淺談高活性偏高嶺土微粉的制備及復(fù)合效應(yīng)

梅明軍+李坤

摘 要：現(xiàn)如今，國內(nèi)外學(xué)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(jīng)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(wěn)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(fù)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(guān)鍵詞：高活性偏高嶺土微粉（MK）；早強、微膨脹、耐久性；復(fù)合效應(yīng)

依照現(xiàn)有的材料復(fù)合化的理論觀點來講，復(fù)合化的確可以做到讓材料進化，因為復(fù)合化能夠讓各組分性能在很大程度上發(fā)揮出來，而且還會產(chǎn)生疊加效應(yīng)。所以專家學(xué)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(fù)合礦渣微粉，由此提升混凝土的力學(xué)性能、耐久性，使其更加經(jīng)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(jié)果表明，具有明顯的片狀結(jié)構(gòu)。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(nèi)結(jié)晶水而轉(zhuǎn)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(qū)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(guān)鍵，包括合適煅燒溫度及保溫時間。按照火山灰活性指數(shù)、氫氧化鈣吸收值來明確煅燒制度，當(dāng)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(chǔ)上，再使用解聚設(shè)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(chǎn)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(nèi)結(jié)晶水含量在13.5%左右，其他成分所占比重都在1%以內(nèi)。實驗人員使用5%～10%的活性偏高嶺土通過內(nèi)摻法來替換水泥。

2 實驗結(jié)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(fā)現(xiàn)，高嶺土在750℃溫度下煅燒保溫90min，活性能夠達到最好狀態(tài)，對比實驗人員將此煅燒工藝制度作為標(biāo)準(zhǔn)，來完成各個摻量的計算。實驗結(jié)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(xué)性能最佳，而且高嶺土在經(jīng)過活化后Ca（OH）2反應(yīng)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(zhì)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(chǎn)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(xué)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(jié)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?jié)B性方面，但是抗凍性能、收縮率等都要比硅灰強很多，這一結(jié)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(xí)慣于使用硅灰作為活性礦物摻合料，但硅灰是工業(yè)生產(chǎn)副產(chǎn)品，質(zhì)量不夠穩(wěn)定，量不夠集中。而偏高嶺土由專門的企業(yè)生產(chǎn)，產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。實驗發(fā)現(xiàn)，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(xiàn)產(chǎn)業(yè)化，將會得到大規(guī)范的使用，由此擴大了高強混凝土的應(yīng)用范圍。

2.3 高活性偏高嶺土微粉與復(fù)合礦渣微粉復(fù)合效應(yīng)

實驗結(jié)果已經(jīng)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(biāo)準(zhǔn)稠度。高嶺土在經(jīng)過熱處理后吸水性很強，導(dǎo)致減水劑無法正常發(fā)揮出應(yīng)有的減水作用，使得水泥以及減水劑無法依照預(yù)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(xiàn)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(fù)合礦渣微粉復(fù)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(fù)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(fù)合礦渣微粉復(fù)合的試樣D的效果優(yōu)于硅灰與復(fù)合礦渣微粉復(fù)合的試樣C的效果，其力學(xué)性能、收縮率、抗凍性能、抗硫酸鹽腐蝕性能均優(yōu)于硅灰，四個試樣經(jīng)過272次凍融循環(huán)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(yōu)，充分顯示了MK與礦渣很好的復(fù)合疊加效應(yīng)。復(fù)合化使不同礦物微粉間、礦物微粉與水泥間會生化學(xué)交互作用，MK早期生成水化產(chǎn)物有利于超細礦渣產(chǎn)生更多的膠凝產(chǎn)物，使體系不斷密實起來，由于彼此誘導(dǎo)激發(fā)而提高了粉體的活性。復(fù)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(yīng)是多組分礦物微粒具有超疊加效應(yīng)及高性能的另一主要因素。

2.4 MK微粉與粉煤灰的復(fù)合效應(yīng)

粉煤灰是目前國內(nèi)最大宗的工業(yè)廢料，也是在混凝土中應(yīng)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(yīng)”、“火山灰效應(yīng)”“微集料效應(yīng)”，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(xiàn)的雙電層結(jié)構(gòu)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(fù)合可以取得更好效應(yīng)。與粉煤灰的復(fù)合可以降低水泥標(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)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(fù)合了5%的MK，其7d，28d強度仍高于E基準(zhǔn)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(fā)生二次反應(yīng)，破壞了水泥水化的動態(tài)平衡，加速了水泥的水化過程，增加了C-S-H凝膠量，同時，復(fù)合可以使輔助凝膠材料級配更趨合理，水泥石結(jié)構(gòu)更致密，從而使強度提高。由此可見，兩者的復(fù)合使用實現(xiàn)了優(yōu)勢互補.獲得了良好的復(fù)合效應(yīng)。

結(jié)束語

綜上所述，高活性偏高嶺土微粉的制備是關(guān)鍵，MK與礦粉、粉煤灰復(fù)合具有明顯疊加效應(yīng)，大大提高混凝土的早期強度、耐久性等指標(biāo)，由此真正的實現(xiàn)高性能混凝土添加劑產(chǎn)業(yè)化、工業(yè)化目標(biāo)。上述所介紹的內(nèi)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(fā)揮更大的作用。

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