下面文章主要對陶瓷粉混凝土進行基本力學性能試驗和碳化試驗，分析摻陶瓷粉混凝土的碳化性能，之后發現陶瓷粉混凝土齡期強度高于普通混凝土和粉煤灰混凝土，但是在不考慮摻和料影響系數的情況下摻入陶瓷粉會降低混凝土的強度，陶瓷粉的摻入對混凝土的抗碳化性能沒有不良影響，且設計配合比時考慮摻和料影響系數，混凝土的抗碳化性能明顯得到改善，其28d碳化深度僅為普通混凝土的31.5%。

　　關鍵詞：陶瓷粉,摻和料,力學性能,抗碳化性能,影響系數

　　廢棄陶瓷為工程界新興的建筑再生材料，因其質輕、價廉、火山活性高、富含SiO2等優點，廣泛應用于混凝土中。很多學者對陶瓷在混凝土中的應用進行研究，將廢棄陶瓷制品作為粗骨料、細骨料或者摻和料來配制混凝土[1-3]。已有的研究表明，破碎陶瓷作為粗骨料對再生混凝土的性能有一定影響，經過改性處理后強度方可滿足要求[4]。

　　廢棄陶瓷研磨后作為陶瓷再生砂配置的混凝土，力學性能優良，可以應用于實際工程中。而將廢棄陶瓷球磨后作為水泥摻和料的研究卻不多。綜合所有陶瓷作為再生骨料配置再生混凝土的試驗現象表明陶瓷更適宜作為細骨料進行推廣，鑒于有學者利用陶瓷拋光磚粉制備蒸壓硅酸鹽制品，經實驗對比發現其火山灰活性較高，且同等條件下陶瓷拋光粉中參與反應的活性SiO2遠多于粉煤灰[5]。將廢棄陶瓷球磨后作為水泥摻和料使用更能發揮其性能。

　　新型混凝土材料的試驗研究中，多數學者都致力于強度的保證而忽視了混凝土耐久性的影響。而新型混凝土的微觀結構相較于普通混凝土更為復雜，為分析新型混凝土的耐久性機理帶來了困難，已有的研究結果可比性較差，沒有整體性的讓人信服的結論[6]。混凝土的碳化是影響混凝土耐久性的重要指標，建筑結構在使用過程中外部混凝土的水化產物與空氣中酸性CO2氣體發生反應，使混凝土的成分、組織以及性能發生改變，機能下降，從而失去對鋼筋的保護作用，減少鋼筋混凝土結構的使用壽命[7-8]。

　　而全球氣候變暖，大氣中的CO2氣體含量越來越高的地球現狀，決定了抗碳化性能一直都會是混凝土耐久性研究的主導方向[9-10]。筆者早期水泥膠砂試驗結果表明，陶瓷粉的最優摻量為25%，水泥膠砂的齡期強度增長曲線與粉煤灰相似。在此基礎上，本文沿用25%的最優摻量，對陶瓷粉混凝土的基本力學性能及碳化性能進行研究，為合理開發推廣陶瓷粉混凝土提供理論依據。

　　1材料與方法

　　陶瓷選用江西景德鎮產的各類廢棄陶瓷，表觀密度為2.375kg/m3。經清洗、機械破碎后研磨成粉末，形成陶瓷摻合料。陶瓷粉比表面積為458m2/kg。80μm方孔篩篩余量<5%。混凝土共分為5組，混凝土設計強度值為C40。其中PC是普通混凝土，TC-1和FA-1組是在普通混凝土配合比的基礎上以陶瓷粉和粉煤灰按照25%的比例替代水泥，TC-2和FA-2組是考慮摻和料影響系數計算出的配合比，所有試件中陶瓷粉和粉煤灰的摻量均取25%。

　　2試驗結果與分析

　　2.1混凝土的齡期強度

　　試驗加載過程中，5組混凝土試塊最終破壞形態相似。沿平行于加載方向產生幾條貫穿的裂縫而破壞。試塊外表面部分脫落。陶瓷粉混凝土破壞的同時偶伴有悶響聲，這是因為混凝土屬于脆性材料，強度越高脆性越突出，當抗拉強度和抗壓強度不能同步成比例增長，抗壓破壞時HSC共價鍵突然崩裂，會伴有巨響。

　　可以考慮摻入纖維或者高分子材料等途徑改性解決。分別測試五組混凝土試件的3d、7d、14d、28d和56d抗壓強度，對比分析陶瓷粉混凝土的抗壓強度隨養護齡期的增長規律。TC-2的齡期強度最高，其28d抗壓強度達到47.45Mpa，較普通混凝土增長6.9%，比FA-2增長17.5%，說明陶瓷微粉具有較高的水化活性。

　　TC-1組混凝土的齡期強度最低，其前期強度增長速度略低于其它幾組混凝土，后期增長速度緩慢，遠遠低于其它幾組混凝土。粉煤灰混凝土的兩種配合比對其齡期強度的影響不是很大。根據其曲線的走勢可以發現，FA-1后期強度增長較快，其56d抗壓強度已經跟FA-2非常接近;這點與陶瓷粉混凝土正好相反。對比分析粉煤灰和陶瓷粉摻入混凝土中對混凝土強度的影響可知，進行陶瓷粉混凝土配合比設計時，可以參考規范中粉煤灰混凝土的設計方法，但有必要進行修正，即適當降低影響系數值。具體數值的確定，有待進一步試驗加以研究。

　　2.2陶瓷粉混凝土的抗碳化性能

　　2.2.1質量變化

　　在進行碳化后的第三天，其質量有明顯增加。這是因為在碳化試驗前需對試件進行干燥處理，在60±2℃的烘箱中烘干48小時，干燥導致毛細孔與環境之間濕度梯度發生變化，混凝土內部水分減少。隨著碳化的進行，碳化箱內相對濕度為70±5%，試件質量的增加主要是因為水分的吸收，但是這種情況只出現在碳化初始階段。碳化后期質量的變化曲線較為平緩，此時的試塊處于吸水類飽和狀態，同時二氧化碳入侵，形成碳酸后與混凝土中的堿性介質發生反應生成碳酸鈣填充在毛細孔中，使凝土試件吸收水分更為困難，所以碳化后期試件質量只有微小增加。

　　2.2.2動彈性模量變化

　　對于每一個混凝土試塊，都存在一個固有的諧振頻率。在其它參數一定的情況下，試塊的諧振頻率只和密度有關，因此混凝土試塊的固有振動頻率可以反映其強度。混凝土的動彈性模量就是根據其質量和諧振頻率計算所得，所以動彈性模量在一定程度上可以反應混凝土內部密實度，分析動彈性模量的變化曲線可以看出，碳化前期，普通混凝土和陶瓷粉混凝土的動彈性模量略有增加然后才開始降低，當其碳化至28d后又開始回升。

　　在進行碳化的初期，混凝土試件的齡期強度仍在增長，由于水化反應的繼續發展以及碳化作用使得混凝土更加致密，所以其動彈性模量均有一定程度的增長。隨著碳化的進行，混凝土基體以及孔溶液在與CO2持續反應中堿度逐漸下降，導致混凝土收縮，宏觀表現為其動彈性模量的降低。三組混凝土在碳化試驗的整個過程中動彈性模量的變化規律一致;碳化至28d動彈性模量再次升高，根據動彈性模量的測定原理可知，應為混凝土表面進入完全碳化階段，生成的化合物使其表面一定深度的混凝土更加密實，試驗測得其動彈性模量增大。

　　2.2.3碳化深度

　　TC-2的碳化深度最小，抗碳化性能最強，TC-1和PC混凝土的碳化深度相差不多，碳化初期PC的碳化深度較高，隨著碳化時間的增加，TC-2的碳化深度增大。直至28d時，TC-2和PC的碳化深度僅相差0.3mm。兩者的抗碳化性能相似。可以看出TC-2組混凝土具有良好的抗碳化性能，其28d碳化深度僅為3.6mm。而同樣進行碳化試驗的普通混凝土試塊碳化深度已達11.4mm。

　　究其原因，摻入陶瓷粉有微集料效應和火山灰效應，使得陶瓷粉混凝土內部結構更加致密，二氧化碳氣體難以侵入混凝土的內部，僅在表面發生較緩慢的碳化反應;隨著碳化反應的進行生成的碳酸鈣填充在毛細孔中，進一步阻礙了二氧化碳氣體向混凝土內部的擴散，隨著碳化時間的增長，混凝土碳化速度越來越慢。有相關研究也得出相同的結論[11]認為廢陶瓷破碎產生的石粉填充于混凝土的空隙，提高混凝土微結構的密實度，從而提高了混凝土強度與耐久性能。另外也有學者對陶瓷的火山灰活性進行測試，得出結論為其火山灰活性高于粉煤灰[3,5]。

　　3結論

　　(1)陶瓷粉作為摻和料可以有效提高混凝土的抗壓強度。同等條件下的陶瓷粉混凝土的基本力學性能要優于粉煤灰混凝土。進行陶瓷粉混凝土配合比設計時，可以參考規范中粉煤灰混凝土設計方法。

　　(2)陶瓷粉能夠有效提高混凝土的抗碳化性能，在碳化過程中陶瓷粉混凝土的碳化深度增長緩慢。碳化后期甚至出現零增長的現象。

　　參考文獻：

　　[1]陳夢成,丁小蒙,王凱,等.廢建筑陶瓷再生混凝土研究現狀與熱點問題分析[J].材料導報,2012,26:303-316.

　　[2]張承志,劉鳳利,劉俊華.廢陶瓷再生砂對砂漿性能影響的研究[J].混凝土與水泥制品,2011,7:54-57.

　　[3]王功勛.陶瓷拋光磚粉作輔助膠凝材料的火山灰性[J].硅酸鹽學報,2010,38(7):1229-1234.

　　[4]許開成,方葦,陳夢成,等.陶瓷再生粗骨料混凝土力學性能研究[J].實驗力學,2014,29(4):474-480.

　　[5]王功勛,蘇達根,趙一翔.陶瓷拋光磚粉制備蒸壓硅酸鹽制品[J].華南理工大學學報:自然科學版,2008,36(7):124-127.

　　[6]雷斌,肖建莊.再生混凝土抗碳化性能的研究[J].建筑材料學報,2008,11(5):605-611.

　　[7]元成方,牛荻濤,段付珍,等.碳化過程中混凝土模擬孔溶液pH值變化規律研究[J].硅酸鹽通報,2011,30(5):1126-1129.

　　[8]鄭建嵐,黃利頻.大摻量礦物摻和料自密實混凝土抗碳化性能研究[J].建筑材料學報,2012,15(5):678-683.

　　[9]蔣金洋,孫偉,金祖權,等.疲勞載荷與碳化耦合作用下結構混凝土壽命預測[J].建筑材料學報,2010,13(3):304-309.

　　[10]趙慶新,許宏景,閆國亮.應力損傷對混凝土抗碳化性能的影響[J].建筑材料學報,2013,16(3):503-507.

　　[11]蔡基偉,李北星,周明凱,等.石粉對中低強度機制砂混凝土性能的影響[J].武漢理工大學學報,2006,28(4):27-30.

　　建筑類期刊推薦：建筑材料學報創刊于1998年，由國家教育部主管，同濟大學主辦。收錄本刊的數據庫有：中文核心期刊要目總覽(2008年版)、美國《工程索引》(Ei Compendex)、美國《化學文摘》(CA)、中國科學引文數據庫、中國核心期刊(遴選)數據庫、中國學術期刊綜合評價數據庫、中國期刊全文數據庫、中國學術期刊文摘(中、英文版)等。