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高岭土在水泥混凝土中的应用得到国内外广泛的关注

时间:2014-05-07 10:16:33

编辑:世邦机器

混凝土是目前应用较广泛的建筑材料之一,随着社会的发展,对混凝土的要求越来越高,新型的绿色环保型高性能混凝土已成为混凝土的发展方向。除了选择优质水泥、集料和混凝土外加剂外,性能优良的矿物细掺料,高岭土加工成为高性能混凝土不可缺少的组分。因此如何合理使用活性细掺料就成为实现混凝土高性能化的重要途径之一。

偏高岭土的应用:高岭土在600〜800℃条件下脱水除杂可制得偏高岭土,偏高岭土不仅能提高混凝土的强度、抗渗性和耐侵蚀性,而且能抑制碱-集料反应。偏高岭土作为混凝土的掺料,高岭土的用途已广泛应用于实际生产中。

在20世纪80年代国际上开始进行相关实验,90年代中后期研究力度不断增大,深入研究了将其作为混凝土矿物掺和料对水泥及混凝土性能的影响。由于偏高岭土的特殊性能和远低于硅灰的价格,以及高性能混凝土的迅速发展,偏高岭土在水泥混凝土中的应用前景广阔,必将得到国内外越来越广泛的关注。

偏高岭土的作用机理:偏高岭土能提高混凝土的强度及其它性能,主要在于它能加速水泥水化效应、填充效应、火山灰效应和抑制碱-二氧化硅反应。

(1)加速水泥水化效应高岭土经过煅烧后,结构发生了很大的变化,在600〜800℃条件下脱水除杂而成偏高岭土,高岭土结构中的六配位铝绝大部分转化成具有反应活性的四配位铝,这些大量无定形二氧化硅和氧化铝,原子排列不规则,呈热力学介稳状态,能迅速与硅酸盐水泥水化产生的Ca(OH)2发生反应,使液相中Ca(OH)2浓度迅速降低,从而促进了硅酸盐水泥的进一步水化。所以,加入偏高岭土的硅酸盐水泥具有早强性,而且后期强度也能显著提高。

(2)填充效应混凝土可视为连续级配的颗粒堆积体系,粗集料的间隙由细集料填充,细集料的间隙由水泥颗粒填充,水泥颗粒之间的间隙则要更细的颗粒来填充,细磨的偏高岭土在混凝土中可起这种细颗粒的作用,因此减少了水的填充比例。而且由于偏高岭土可以吸取水泥水化产生的Ca(OH)2而形成水化铝酸钙和水化硫铝酸钙凝胶,也具有填充效应,从而改善水泥混凝土硬化体中的孔隙率和孔结构,使混凝土形成密实填充结构和细观层次自紧密堆积体系,从而有效地改善了混凝土的力学性能及耐久性。

(3)火山灰效应偏高岭土的火山灰活性主要是指其对Ca(OH)2的吸取能力。在混凝土中,硅酸盐水泥水化时会产生大量的Ca(OH)2,而混凝土中存在的大量Ca(OH)2是混凝土抗侵蚀性低、耐久性差的主要原因之一,也是水泥饰面砂浆产生斑点的重要原因。偏高岭土所含的玻璃态或无定形硅以细粉末状态存在时,在搅拌混凝土时,偏高岭土和水接触,部分小颗粒迅速溶解,能与氢氧化钙和水在常温下发生化学反应生成有胶凝性的物质,即铝酸钙的水化物晶体和硅铝酸钙的水化物晶体(简称AFT)。

骗高岭土有大量断裂的化学键,表面能很大,可迅速吸取部分Ca(OH)2产生二次水化反应,促进AFT和C-S-H凝胶的生成,从而改善了界面区Ca(OH)2的取向度,降低了它的含量,减小了它的晶粒尺寸。这不仅有利于混凝土力学性能的提高,也能改善其耐久性。

(4)抑制碱-二氧化硅反应偏高岭土作为一种火山灰质材料,具有抑制混凝土碱-二氧化硅反应(ASR)的作用。ASR是碱-集料反应的一种,即碱与集料中的活性二氧化硅发生反应。掺入偏高岭土所形成的水化产物包裹了孔溶液中的K+、Na+,降低了孔溶液的pH值,从而抑制了反应的进行。

Aguino等(2001)研究了偏高岭土和硅粉对用高碱水泥和含5%蛋白石的集料制备的砂浆的碱-集料反应膨胀量的影响。结果表明,偏高岭土和硅粉均能降低碱-集料反应的膨胀量,偏高岭土和硅粉取代量为10%时,在80℃、lmol/LNaOH溶液中放置21d后砂浆柱试件的膨胀率分别较基准水泥砂浆试件降低60%和50%。显然偏高岭土和硅粉均能降低碱-集料反应的膨胀量。

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