒸压砖的强度。谭波等9以陶瓷废料为粗骨料，取代部分石子制备了再生混凝土，结果表明，当陶瓷掺量在 50%70%时，再生混凝土的力学性能比普通混凝土更好，且水泥和陶瓷废料的界面结合性能更好。以上研究均证明采用陶瓷废料作为骨料可行，但采用陶瓷废料作为胶凝材料取代水泥的研究很少，利用陶瓷废料作为胶凝材料取代部分水
10、泥，既能使资源得到有效利用，又拓宽了陶瓷废料的使用途径，还能减少因生产水泥而产生的二氧化碳排放量。陶瓷废料的主要化学成分为 SiO2、Fe2O3、Al2O3等，具备火山灰材料的特性，有作为原料制备胶凝材料的潜能，但陶瓷废料早期火山灰活性低，强度发展慢，影响制备的混凝土早期强度10-11。为了提高陶瓷收稿日期：2022-11-20基金项目：福建省自然科学基金（2020J01400）；福建省中青年教师教育科研项目（JAT200669）；大学生创新创业训练项目（S202210397067）。*通信作者，Tel：13850952940；E-mail:。-48-第46卷第1期 非金属矿 2023年1月废
11、料的活性，提高混凝土的早期强度，拟利用不同激发剂激发陶瓷微粉的活性。本试验主要通过破碎、研磨处理得到陶瓷废料微粉，辅以不同种类激发剂以提升其活性。采用 X 荧光光谱（XRF）、激光粒度仪、X射线衍射（XRD）仪对陶瓷微粉的化学组成、平均粒径、矿物组成进行分析研究，以 3 d、28 d 抗压强度表征不同激发剂对陶瓷废料微粉的激发效果，并用强度活性指数评价经激发剂激发后的陶瓷微粉的火山灰活性。1 试验部分1.1 原料 水泥，PO 42.5 普通硅酸盐水泥，江西省玉山万年青水泥股份有限公司；标准砂，厦门艾思欧标准砂有限公司。陶瓷微粉，取自福建省建阳区水吉镇建盏厂，利用颚式破碎机将建盏陶瓷碎片进一步破
12、碎处理，再利用干法球磨机对破碎后的陶瓷废料进行研磨，研磨介质选用氧化锆球，研磨时间为 120 min，采用激光粒度仪（Mastersizer 3 000 型，英国马尔文仪器有限公司）测定研磨后陶瓷微粉的粒径分布，测得中值粒径为 14.1 m。激发剂：电石渣，D50 为 6.5 m，产自湖北宜化集团；Na2SO4、Ca(OH)2、NaOH，均为分析纯，阿拉丁试剂有限公司生产。水泥的物理与化学性质，见表 1；陶瓷微粉与电石渣的主要化学组成，见表 2；陶瓷微粉的矿物组成，见图 1。表 1 水泥的物理与化学性质密度/（g/cm3）比表面积/（m2/kg）初凝时间/min终凝时间/min28 d 抗折强
13、度/MPa28 d 抗压强度/MPa2.933572032507.745.0表 2 陶瓷微粉与电石渣的主要化学组成（w/%）原料 SiO2 CaO Fe2O3 Al2O3 SO3 MgO ZnO K2O MnO Na2O 陶瓷微粉65.03 1.175.7523.08 0.07 0.885 0.052.50 0.373 0.137电石渣2.87 65.80 0.151.470.530.14-0.35图1 陶瓷微粉的矿物组成1.2 试验方法 按 GB/T 12957-2005用于水泥混合材的工业废渣活性试验方法，以陶瓷微粉为辅助胶凝材料，取 30%陶瓷微粉取代硅酸盐水泥，同时掺入 4 种不同的活
14、性激发剂：NaOH、Ca(OH)2、电石渣、Na2SO4，掺量分别为胶凝材料质量的 4%、8%、12%，掺入方式为外掺。按照 GB/T 17671-1999水泥胶砂强度检验方法（ISO 法）制备 40 mm40 mm160 mm水泥胶砂试块，胶砂配比为 1 3，水灰比为 0.5。测定试件 3 d 与 28 d 抗压强度，不同激发剂的陶瓷微粉的活性指数 K 计算公式，见式（1）。K=RJ/R0 100%（1）式中：RJ为陶瓷微粉胶砂试块的 28 d 抗压强度值，MPa；R0为纯水泥胶砂试块的 28 d 抗压强度值，MPa。1.3 性能测试 在规定水化龄期将陶瓷微粉净浆试样破碎至小块，并将其烘干后
15、置入无水乙醇中终止水化，真空干燥处理 24 h，块体试样用于 SEM 测试，其余试样采用玛瑙研钵研磨至粉体，并通过 200 目（74 m）标准筛，用于 XRD 测试。XRD 测试：采用德国布鲁克公司 D8 Advance X 射线衍射仪表征水化产物的矿物相。SEM 测试：采用等离子溅射仪对试样表面进行喷金处理，以保证良好的导电性，随后采用泰思肯公司 VEGA3 SBH 型扫描电子显微镜（SEM）观测水化产物的微观形貌。2 结果与讨论2.1 强度试验 不同激发剂及掺量对胶砂试件 3 d、28 d 抗压强度及活性指数影响，见表 3。表 3 强度试验结果表编号陶瓷微粉掺量/%激发剂掺量/%抗压强度/
16、MPa活性指数NaOH Ca(OH)2 电石渣 Na2SO43 d 28 d空白组0000021.8 48.9-基准组30000015.7 38.2 0.78130400013.1 28.4 0.58 230800014.6 29.8 0.613301200014.2 28.8 0.59430040017.2 34.0 0.70530080018.5 38.2 0.786300120018.3 38.6 0.79730004020.9 40.10 0.82830008022.9 48.5 0.999300012019.8 40.6 0.831030000425.3 41.8 0.851130000818.3 34.7 0.7112300001216.4 32.0 0.652.1.1 3 d 抗压强度分析：由表 3 中 3 d 强度数据可石英氧化铝氧化镁CaFeO3CaAlSiO(OH)4Ca SiO H O242/()102030405060-49-不同激发剂对陶瓷微粉水泥胶砂强度的影响王 倩，李华伟，刘飞宇看出，除 Na2SO4的激发效果随着掺量的增加而降低，掺入其他激发剂后 3 d
