淺談高活性偏高嶺土微粉的制備及復合效應

梅明軍+李坤

摘 要：現如今，國內外學者都在大力研究高活性偏高嶺土基混凝土添加劑，此種材料在經過一系列處理后可以大幅提高混凝土早期強度、耐久性、體積穩定性等性能。本文主要通過對高活性偏高嶺土微粉制備的簡單介紹，以及活性偏高嶺土作為混凝土添加劑與礦粉、粉煤灰復合后性能對比，概述活性偏高嶺土基混凝土添加劑性能特點。

關鍵詞：高活性偏高嶺土微粉（MK）；早強、微膨脹、耐久性；復合效應

依照現有的材料復合化的理論觀點來講，復合化的確可以做到讓材料進化，因為復合化能夠讓各組分性能在很大程度上發揮出來，而且還會產生疊加效應。所以專家學者一直以來都嘗試著將活化偏高嶺土和礦渣有機融合起來，形成復合礦渣微粉，由此提升混凝土的力學性能、耐久性，使其更加經濟實用。

1 高活性偏高嶺土微粉（MK）的制備

原礦高嶺土缺乏活性，掃描電鏡分析結果表明，具有明顯的片狀結構。要使其具火山灰活性，就需要采用活化處理的方法，在一定溫度下將高嶺土煅燒使之脫去內結晶水而轉換成偏高嶺土，是比較有效的熱活化方法。制備人員按照DTA差熱分析法進行分析，認為600-900℃這一溫度區間作為活化處理高嶺土最為合適。

選擇合適煅燒工藝制度是制備高活性偏高嶺土的關鍵，包括合適煅燒溫度及保溫時間。按照火山灰活性指數、氫氧化鈣吸收值來明確煅燒制度，當然除這個因素外，還需要考慮水泥作膠砂強度因素，綜合上述兩種因素，才可以最終確定最佳煅燒時間。在此基礎上，再使用解聚設備對偏高嶺土進行細化處理，由此研究偏高嶺土微粉的粗細程度對其活性產生的具體影響。

高嶺土中主要成分是SiO2和Al2O3，含量分別為48.3%和37.6%，內結晶水含量在13.5%左右，其他成分所占比重都在1%以內。實驗人員使用5%～10%的活性偏高嶺土通過內摻法來替換水泥。

2 實驗結果與討論

2.1 高活性偏高嶺土微粉（MK）對水泥需水量的影響

實驗發現，高嶺土在750℃溫度下煅燒保溫90min，活性能夠達到最好狀態，對比實驗人員將此煅燒工藝制度作為標準，來完成各個摻量的計算。實驗結果表明，在750℃溫度下，摻入10%的活性偏高嶺土水泥膠砂的力學性能最佳，而且高嶺土在經過活化后Ca（OH）2反應能力明顯提升，具有非常好的火山灰活性，單純的從性能上講，活性偏高嶺土與硅灰基本上相同。高活性偏高嶺土微粉的加入，使得相同的膠凝材料需要更多的水源，前者加入的量越多，單位質量膠凝材料就越需要越多水源。這是因為高活性偏高嶺土屬于典型的脫水產物，再加之，高活性偏高嶺土微粉具有比較大的比表面積，摻量越多，就需要讓更多的水來讓填充孔隙，由此增加單位體積混凝土用水量。

2.2 高活性偏高嶺土微粉對混凝土力學性能的影響

8%高活性偏高嶺土微粉來取代一部分水泥，加入混凝土中以后具有非常好的和易性。之后與硅灰進行對比試驗。實驗結果表明，同樣是取代量為8%的高活性偏高嶺土微粉，試樣B與試樣A兩者在很多性能方面都比較接近，如抗壓強度、抗滲性方面，但是抗凍性能、收縮率等都要比硅灰強很多，這一結果可以證明使用高活性偏高嶺土微粉來制備混凝土能夠在很大程度上提升混凝土原本的物理性能，可以延長混凝土的使用壽命，改善效果基本上與硅灰相同，甚至在某方面要比硅灰混凝土強很多。一直以來，人們習慣于使用硅灰作為活性礦物摻合料，但硅灰是工業生產副產品，質量不夠穩定，量不夠集中。而偏高嶺土由專門的企業生產，產品質量穩定。實驗發現，高活性偏高嶺土微粉完全可以取代硅灰作為摻合料，若此種摻合料可以實現產業化，將會得到大規范的使用，由此擴大了高強混凝土的應用范圍。

2.3 高活性偏高嶺土微粉與復合礦渣微粉復合效應

實驗結果已經證明，高活性偏高嶺土微粉摻量可以在很大程度上影響水泥標準稠度。高嶺土在經過熱處理后吸水性很強，導致減水劑無法正常發揮出應有的減水作用，使得水泥以及減水劑無法依照預期相容。而礦渣的減水性能卻非常強，礦渣顆粒表面卻有非常強的致密性，十分光滑，難以吸收水分子，因此漿體中會出現十分光滑的滑動面，由此使其流動性更強。

把8%MK微粉與35%復合礦渣微粉復合，改善了含MK微粉水泥與減水劑的相容性，也改善了礦渣易泌水性，使拌合物和易性能有較大改善，復合后替代水泥量達43%。與A、B樣相比，C、D樣替代水泥量從8%增至43%，除了抗壓強度降低外，收縮性能、抗凍性能和抗硫酸鹽腐蝕性能都提高了，僅用540kg/m3膠凝材料就可以配制出大流動性、低收縮的高強度高性能混凝土。而且，MK與復合礦渣微粉復合的試樣D的效果優于硅灰與復合礦渣微粉復合的試樣C的效果，其力學性能、收縮率、抗凍性能、抗硫酸鹽腐蝕性能均優于硅灰，四個試樣經過272次凍融循環的破壞作用后，試件外觀基本完好無損，重量損失很少，尤其是試樣D性能更優，充分顯示了MK與礦渣很好的復合疊加效應。復合化使不同礦物微粉間、礦物微粉與水泥間會生化學交互作用，MK早期生成水化產物有利于超細礦渣產生更多的膠凝產物，使體系不斷密實起來，由于彼此誘導激發而提高了粉體的活性。復合化還使不同粒級粉體組成更合理的微集料級配，從而有更緊密的堆積和填充，這種物理性效應是多組分礦物微粒具有超疊加效應及高性能的另一主要因素。

2.4 MK微粉與粉煤灰的復合效應

粉煤灰是目前國內最大宗的工業廢料，也是在混凝土中應用最廣的摻合料。之所以得到較好的利用是因為它具有“形貌效應”、“火山灰效應”“微集料效應”，粉煤灰顆粒呈球形，光滑的球形粒子在水泥凈漿中起到潤滑、滾動作用，粒子表面因吸附而出現的雙電層結構加強了潤滑作用，流動性與和易性得到改善的同時，增加了保水性和均勻性，降低了需水量，起到了減水作用。但早期強度卻較難保證。MK微粉早期增強效果非常好，但會降低拌合物的流動性，兩者復合可以取得更好效應。與粉煤灰的復合可以降低水泥標準稠度需水量，減少達到要求膠砂流動度時的拌和水量，而彌補了MK標準稠度用水量大對水泥的不良影響，并使收縮率減小，而MK可以克服粉煤灰早期強度低的缺點。G樣在摻粉煤灰15%的情況下，由于復合了5%的MK，其7d，28d強度仍高于E基準樣。這是由于活化高嶺土微粒中的活性A12O3、SiO2與水泥水化釋放出來的Ca（OH）2發生二次反應，破壞了水泥水化的動態平衡，加速了水泥的水化過程，增加了C-S-H凝膠量，同時，復合可以使輔助凝膠材料級配更趨合理，水泥石結構更致密，從而使強度提高。由此可見，兩者的復合使用實現了優勢互補.獲得了良好的復合效應。

結束語

綜上所述，高活性偏高嶺土微粉的制備是關鍵，MK與礦粉、粉煤灰復合具有明顯疊加效應，大大提高混凝土的早期強度、耐久性等指標，由此真正的實現高性能混凝土添加劑產業化、工業化目標。上述所介紹的內容還有進一步的研究空間，相信改進之后，高活性偏高嶺土微粉將會發揮更大的作用。

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