論述礦物摻合料對裝飾砂漿抗泛堿性能影響

王 娜 常學敏 韓知音

論述礦物摻合料對裝飾砂漿抗泛堿性能影響

王 娜 常學敏 韓知音

（青島黃海學院，山東 青島 266427）

裝飾砂漿作為一種新型建筑墻體裝飾材料，其中的無機膠凝材料一般為硅酸鹽或鋁酸鹽水泥等水泥基材料，在使用中易出現(xiàn)泛堿問題，使裝飾效果受到一定的影響。國內(nèi)外的研究者分析泛堿的產(chǎn)生原因，從裝飾砂漿的原材料種類、配合比、外加劑和養(yǎng)護條件等方面來提高抗泛堿性。本文主要論述惰性摻合料、工業(yè)廢渣、納米礦物材料對于裝飾砂漿抗泛堿機理的研究。裝飾砂漿抗泛堿的主要途徑：一方面利用礦物摻合料代替水泥，從而減少堿的產(chǎn)生；另一方面利用礦物摻合料的火山灰質(zhì)特性消耗水泥水化產(chǎn)生的堿（Ca(OH)2）。礦物摻合料的細度控制，利用其微集料效應(yīng)，改善砂漿的孔結(jié)構(gòu)，提高其密實度，使得水份無法通過砂漿的孔結(jié)構(gòu)進入內(nèi)部，減少遷移通道，降低水份攜帶可溶性堿和鹽遷移到砂漿表面而泛堿。

裝飾砂漿；泛堿；礦物摻料；工業(yè)廢渣

0 引言

裝飾砂漿作為一種新型節(jié)能建筑材料，具有色彩自然持久、造型豐富、顏色變化范圍、視覺柔和、施工方便、質(zhì)輕、成本低廉、綠色環(huán)保，比如在視覺效果上可以代替燒結(jié)普通磚，還符合外墻外保溫系統(tǒng)的要求等諸多優(yōu)點，越來越多的被廣泛使用。裝飾砂漿的廣泛應(yīng)用響應(yīng)了我國保護環(huán)境這一基本國策，踐行“綠水青山就是金山銀山”的理念。裝飾砂漿使用過程中存在易泛堿，影響其裝飾效果，這使裝飾砂漿應(yīng)用受到一定的限制。隨著經(jīng)濟的快速發(fā)展，工業(yè)廢渣的堆積，不僅占用了大量的土地,而且嚴重污染環(huán)境,威脅人類的健康。如何提高工業(yè)廢渣的資源化利用可行性，以及呼喚其新的資源化方式，是解決工業(yè)廢渣的關(guān)鍵所在。

一些研究表明，裝飾砂漿中加入礦物摻料，可以改善砂漿的工作性和密實度，如偏高嶺土、石灰石粉、石英粉等，這些礦物摻料中的活性成分可以與水泥水化產(chǎn)物中的氫氧化鈣反應(yīng)，提高提高砂漿的強度和密實度，降低砂漿泛堿的可能性，同時，礦物摻料替代部分水泥，還可降低砂漿成本。我們發(fā)現(xiàn)工業(yè)廢渣中的礦物成分與礦物摻料相似，工業(yè)廢渣作為活性礦物摻合料，來制備裝飾砂漿,不僅為制備綠色高性能裝飾砂漿提供了一條新途徑,而且還降低了成本, 作為新的資源化方式。研究者除了應(yīng)用工業(yè)廢渣改善裝飾砂漿的性能，還采用新型的納米摻合料來改善其結(jié)構(gòu)特征，消耗水化反應(yīng)產(chǎn)生的氫氧化鈣，減少泛堿。本文主要論述惰性摻料、工業(yè)廢渣（主要是礦渣粉、粉煤灰、鋰渣和鋼渣）和納米摻和料對裝飾砂漿的抗泛堿作用機理。

1 惰性摻料對裝飾砂漿抗泛堿的性能影響

裝飾砂漿中摻入石灰石粉，石灰石粉達到一定細度，能夠很好的填充水泥骨架的空隙,其顆粒的特殊結(jié)構(gòu)提高了砂漿的密實度[1,2]。另外摻入石灰石粉，水泥水化的空間擴大了，石灰石粉還能充當核位點，晶體在石灰石粉表面生長，促進了水泥的水化，還有利于砂漿早期強度發(fā)展。

2 工業(yè)廢渣對裝飾砂漿抗泛堿的性能影響

國內(nèi)市場上裝飾砂漿主要是以水泥作為膠凝材料，在使用時，水泥水化極易出現(xiàn)泛堿,其產(chǎn)生的原因主要是：水泥中主要的熟料礦物硅酸三鈣和硅酸二鈣，水化反應(yīng)產(chǎn)生的Ca(OH)2會溶于水形成游離的Ca2+和 OH-，Ca2+和 OH-會通過砂漿自身的毛細孔遷移至表面,與空氣中的CO2反應(yīng),在砂漿表面生成白色的CaCO3沉淀,因此產(chǎn)生泛堿。由此可見，裝飾砂漿中原材料反應(yīng)后，其中堿含量和孔隙結(jié)構(gòu)特征是影響其泛堿性能的兩個關(guān)鍵因素。

裝飾砂漿中采用的礦渣是?；母郀t礦渣，是將煉鐵高爐中的熔融爐渣經(jīng)急速冷卻后形成的質(zhì)地疏松的顆粒材料。礦渣主要來自爐料中各組分被氧化后生成的無機氧化物、雜質(zhì)和煉鋼時引入的材料。礦渣主要化學成分為氧化鈣和氧化硅、氧化鋁，與硅酸鹽水泥熟料組成相似，但氧化硅含量偏高而氧化鈣含量偏低，其為玻璃體結(jié)構(gòu),有較高的潛在活性,能單獨水化或在石灰、水泥熟料和石膏激發(fā)下生成水硬性水化產(chǎn)物。

我們在不影響裝飾砂漿強度使用要求的前提下，盡可能降低水泥用量。適量的礦渣粉摻入到裝飾砂漿中，礦渣粉含有一定量的活性 SiO2和 Al2O3，在一定激發(fā)條件下具有水化自硬性能，可以作為膠凝材料使用，可以取代部分水泥，從而減少了水泥水化產(chǎn)生的氫氧化鈣。利用礦渣的活性效應(yīng)，礦渣中的活性SiO2和Al2O3可與水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2反應(yīng)生成C-S-H凝膠，既降低了Ca(OH)2含量，這些凝膠形成凝膠膜，這些水化產(chǎn)物的網(wǎng)狀密實結(jié)構(gòu)硬化過程能有效地封閉較多孔隙，降低吸水量[3]。另外，在砂漿中再加入的可分散膠粉, 其在砂漿內(nèi)形成的聚合物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系，可以改善砂漿的致密性，降低砂漿的吸水量，這使得砂漿內(nèi)的可溶性堿和鹽析出量減少，從而降低砂漿的泛堿。

研究者還利用礦渣粉的微集料效應(yīng)，一定細度的礦渣粉均勻分布在水泥漿內(nèi)，填充孔隙和毛細孔，改善砂漿孔結(jié)構(gòu)和增大密實度，降低了孔隙率。隨著水化反應(yīng)的進展，礦渣粉和水泥漿體的界面接觸越緊密，因此礦渣粉的微集料效應(yīng)明顯地增強了硬化漿體的結(jié)構(gòu)強度[4]。

粉煤灰作為一種工業(yè)廢渣，它是火電廠燃煤產(chǎn)生的廢渣,長期堆置會占用大量土地，其中包含的部分有害物質(zhì)可以逐漸滲透到地表和周圍水體中，危害人體和自然環(huán)境。如何提高粉煤灰的資源化利用可行性，研究者分析其自身結(jié)構(gòu)和性質(zhì)，挖掘其新的資源化方式。

粉煤灰顆粒是在高溫煅燒過程中形成的，大多數(shù)粉煤灰的形態(tài)呈現(xiàn)為玻璃微珠，這部分外表比較光滑的類球形顆粒，由硅鋁玻璃體組成，尺寸多在幾微米到幾十微米。粉煤灰球形顆粒表面光滑,故摻入砂漿之后能起滾球潤滑作用，并能不增加甚至減少砂漿的用水量，起到減水作用。粉煤灰摻入到裝飾砂漿中，水的用量減少，在一定程度上，硬化后的砂漿內(nèi)部孔隙率降低，提高了砂漿的密實度，降低了其泛堿，提高了砂漿的強度[5]。以上是利用了粉煤灰的填充效應(yīng)，除此之外粉煤灰和?；郀t礦渣粉一樣也具有火山灰效應(yīng)。粉煤灰摻入砂漿中取代部分水泥，對于抑制砂漿的泛堿機理與?；郀t礦渣粉相同。

鋰渣來自鋰鹽生產(chǎn)過程，鋰渣的化學成份和性質(zhì)相對均一穩(wěn)定。目前利用鋰渣生產(chǎn)水泥，不但能達到綜合利用工業(yè)廢渣化害為利的目的,而且能增加水泥產(chǎn)量、降低生產(chǎn)成本,改善水泥性能、調(diào)節(jié)水泥標號、改善水泥安定性。鋰渣的化學成份與粘土質(zhì)相似,主要是Si02、A1203和Fe203等。其中Si02絕大多數(shù)是以無定形的Si02的形式存在，在一定激發(fā)條件下具有較高的火山灰活性。鋰渣加入到裝飾砂漿中可以吸收水泥水化產(chǎn)生的Ca (OH)2，發(fā)生二次反應(yīng)，填充空隙，減緩水泥水化熱，提高混凝土的強度，對抵抗裝飾砂漿的泛堿是有利的。同時鋰渣的摻入會使裝飾砂漿形成內(nèi)部結(jié)構(gòu)的自緊體系，降低水泥石的孔隙，從而降低了吸水率，減少可溶性堿隨著水分蒸發(fā)遷移到砂漿的表面[6]。

鋼渣是煉鋼過程中的一種副產(chǎn)品，它由生鐵中的硅、錳、磷、硫等雜質(zhì)在熔煉過程中氧化而成的各種氧化物以及這些氧化物與溶劑反應(yīng)生成的鹽類所組成。鋼渣的礦物組成包括硅酸二鈣、硅酸三鈣以及少量游離CaO、MgO等,具有一定的水化活性。楊震等[7]研究表明，在裝飾砂漿中采用適當粒徑和摻量的電爐滾筒渣，作為裝飾砂漿骨料使用，對裝飾砂漿后期泛堿的影響可能性越小。電爐滾筒渣中游離的氧化鈣含量為零，避免與水反應(yīng)生成Ca( OH)2，當有大量水時，通過裝飾砂漿內(nèi)部的毛細孔滲透到砂漿表面，與空氣中的 CO2反應(yīng)生產(chǎn)白色CaCO3沉淀，抑制泛堿，另外電爐滾筒渣具有較好的保水性和硬度，易于裝飾砂漿應(yīng)用和施工。姜帆等[8]研究中把粉煤灰和鋼渣配合在一起使用，兩者的活性成分可以參與砂漿的水化反應(yīng)，粉煤灰中的SiO2消耗鋼渣產(chǎn)生Ca（OH）2，并且能夠內(nèi)改善水化產(chǎn)物的孔徑分布和提高密實度，顆粒與顆粒間連接緊密，提高砂漿的后期強度和防水性能，間接的消耗了堿的量以及遷移的幾率。

3 納米礦物摻和料對裝飾砂漿抗泛堿的性能影響

納米二氧化鈦是白色疏松粉末，具有抗紫外線、抗菌、化學性質(zhì)穩(wěn)定性、自清潔、抗老化性能，還有良好的分散性和耐候性。納米二氧化鈦具有許多優(yōu)異的性能，其可廣泛應(yīng)用于化妝品、功能纖維、塑料、涂料、油漆等領(lǐng)域。研究表明TiO2的微細粉作為細填料應(yīng)用在混凝土中，不但有利于形成混凝土的密實度，而且減少了混凝土的需水量，提高了混凝土的早期強度。張小婷等[9]把適量的納米 TiO2添加裝飾砂漿中，能顯著提高水泥基裝飾砂漿的太陽光反射率，改善其力學性能，毛細孔吸水率可降低 50%。裝飾砂漿的吸水率的降低，可溶性的堿溶解于水時，隨著毛細孔遷移到裝飾砂漿的表面的幾率下降，從而降低了裝飾砂漿的泛堿程度。除此之外，納米二氧化鈦還具有自清潔的作用，目前已經(jīng)將其廣泛在市場上的自清潔涂料中，利用納米二氧化鈦的光催化特性，使涂料表面吸附的各種有機物發(fā)生氧化反應(yīng)，并分解為油、沙粒、水等不易吸附的物質(zhì)，從而達到自清潔的效果。除此之外，納米二氧化鈦還對介質(zhì)的穩(wěn)定性可起到保護作用，并能增強砂漿的附著力，防止裂紋，防止紫外線，延長裝飾砂漿的壽命。

納米二氧化硅是一種無機化工材料, 外觀為為無定形白色粉末，其微結(jié)構(gòu)為球形，呈絮狀和網(wǎng)狀的準顆粒結(jié)構(gòu)。納米二氧化硅具有許多獨特的性質(zhì)，如具有對抗紫外線的光學性能，能提高其他材料抗老化、強度和耐化學性能。納米SiO2在建筑材料中的應(yīng)用，有效改善了傳統(tǒng)建筑材料一些弊端，完善了新型建筑材料。納米SiO2應(yīng)用在裝飾砂漿中，與水泥水化產(chǎn)生的Ca(OH)2，反應(yīng)，生成硅酸鈣凝膠，降低了砂漿中堿的量，增加了水泥水化的化學結(jié)合水量，同時減小了Ca(OH)2的晶粒尺寸。馬先偉[10]研究超細 CaCO3和納米 SiO2對水泥裝飾砂漿性能的影響，當納米SiO2和超細CaCO3配合使用時，SiO2的火山灰作用，消耗水泥水化產(chǎn)生的Ca(OH)2，使化學結(jié)合水量不斷增加，產(chǎn)生更多的C-S-H凝膠，從而使裝飾砂漿更加密實。超細CaCO3主要起微集料作用，兩種作用共同的結(jié)果是孔隙減少和孔徑細化，這對于 改善飾面砂漿的耐沾污性能更加有利。

4 結(jié)論

裝飾砂漿因其施工方便、飾面效果優(yōu)良等優(yōu)點而被廣泛應(yīng)用， 但在使用過程中易產(chǎn)生泛堿問題，影響裝飾美觀，限制了裝飾砂漿的使用。 國內(nèi)外的研究者根據(jù)泛堿的原因，尋找抗泛堿的方法。首先減少堿的產(chǎn)生，水泥是堿產(chǎn)生的主要源頭，減少水泥用量或者用低堿性的水泥可以有效控制泛堿。本文主要論述了通過礦物摻合料代替水泥，一方面減少堿的產(chǎn)生，另一方面利用礦物摻合料的火山灰質(zhì)特性消耗水泥水化產(chǎn)生的堿（Ca(OH)2）。研究者還通過對礦物摻合料的細度控制，以及礦物摻合料之間的配合使用，利用摻合料的微集料效應(yīng)，改善砂漿的孔結(jié)構(gòu)，提高其密實度，結(jié)合可再分散乳膠粉溶于水后成膜，對孔結(jié)構(gòu)進行密封，使得水份無法通過砂漿的孔結(jié)構(gòu)進入內(nèi)部，減少遷移通道，降低水份攜帶可溶性堿和鹽遷移到砂漿表面而泛堿。

[1]張大康.高細石灰石粉用作水泥混合材料的試驗研究[J].水泥,2005,7.

[2]鞠艷麗，張雄.廢石粉在商品砂漿中的應(yīng)用研究[J].建筑石膏與膠凝材料，2002，12.

[3]和瑞，張國防，陸小培，王培銘.礦渣微粉對水泥基飾面砂漿性能的影響[J].第七屆全國商品砂漿學術(shù)交流會（7thNCCM）論文集[C]，廣州：2017.

[4]張靈，王培銘，朱繪美，張國防.礦渣粉和偏高嶺土對水泥基飾面砂漿性能的影響[J].第四屆全國商品砂漿學術(shù)交流會論文集[C]，上海：2011.

[5]唐明秀，宋慧平，薛芳斌.粉煤灰在涂料中的應(yīng)用研究進展[J].潔凈煤技術(shù)，2020，26.

[6]徐瑞峰.水泥基彩色裝飾砂漿的制備及泛堿抑制技術(shù)研究[D].南昌：南昌大學材料科學與工程學院，2018.

[7]楊震，武傳金.寶鋼鋼渣用于飾面砂漿中的可行性研究[J].四川建材，2019，45.

[8]姜帆，劉小全.鋼渣-粉煤灰預(yù)拌砂漿的試驗研究[J].新型建筑材料，2020，12.

[9]張小婷，劉燕麗，程浩，張學文.姜帆，劉小全.納米TiO2添加飾面砂漿的性能[J].遼寧工程技術(shù)大學學報（自然科學版），2015，34.

[10]馬先偉.超細CaCO3和納米SiO2對水泥飾面砂漿性能的影響[J].混凝土，2010，04.

青島黃海學院2020 年度校級科研項目，裝飾砂漿的抗泛堿性能研究，項目編號：2020KJ08。

王娜(1985- ），女，青島黃海學院，講師，研究方向：土木工程。

K928

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1007-6344（2021）04-0005-02