偏高嶺土在高強混凝土中的應用

黃宗凱，戴 敏，熊真賢，胡小勇，黃 沙

(1.江西省建筑材料工業科學研究設計院，江西 南昌 330001;2.吉安市吉州天陽混凝土有限公司，江西 吉安 343000)

1 引言

混凝土是目前世界上應用最廣泛的建筑材料之一，隨著混凝土技術的不斷發展，世界各國使用的混凝土強度也不斷提高，而要使混凝土達到很高的強度一個非常行之有效的方法就是在混凝土中摻加活性摻合料。目前應用到混凝土中的傳統的活性摻合料一般為礦粉、粉煤灰、硅灰等，而硅灰更可看作制備高強度等級混凝土的必備材料。我國硅灰產量低，價格高，且硅灰密度小，不易運輸，不能很好地滿足高強混凝土日益增長的需要，相比而言，高嶺土在我國有著豐富的資源，其化學組成與粉煤灰、礦渣、硅灰等活性礦物材料非常相似，將高嶺土進行熱處理得到的偏高嶺土具有更高的活性，因此偏高嶺土有著非常廣闊的應用前景。

2 偏高嶺土的特性

偏高嶺土是高嶺土在一定溫度下焙燒，脫去羥基后得到的產物，其化學成分分析如表1，有關資料表明:偏高嶺土在形成過程中產生了大量斷裂的化學鍵，表面能很大，所以偏高嶺土同樣能與水泥的水化產物Ca(OH)2產生很強的火山灰效應，生成更多的水化產物，起到化學填充密實作用。

表1 活性摻合料的化學成分(%)

3 實驗

3.1 原材料

采用亞東水泥廠的洋房牌P.O42.5MPa水泥(C)，28天抗壓強度為53.2MPa，細集料為長江中砂(S)，細度模數為2.6，含泥量小于2%，粗集料(G)為湖北黃崗碎石粒徑為5～25mm連續級配，粉煤灰(FA)為豐城電廠二級灰，礦粉(SL)為萍鄉鋼鐵廠S95級，硅灰(SF)為天津某公司提供，高效減水劑為FDN高效減水劑(AD)，偏高嶺土(MK)為各地收集的高嶺土原礦經自制而成，水是生活飲用水(W)。

3.2 偏高嶺土試樣的制作

取河南鞏義、河南濟源、江蘇徐州、江西景德鎮四地產的高嶺土原礦樣品放入箱式電爐中分別在650℃、750℃、850℃、950℃的煅燒溫度下進行煅燒，制得16個小樣，再經粉磨、篩分制成，比表面積約為1250m2/kg。

表2 經煅燒的偏高嶺土(MK)樣品

3.3 相關開發性實驗

3.3.1 不同煅燒溫度下偏高嶺土樣混凝土試驗

采用不同煅燒溫度下的偏高嶺土樣品進行混凝土試驗，偏高嶺土摻量為10%，混凝土配合比為(kg/m3):(AD為膠凝材料總量的重量百分比)

C MK S G W AD(%)450 50 663 1082 175 1.2

試驗過程及結果如表3所示:

表3 不同偏高嶺土樣品混凝土試驗中坍落度/擴展度和不同齡期抗壓強度

項目樣品編號坍落度/擴展度(mm)抗壓強度(MPa)3天 7天 28天9210 /560 44.4 51.9 70.210 220/550 49.5 56.6 74.611 210/550 48.6 56.2 72.012 220/580 46.2 55.9 71.913 205/520 46.2 54.6 72.514 210/530 48.8 55.9 74.815 230/540 47.9 53.6 72.116 215/530 46.0 54.7 69.1

從表3中可知，在煅燒溫度為750℃的時候，高嶺土煅燒生成的偏高嶺土活性最高，在同摻量同配合比下對混凝土的強度貢獻最大。

3.3.2 偏高嶺土不同摻量條件下混凝土相關性能試驗采用在750℃煅燒溫度下制成的偏高嶺土樣品，按占膠凝材料總量的5%、10%、15%、20%摻量進行試驗，過程及結果如表4所示:從表4中可知:隨著偏高嶺土摻量的逐漸增大，混凝土的粘滯力越大，需摻加更多量的高效減水劑才能使混凝土獲得同樣的工作性能;當摻量小于15%時混凝土的抗壓強度隨偏高嶺土的摻量的增加而增長，且摻加了偏高嶺土的混凝土早期強度增長更加迅速。

表4 各摻量下混凝土坍落度/擴展度與各齡期抗壓強度(AD用量為膠凝材料的重量百分比)

編號 摻量(%)混凝土配合比(kg/m3)抗壓強度(MPa)C MK S G W AD(%)坍落度/擴展度(mm)3天 7天 28天.74 D 20 400 100 663 1082 175 1.4 215/500 44.9 53.8 71.84 C 15 425 75 663 1082 175 1.2 220/500 47.2 56.7 7200 / 500 / 663 1082 175 1.0 220/580 36.8 48.8 66.9

3.3.3 偏高嶺土與其它摻合料進行雙摻的混凝土試驗

采用在煅燒溫度為750℃下制成的偏高嶺土(MK)為樣品，和礦粉(SL)、粉煤灰(FA)、硅灰(SF)進行雙摻試驗，各組試驗活性摻合料總量占總膠凝材料用量的20%，其中硅灰或偏高嶺土占10%，摻合料超量取代系數為1.5，用水量控制在175kg/m3，水 膠 比 為 0.32，砂 率 為 38%(砂 648kg/m3，石1057kg/m3)，試驗過程及結果如表5:

表5 雙摻條件下混凝土坍落度/擴展度與抗壓強度(AD用量為膠凝材料的重量百分比)

從表5中可看出:用偏高嶺土與其他活性摻合料進行雙摻，可獲得非常理想的效果，從各齡期抗壓強度上看，偏高嶺土與粉煤灰復合雙摻效果比與礦粉復合雙摻效果要更好，并且用偏高嶺土作摻合料的混凝土強度基本與用硅灰配制的混凝土強度相當。

4 結論

(1)在用高嶺土制取偏高嶺土時，煅燒溫度在750℃時制成的偏高嶺土的活性最高，最適合用作混凝土的摻合料;

(2)用偏高嶺土作活性摻合料配制混凝土時，摻量在15%以下，混凝土強度隨偏高嶺土摻量的增加而增加，偏高嶺土摻量越大，要獲得相同的工作性能，所需高效減水劑量也隨之增加，適宜摻量為10%左右;

(3)偏高嶺土和粉煤灰復合雙摻的效果比和礦粉復合雙摻效果更好，在配制高強混凝土時可以用偏高嶺土替代硅灰，同樣能獲得理想的強度效果。

總之，偏高嶺土作為一種新興的活性摻合料，在我國有著非常豐富的資源，隨著人們的逐步認識，在混凝土技術高速發展的今天，偏高嶺土有著非常大的發展潛力。

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