高嶺土在水泥混凝土中的應(yīng)用得到國(guó)內(nèi)外廣泛的關(guān)注

時(shí)間：2014-05-07 10:16:33

作者：世邦機(jī)器

混凝土是目前應(yīng)用較廣泛的建筑材料之一，隨著社會(huì)的發(fā)展，對(duì)混凝土的要求越來(lái)越高，新型的綠色環(huán)保型高性能混凝土已成為混凝土的發(fā)展方向。除了選擇優(yōu)質(zhì)水泥、集料和混凝土外加劑外，性能優(yōu)良的礦物細(xì)摻料，高嶺土加工成為高性能混凝土不可缺少的組分。因此如何合理使用活性細(xì)摻料就成為實(shí)現(xiàn)混凝土高性能化的重要途徑之一。

偏高嶺土的應(yīng)用：高嶺土在600〜800℃條件下脫水除雜可制得偏高嶺土，偏高嶺土不僅能提高混凝土的強(qiáng)度、抗?jié)B性和耐侵蝕性，而且能抑制堿-集料反應(yīng)。偏高嶺土作為混凝土的摻料，高嶺土的用途已廣泛應(yīng)用于實(shí)際生產(chǎn)中。

在20世紀(jì)80年代國(guó)際上開始進(jìn)行相關(guān)實(shí)驗(yàn)，90年代中后期研究力度不斷增大，深入研究了將其作為混凝土礦物摻和料對(duì)水泥及混凝土性能的影響。由于偏高嶺土的特殊性能和遠(yuǎn)低于硅灰的價(jià)格，以及高性能混凝土的迅速發(fā)展，偏高嶺土在水泥混凝土中的應(yīng)用前景廣闊，必將得到國(guó)內(nèi)外越來(lái)越廣泛的關(guān)注。

偏高嶺土的作用機(jī)理：偏高嶺土能提高混凝土的強(qiáng)度及其它性能，主要在于它能加速水泥水化效應(yīng)、填充效應(yīng)、火山灰效應(yīng)和抑制堿-二氧化硅反應(yīng)。

(1)加速水泥水化效應(yīng)高嶺土經(jīng)過(guò)煅燒后，結(jié)構(gòu)發(fā)生了很大的變化，在600〜800℃條件下脫水除雜而成偏高嶺土，高嶺土結(jié)構(gòu)中的六配位鋁絕大部分轉(zhuǎn)化成具有反應(yīng)活性的四配位鋁，這些大量無(wú)定形二氧化硅和氧化鋁，原子排列不規(guī)則，呈熱力學(xué)介穩(wěn)狀態(tài)，能迅速與硅酸鹽水泥水化產(chǎn)生的Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)，使液相中Ca(OH)2濃度迅速降低，從而促進(jìn)了硅酸鹽水泥的進(jìn)一步水化。所以，加入偏高嶺土的硅酸鹽水泥具有早強(qiáng)性，而且后期強(qiáng)度也能顯著提高。

（2)填充效應(yīng)混凝土可視為連續(xù)級(jí)配的顆粒堆積體系，粗集料的間隙由細(xì)集料填充，細(xì)集料的間隙由水泥顆粒填充，水泥顆粒之間的間隙則要更細(xì)的顆粒來(lái)填充，細(xì)磨的偏高嶺土在混凝土中可起這種細(xì)顆粒的作用，因此減少了水的填充比例。而且由于偏高嶺土可以吸收水泥水化產(chǎn)生的Ca(OH)2而形成水化鋁酸鈣和水化硫鋁酸鈣凝膠，也具有填充效應(yīng)，從而改善水泥混凝土硬化體中的孔隙率和孔結(jié)構(gòu)，使混凝土形成密實(shí)填充結(jié)構(gòu)和細(xì)觀層次自緊密堆積體系，從而有效地改善了混凝土的力學(xué)性能及耐久性。

（3）火山灰效應(yīng)偏高嶺土的火山灰活性主要是指其對(duì)Ca(OH)2的吸收能力。在混凝土中，硅酸鹽水泥水化時(shí)會(huì)產(chǎn)生大量的Ca(OH)2，而混凝土中存在的大量Ca(OH)2是混凝土抗侵蝕性低、耐久性差的主要原因之一，也是水泥飾面砂漿產(chǎn)生斑點(diǎn)的重要原因。偏高嶺土所含的玻璃態(tài)或無(wú)定形硅以細(xì)粉末狀態(tài)存在時(shí)，在攪拌混凝土?xí)r，偏高嶺土和水接觸，部分小顆粒迅速溶解，能與氫氧化鈣和水在常溫下發(fā)生化學(xué)反應(yīng)生成有膠凝性的物質(zhì)，即鋁酸鈣的水化物晶體和硅鋁酸鈣的水化物晶體(簡(jiǎn)稱AFT)。

騙高嶺土有大量斷裂的化學(xué)鍵，表面能很大，可迅速吸收部分Ca(OH)2產(chǎn)生二次水化反應(yīng)，促進(jìn)AFT和C-S-H凝膠的生成，從而改善了界面區(qū)Ca(OH)2的取向度，降低了它的含量，減小了它的晶粒尺寸。這不僅有利于混凝土力學(xué)性能的提高，也能改善其耐久性。

（4）抑制堿-二氧化硅反應(yīng)偏高嶺土作為一種火山灰質(zhì)材料，具有抑制混凝土堿-二氧化硅反應(yīng)(ASR)的作用。ASR是堿-集料反應(yīng)的一種，即堿與集料中的活性二氧化硅發(fā)生反應(yīng)。摻入偏高嶺土所形成的水化產(chǎn)物包裹了孔溶液中的K+、Na+,降低了孔溶液的pH值，從而抑制了反應(yīng)的進(jìn)行。

Aguino等(2001)研究了偏高嶺土和硅粉對(duì)用高堿水泥和含5%蛋白石的集料制備的砂漿的堿-集料反應(yīng)膨脹量的影響。結(jié)果表明，偏高嶺土和硅粉均能降低堿-集料反應(yīng)的膨脹量，偏高嶺土和硅粉取代量為10%時(shí)，在80℃、lmol/LNaOH溶液中放置21d后砂漿柱試件的膨脹率分別較基準(zhǔn)水泥砂漿試件降低60%和50%。顯然偏高嶺土和硅粉均能降低堿-集料反應(yīng)的膨脹量。