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建材行业是我国重要的高能耗、高排放产业，为促进经济转型和绿色发展，国家制定了温室气体减排目标，并出台了系列措施刺激和加强企业对碳排放的管理。我国水泥产业自1985 年以来一直位居世界第一，水泥及其制品是我国工业产业部门的一大碳排放源，仅次于燃煤发电。利用工业废弃物来降低水泥制品的整体碳排放量，在许多国家都进行了广泛的研究，例如，法国派丽集团在里昂的研发中心开展水泥建材制品用原材料碳足迹评估，见表1。
近年来，瓷砖胶大量应用于室内家装的瓷砖铺贴，已成为增长快速的预拌砂浆产品之一。通过大掺量引入粉煤灰、矿渣类矿物掺合料等工业废弃物取代水泥，来降低瓷砖胶的碳排放量，并评估矿物掺合料对瓷砖胶性能的影响，是本文研究的主要方向。
1 试验
1.1 试验原材料
⑴水泥：台泥（英德）有限公司生产的P.O42.5R 水泥，实测28d 抗压强度49.2MPa。其性能指标见表2。
⑵砂：河砂，过筛自制，颗粒粒径为0.16～0.63mm。
⑶粉煤灰：营口华能热电厂生产的II 级粉煤灰。
⑷矿渣：河北迁安市盛久建材生产的S95 级矿渣粉，比表面积401m2/kg。
⑸聚合物：可再分散乳胶粉，为醋酸乙烯酯/ 乙烯共聚物，白色粉末，易溶于水。
⑹羟乙基甲基纤维素醚，粘度为100kPa·s，白色粉末，易溶于水。
⑺水：自来水。
1.2 试验设备和方法
⑴矿物掺合料微观分析。
X 射线衍射仪，德国布鲁克BRUKER，型号：D8 focus。运用Diffrac EVA 基本数据处理软件，对矿物掺合料物相进行分析。运用Diffrac TOPAS 2 软件结合Rietveld 全谱拟合无标样定量相分析，确定样品中无定型态、结晶态中各种物相的具体含量。激光粒度仪，英国马尔文MALVERN，型号：Mastersizer 2000，干法进样，测试矿物掺合料的粒径分析。
⑵矿物掺合料活性指数测试。
微机控制压力试验机，上海华龙测试仪器股份有限公司，型号：WHY-300。粉煤灰样品按照GB/T 1596-2005《用于水泥和混凝土中的粉煤灰》进行制样、养护和活性指数测试。矿渣样品按照GB/T 18046-2008《用于水泥和混凝土中的粒化高炉矿渣粉》进行制样、养护和活性指数测试。
⑶瓷砖胶拉伸粘结强度测试。
拉拔试验机，CTC 中国建材检验认证集团股份有限公司，型号：LBY-V。瓷砖胶样品按照GB/T 25181-2010《预拌砂浆》6.2.5 干混陶瓷砖粘结砂浆要求，进行制样、养护和拉伸粘结强度测试。
2 结果与讨论
2.1 矿物掺合料矿物组成和粒径分析
矿物掺合料含有大量的SiO2、Al2O3 等活性成分，在常温下能与水泥水化产物发生“火山灰效应”以及自身兼有的“颗粒形态效应”、“微集填料效应”，将其代替胶凝材料而掺入砂浆中，对砂浆和易性、力学性能、耐久性能等发展具有较好的优势。
图1 和图2 分别是粉煤灰和矿渣样品的X 射线衍射图谱，表3 为两种矿物掺合料的矿物组成和粒径分析。从图1 粉煤灰的X 射线衍射图可见，拟合后，非晶漫散峰2θ=25°，非晶漫散峰由粉煤灰中的无定型态产生，在Topas 中将其选定为无定型态，结合其它结晶态物相产生的峰，Topas 统计出所有峰的积分面积，并计算出所有结晶态积分面积占总的积分面积的比例，得出粉煤灰中结晶态的百分比为17%，无定型态为83%。从图2 矿渣的X 射线衍射图可见，其物相组成基本为无定型态。从表3 中，利用激光粒度仪对粉煤灰和矿渣粉样品进行粒径分析，粉煤灰样品粒径D（50）=18.3μm，矿渣样品粒径D （50）=12.4μm。矿物掺合料无定型态的变化，以及颗粒群特征（包括颗粒大小、分布状态和形貌指数等）对水泥基材料的性能有显著影响作用。
2.2 矿物掺合料活性指数测试
表4 为粉煤灰和矿渣活性指数的测试结果。比较两种矿物掺合料的活性指数可知，矿渣的水化活性程度要高于粉煤灰，这与两者矿物组成和粒径分析一致。矿渣的不定型态更多，且粒度更细，因此水化活性更高。
2.3 矿物掺合料不同掺量对瓷砖胶凝结时间的影响
设计瓷砖胶试验干粉总量1000g，其中胶凝材料320g，粉煤灰和矿渣分别取代水泥量为0、10%、20%、30%、40%、50%，河砂665g，外加剂（可再分散乳胶粉、纤维素醚等）15g。粉煤灰和矿渣不同掺量下对瓷砖胶凝结时间的影响规律，结果见图3。
当矿物掺合料颗粒填充于水泥颗粒之间而减小水泥与水的接触面积，并且其水化活性较水泥熟料要低时，通常情况下矿物掺合料对水泥浆体具有缓凝效应。从图3 可以看出，粉煤灰的缓凝作用随掺量的增加而加强。当粉煤灰掺量增加至50%时，瓷砖胶凝结时间显著延长。而掺矿渣的瓷砖胶凝结时间基本保持不变，掺量增加至50%时，与不掺矿渣的对比样基本一致，说明矿渣具有较高的活性。
2.4 矿物掺合料不同掺量对瓷砖胶拉伸粘结强度的影响
粉煤灰和矿渣替代水泥量与瓷砖胶7d 和28d 拉伸粘结强度的关系见图4。由图4 可知，随着矿物掺合料的掺加，瓷砖胶的拉伸粘结强度随着其掺量增加而降低，粉煤灰和矿渣都呈现相同的趋势，但又有所差异。相同点在于掺量超过40%时，粉煤灰和矿渣28d 拉伸粘结强度都下降明显。差异点在于，粉煤灰7d 和28d 拉伸粘结强度的差异不大，而掺入矿渣的瓷砖胶7d 拉伸粘结强度与空白样比，下降较多，但28d 时，强度增长高于粉煤灰。
2.5 矿物掺合料不同掺量对瓷砖胶20min 晾置时间，拉伸粘结强度的影响
矿物掺合料的粒径小，比表面积高，对水的吸附能力、浆体粘聚性、中断浆体泌水通道的连续性具有促进作用，从而有利于提高砂浆的保水性能，因此可以提高瓷砖胶相同晾置时间内的拉伸粘结强度。由图5 可以看出，粉煤灰替代水泥量为40%时，20min 晾置时间的拉伸粘结强度最高，这是因为粉煤灰的形状主要是球形玻璃微珠，表面光滑，掺量越大滚珠效应越明显。而矿渣替代水泥量为10%时，20min 晾置时间的拉伸粘结强度最高，随后随着掺量的增加而降低。这是由于矿渣形状不规则，属于多角形状，不具备粉煤灰的滚珠效应，当掺量过高时，会使砂浆流动性变差，性能变差。
2.6 矿物掺合料不同掺量对瓷砖胶浸水后拉伸粘结强度的影响
矿物掺合料的加入，对瓷砖胶浸水后拉伸粘结强度没有负面影响。由图6 可以看出，掺加矿渣的瓷砖胶浸水后拉伸强度要好于粉煤灰。矿渣内部的活性物质在浸水环境中，与水泥水化产物Ca(OH)2 持续反应，可以提升瓷砖胶的拉伸粘结强度。
2.7 掺50%矿物掺合料瓷砖胶的碳排放测算
由表5 可见，用50%粉煤灰（配方2）和矿渣（配方3）取代水泥的瓷砖胶都符合GB/T 25181-2010《预拌砂浆》6.2.5 干混陶瓷砖粘结砂浆I 型（室内）的性能指标要求，并且与对标样（配方1）比，各项拉伸粘结性能没有显著降低。
表6 为根据配方组成测算瓷砖胶原材料的碳排放值。由表6 可见，采用矿物掺合料50%掺量取代水泥时，可降低瓷砖胶碳排放40%以上。
3 结论
⑴通过XRD 和激光粒度仪可以对粉煤灰和矿渣进行微观矿物组成和粒径分析，并通过活性指数测试可知，两种低碳排放的矿物掺合料均具有一定水化活性。
⑵通过不同掺量的矿物掺合料取代水泥在瓷砖胶中的拉伸粘结强度的结果，均符合GB/T 25181-2010《预拌砂浆》6.2.5 干混陶瓷砖粘结砂浆I 型（室内）的性能指标要求。
⑶瓷砖胶配方中，采用矿物掺合料50%掺量取代水泥时，可降低瓷砖胶碳排放40%以上。
