偏高岭土在高强混凝土中的应用
2013-06-14黄宗凯熊真贤胡小勇
黄宗凯，戴 敏，熊真贤，胡小勇，黄 沙
(1.江西省建筑材料工业科学研究设计院，江西 南昌 330001;2.吉安市吉州天阳混凝土有限公司，江西 吉安 343000)
1 引言
混凝土是目前世界上应用最广泛的建筑材料之一，随着混凝土技术的不断发展，世界各国使用的混凝土强度也不断提高，而要使混凝土达到很高的强度一个非常行之有效的方法就是在混凝土中掺加活性掺合料。目前应用到混凝土中的传统的活性掺合料一般为矿粉、粉煤灰、硅灰等，而硅灰更可看作制备高强度等级混凝土的必备材料。我国硅灰产量低，价格高，且硅灰密度小，不易运输，不能很好地满足高强混凝土日益增长的需要，相比而言，高岭土在我国有着丰富的资源，其化学组成与粉煤灰、矿渣、硅灰等活性矿物材料非常相似，将高岭土进行热处理得到的偏高岭土具有更高的活性，因此偏高岭土有着非常广阔的应用前景。
2 偏高岭土的特性
偏高岭土是高岭土在一定温度下焙烧，脱去羟基后得到的产物，其化学成分分析如表1，有关资料表明:偏高岭土在形成过程中产生了大量断裂的化学键，表面能很大，所以偏高岭土同样能与水泥的水化产物Ca(OH)2产生很强的火山灰效应，生成更多的水化产物，起到化学填充密实作用。
表1 活性掺合料的化学成分(%)
3 实验
3.1 原材料
采用亚东水泥厂的洋房牌P.O42.5MPa水泥(C)，28天抗压强度为53.2MPa，细集料为长江中砂(S)，细度模数为2.6，含泥量小于2%，粗集料(G)为湖北黄岗碎石粒径为5～25mm连续级配，粉煤灰(FA)为丰城电厂二级灰，矿粉(SL)为萍乡钢铁厂S95级，硅灰(SF)为天津某公司提供，高效减水剂为FDN高效减水剂(AD)，偏高岭土(MK)为各地收集的高岭土原矿经自制而成，水是生活饮用水(W)。
3.2 偏高岭土试样的制作
取河南巩义、河南济源、江苏徐州、江西景德镇四地产的高岭土原矿样品放入箱式电炉中分别在650℃、750℃、850℃、950℃的煅烧温度下进行煅烧，制得16个小样，再经粉磨、筛分制成，比表面积约为1250m2/kg。
表2 经煅烧的偏高岭土(MK)样品
3.3 相关开发性实验
3.3.1 不同煅烧温度下偏高岭土样混凝土试验
采用不同煅烧温度下的偏高岭土样品进行混凝土试验，偏高岭土掺量为10%，混凝土配合比为(kg/m3):(AD为胶凝材料总量的重量百分比)
C MK S G W AD(%)450 50 663 1082 175 1.2
试验过程及结果如表3所示:
表3 不同偏高岭土样品混凝土试验中坍落度/扩展度和不同龄期抗压强度
项目样品编号坍落度/扩展度(mm)抗压强度(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
从表3中可知，在煅烧温度为750℃的时候，高岭土煅烧生成的偏高岭土活性最高，在同掺量同配合比下对混凝土的强度贡献最大。
3.3.2 偏高岭土不同掺量条件下混凝土相关性能试验采用在750℃煅烧温度下制成的偏高岭土样品，按占胶凝材料总量的5%、10%、15%、20%掺量进行试验，过程及结果如表4所示:从表4中可知:随着偏高岭土掺量的逐渐增大，混凝土的粘滞力越大，需掺加更多量的高效减水剂才能使混凝土获得同样的工作性能;当掺量小于15%时混凝土的抗压强度随偏高岭土的掺量的增加而增长，且掺加了偏高岭土的混凝土早期强度增长更加迅速。
表4 各掺量下混凝土坍落度/扩展度与各龄期抗压强度(AD用量为胶凝材料的重量百分比)
编号 掺量(%)混凝土配合比(kg/m3)抗压强度(MPa)C MK S G W AD(%)坍落度/扩展度(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 偏高岭土与其它掺合料进行双掺的混凝土试验
采用在煅烧温度为750℃下制成的偏高岭土(MK)为样品，和矿粉(SL)、粉煤灰(FA)、硅灰(SF)进行双掺试验，各组试验活性掺合料总量占总胶凝材料用量的20%，其中硅灰或偏高岭土占10%，掺合料超量取代系数为1.5，用水量控制在175kg/m3，水 胶 比 为 0.32，砂 率 为 38%(砂 648kg/m3，石1057kg/m3)，试验过程及结果如表5:
表5 双掺条件下混凝土坍落度/扩展度与抗压强度(AD用量为胶凝材料的重量百分比)
从表5中可看出:用偏高岭土与其他活性掺合料进行双掺，可获得非常理想的效果，从各龄期抗压强度上看，偏高岭土与粉煤灰复合双掺效果比与矿粉复合双掺效果要更好，并且用偏高岭土作掺合料的混凝土强度基本与用硅灰配制的混凝土强度相当。
4 结论
(1)在用高岭土制取偏高岭土时，煅烧温度在750℃时制成的偏高岭土的活性最高，最适合用作混凝土的掺合料;
(2)用偏高岭土作活性掺合料配制混凝土时，掺量在15%以下，混凝土强度随偏高岭土掺量的增加而增加，偏高岭土掺量越大，要获得相同的工作性能，所需高效减水剂量也随之增加，适宜掺量为10%左右;
(3)偏高岭土和粉煤灰复合双掺的效果比和矿粉复合双掺效果更好，在配制高强混凝土时可以用偏高岭土替代硅灰，同样能获得理想的强度效果。
总之，偏高岭土作为一种新兴的活性掺合料，在我国有着非常丰富的资源，随着人们的逐步认识，在混凝土技术高速发展的今天，偏高岭土有着非常大的发展潜力。
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