偏高嶺土在高強(qiáng)混凝土中的應(yīng)用

黃宗凱，戴 敏，熊真賢，胡小勇，黃 沙

(1.江西省建筑材料工業(yè)科學(xué)研究設(shè)計(jì)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(yīng)用最廣泛的建筑材料之一，隨著混凝土技術(shù)的不斷發(fā)展，世界各國使用的混凝土強(qiáng)度也不斷提高，而要使混凝土達(dá)到很高的強(qiáng)度一個(gè)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(yīng)用到混凝土中的傳統(tǒng)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(qiáng)度等級(jí)混凝土的必備材料。我國硅灰產(chǎn)量低，價(jià)格高，且硅灰密度小，不易運(yùn)輸，不能很好地滿足高強(qiáng)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(xué)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(jìn)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(yīng)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(chǎn)物，其化學(xué)成分分析如表1，有關(guān)資料表明:偏高嶺土在形成過程中產(chǎn)生了大量斷裂的化學(xué)鍵，表面能很大，所以偏高嶺土同樣能與水泥的水化產(chǎn)物Ca(OH)2產(chǎn)生很強(qiáng)的火山灰效應(yīng)，生成更多的水化產(chǎn)物，起到化學(xué)填充密實(shí)作用。

表1 活性摻合料的化學(xué)成分(%)

3 實(shí)驗(yàn)

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(qiáng)度為53.2MPa，細(xì)集料為長江中砂(S)，細(xì)度模數(shù)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(xù)級(jí)配，粉煤灰(FA)為豐城電廠二級(jí)灰，礦粉(SL)為萍鄉(xiāng)鋼鐵廠S95級(jí)，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(jīng)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(jì)源、江蘇徐州、江西景德鎮(zhèn)四地產(chǎn)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(jìn)行煅燒，制得16個(gè)小樣，再經(jīng)粉磨、篩分制成，比表面積約為1250m2/kg。

表2 經(jīng)煅燒的偏高嶺土(MK)樣品

3.3 相關(guān)開發(fā)性實(shí)驗(yàn)

3.3.1 不同煅燒溫度下偏高嶺土樣混凝土試驗(yàn)

采用不同煅燒溫度下的偏高嶺土樣品進(jìn)行混凝土試驗(yàn)，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(yàn)過程及結(jié)果如表3所示:

表3 不同偏高嶺土樣品混凝土試驗(yàn)中坍落度/擴(kuò)展度和不同齡期抗壓強(qiáng)度

項(xiàng)目樣品編號(hào)坍落度/擴(kuò)展度(mm)抗壓強(qiáng)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(shí)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(duì)混凝土的強(qiáng)度貢獻(xiàn)最大。

3.3.2 偏高嶺土不同摻量條件下混凝土相關(guān)性能試驗(yàn)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(jìn)行試驗(yàn)，過程及結(jié)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(dāng)摻量小于15%時(shí)混凝土的抗壓強(qiáng)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(qiáng)度增長更加迅速。

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

編號(hào) 摻量(%)混凝土配合比(kg/m3)抗壓強(qiáng)度(MPa)C MK S G W AD(%)坍落度/擴(kuò)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(jìn)行雙摻的混凝土試驗(yàn)

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(jìn)行雙摻試驗(yàn)，各組試驗(yàn)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(shù)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(yàn)過程及結(jié)果如表5:

表5 雙摻條件下混凝土坍落度/擴(kuò)展度與抗壓強(qiáng)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(jìn)行雙摻，可獲得非常理想的效果，從各齡期抗壓強(qiáng)度上看，偏高嶺土與粉煤灰復(fù)合雙摻效果比與礦粉復(fù)合雙摻效果要更好，并且用偏高嶺土作摻合料的混凝土強(qiáng)度基本與用硅灰配制的混凝土強(qiáng)度相當(dāng)。

4 結(jié)論

(1)在用高嶺土制取偏高嶺土?xí)r，煅燒溫度在750℃時(shí)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?xí)r，摻量在15%以下，混凝土強(qiáng)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(fù)合雙摻的效果比和礦粉復(fù)合雙摻效果更好，在配制高強(qiáng)混凝土?xí)r可以用偏高嶺土替代硅灰，同樣能獲得理想的強(qiáng)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(rèn)識(shí)，在混凝土技術(shù)高速發(fā)展的今天，偏高嶺土有著非常大的發(fā)展?jié)摿Α?/p>

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