偏高岭石范文

偏高岭石范文（精选7篇）

偏高岭石 第1篇

粉煤灰[13]是火电厂的副产品, 是一种极细的球状颗粒。主要成分为SiO2、Al2O3与Fe2O3, 有时还含有较多的CaO, 具有较高的火山灰活性。我国每年排放量达2亿t以上, 目前有部分用于砌块的生产, 但是仍然有大量堆积并造成环境污染。偏高岭石虽然也具有类似性质, 但是其近年来作为其原料的高岭石供不应求, 价格不断攀升, 加上在我国贮量有限, 故将丰富而价格低廉的粉煤灰用于替代偏高岭石制备土聚水泥意义重大。本文以粉煤灰作为掺加成分替代偏高岭石用于制备土聚水泥并分析了粉煤灰替代量的变化对土聚水泥的微观形貌和单轴抗压力学性能的影响。

1 实验部分

1.1 实验原料

偏高岭石:自制;

粉煤灰:某电厂Ⅱ级低钙粉煤灰, 其成分如表1。

氢氧化钠:市售96%分析纯。

水玻璃:市售, 模数为3。

水:自来水

1.2 实验过程

土聚水泥的制备与力学测试:

分别取偏高岭石粉末适量, 并用粉煤灰进行按比例替代 (替代比例分别为0、20、40、60、80、100%) , 将二者混合均匀后倒入胶砂搅拌锅内, 边搅拌边加入配好的模数为1的碱激发剂溶液, 搅拌3min, 将拌和均匀的浆体倒入三联试模中, 振动1min, 标记后室温养护, 1d后拆模继续养护至要求龄期, 按水泥抗压强度测定方法测定各龄期单轴抗压强度, 并记录各试样的应力应变曲线。

2 结果与讨论

2.1 固体原料组分对土聚水泥力学性能的影响

各试样在各龄期强度如表2, 从表中可以看出, 各土聚水泥试样的强度随龄期的增加均在增长, 但随着粉煤灰替代量的增大, 不同土聚水泥试样各个龄期的强度逐渐降低。含有粉煤灰的原料得到的土聚水泥的各龄期强度均低于不含粉煤灰原料的试样的同龄期强度。这可能是由于粉煤灰结构中的玻璃体的聚合度较高, 在土聚反应早期, 玻璃体难以被碱激发剂激发并溶解。从而影响了后续聚合反应的进行和土聚水泥的生成, 最终导致较不含粉煤灰的原料得到的土聚水泥的强度低。当粉煤灰用量较大时, 未参加反应的粉煤灰和偏高岭石残留于土聚水泥结构内部成为强度薄弱区, 也会导致土聚水泥结构不均而使强度过低。此外, 随着粉煤灰替代比例的增大, 为了保持反应物浆体与不掺粉煤灰的反应物浆体具有同样的流动性能, 用水量也要增大。实验发现, 当用水量超过一定程度, 碱激发剂会被稀释或流失, 这将使碱激发剂浓度偏低, 而其浓度过低导致有效碱激发剂的量相对不足, 激发能力下降, 而不能使偏高岭石和粉煤灰中用以生成土聚水泥的玻璃体足够多地溶解, 从而降低了激发效果。此外, 用水量过大也导致了土聚水泥中毛细孔隙率的提高和结构密实性降低, 不利于提高强度。

2.2 固体原料组分对土聚水泥微观形貌的影响

图2是保持激发剂种类和用量不变, 单用和分别用掺有20%、80%、100%的粉煤灰的偏高岭石各自制得土聚水泥7d龄期的单轴受压破坏面的SEM照片, 从图中可以看出, 单用偏高岭石作为固体原料制备的土聚水泥更密实均匀些, 而原料含有20%、80%、100%粉煤灰的土聚水泥的受压破坏面的物相成分比较杂乱, 并且有球状颗粒;相对而言 (c) 、 (d) 试样的球状颗粒更大、更多, 组成成分也更杂乱;此外, 我们还可以看出, (b) 、 (c) 试样的SEM照片中的裂纹均是从球状颗粒与胶状物的界面处发展而来。

结合图1所示粉煤灰的SEM照片可以看出, 球状颗粒物是粉煤灰, 说明粉煤灰溶解并不充分, (c) 试样含有更多残留的球状粉煤灰颗粒, 粒度也更大些, 而 (d) 试样的微观形貌则最为混乱, 残留粉煤灰最多。这表明碱激发剂在粉煤灰完全溶解之前已经耗完。即激活同质量的粉煤灰和偏高岭石, 前者相对要消耗更多的碱激发剂。如果仍然保持原碱激发剂的量, 未参加反应的粉煤灰就残留在土聚水泥中, 残留粉煤灰的存在与土聚水泥之间存在界面, 而界面之间的粘接强度较低, 当受到外力时此处首先发生破坏并不断扩展, 从图中可以看出, 这正是 (b) 、 (c) 试样的SEM照片中的裂纹扩展源。此外, 从表2可以看出, 用大掺量粉煤灰的原料制得土聚水泥的强度比不掺粉煤灰的低, 但降低幅度不大, 即使采用100%的粉煤灰制成的土聚水泥7d龄期的抗压强度也超过了15MPa, 所以将其用于一些强度要求较低的部位, 比如用于制作建筑物基础的垫层或砌筑结构的粘接材料也是很理想的, 性价比也较高。

2.3 土聚水泥单轴抗压应力应变行为分析

从6组中随机抽取4个不同试样3d、7d、10d、28d龄期的单轴抗压应力-应变曲线对比分析, 如图3所示。

虽然4个试样的原料配方和各龄期及对应强度均不相同, 但它们的应力-应变曲线形状基本相似, 在单轴压应力作用下, 试样从开始加载到破坏, 随应力的不断增大, 应变只有小幅增大。各试样的应变均小于5%, 实验还发现, 土聚水泥的破坏是以试样整体压酥为标志的。此说明土聚水泥具有明显的脆性性质。此外, 除 (d) 试样外, 其它试样在加载初期, 应力-应变曲线均有“平台”出现, 这可能是由于加载初期, 承压夹具与试样承压面之间接触不牢或试样内部结构不密实, 受压时有一个压密的阶段。这可能是由于d试样内部结构较为致密或承压面与压头之间接触良好, 具体原因有待进一步研究。此外, 各土聚水泥试样的应力应变曲线具有明显的转折点, 由此基本可将土聚水泥单轴抗压的应力-应变曲线分为两个阶段。此外, 排除“平台”因素后, 上述4个试样应力应变曲线的转变点大致位于应变值为2%附近, 结合各个试样破坏时的应变值, 这两个阶段的应变值大致相等。

实验还发现, 个别试样在破坏时形成两个对顶的角锥形而破坏, 其他试样破坏时沿力的作用方向产生几条近似平行的裂缝而破坏。这与普通水泥混凝土试块的实验现象基本一致。

3 结论

⑴含有粉煤灰的原料制得土聚水泥的各龄期强度均低于不含粉煤灰试样的同龄期强度, 但降低幅度不太大。

⑵不同配方的固体原料得到土聚水泥试样各龄期的应力-应变曲线形状基本相似, 在单轴压应力作用下, 从开始加载到试样破坏, 随着应力的不断增大, 应变只有小幅增大。且各试样的应变均小于5%, 具有明显的脆性性质。

⑶土聚水泥试样单轴抗压应力应变曲线具有明显的转折点, 基本可以将单轴抗压应力-应变曲线分为两个阶段, 且两阶段应变值大致相等。

摘要：本文主要研究了以粉煤灰替代偏高岭石作为主要原料制备的土聚水泥的微观形貌和单轴抗压力学性能。结果表明:与单用偏高岭石作原料制备的土聚水泥相比, 用含有20%、80%、100%粉煤灰的原料制得的土聚水泥的受压破坏面的物相成分比较杂乱, 且有球状粉煤灰颗粒和裂缝;用含有粉煤灰的原料得到的土聚水泥的各龄期强度均略低于不掺粉煤灰制备的试样的同龄期强度。此外, 不同土聚水泥试样各龄期的单轴抗压应力-应变曲线形状基本相似, 在单轴压应力作用下, 从开始加载到试样破坏, 应变随应力增大而小幅增大。各试样的最终应变均小于5%, 具有明显的脆性性质。

偏高岭土胶凝活性评估 第2篇

本文首先对龙岩高岭土煅烧活化过程中活性氧化铝的形成进行定性分析, 之后采用酸浸的方法溶出活性氧化铝, 采用铬天青-S分光光度法测定酸浸液中铝离子的含量, 以避免EDTA络合滴定法的缺陷, 然后换算成活性氧化铝的含量, 并研究活性氧化铝含量与偏高岭土胶凝性能的关系。

1实验

1.1原材料

实验采用龙岩高岭土有限公司提供的高岭土, 经过水洗、 压滤, 呈滤饼状, 白度约为60。龙岩高岭土的化学成分见表1, 粒径分布见图1, 微观形貌见图2。

%

根据高岭土热分析的结果选择600 ℃下煅烧2 h、4 h、6 h、8 h、10 h, 及700 ℃下煅烧6 h、800 ℃下煅烧6 h、900 ℃下煅烧6 h, 获得8个煅烧样。分别对8个煅烧样和1个未煅烧的高岭土样进行测试分析。

激发剂:水玻璃, 模数为1.35, 工业级。

1.2实验方法

1.2.1活性氧化铝的测试

煅烧后得到偏高岭土的酸浸处理:称取1 g煅烧过的偏高岭土样品, 倒入250 mL三口烧瓶中, 然后倒入20 mL 15% 的盐酸, 在恒温水浴中加热到80 ℃, 搅拌反应2 h。将三口烧瓶中的液固混合物冷却、过滤、洗涤。将滤液移入250 mL容量瓶内, 用水稀释至刻度, 摇匀。

用移液管移取偏高岭土酸浸液1 mL, 稀释到100 mL。取稀释后的酸浸液1 mL于50 ml容量瓶内。加入10 g/L的抗坏血酸 (现配) 2.5 mL, 摇匀。然后加入0.3 g/L的铬天青-S乙醇5 mL, 摇匀。再加入300 g/L的六亚甲基四胺2.5 mL, 摇匀。最后加蒸馏水定容, 摇匀。充分混合后, 将上述溶液移入1 cm吸收皿中。采用上海光谱仪器有限公司的752型紫外可见分光光度计于波长545 nm处测量其吸光度。每次分析均随同试样进行空白试验。空白试验与试样测试采用完全相同的试剂和分析步骤, 并进行平行操作。测得的吸光度, 记为空白吸光度。 根据吸光度, 利用铝工作标准曲线的斜率计算出50 mL样液中铝含量m1:

偏高岭土中活性氧化铝的质量百分数按下式计算:

式中:m2偏高岭土的质量, g。

1.2.2强度测试

按液固比0.7将偏高岭土和硅酸钠溶液共同搅拌, 硅酸钠模数为1.35, 掺量为15%。然后将浆液放入2 cm2 cm2 cm的小试模中振动成型, 1 d后脱模, 自然养护至3 d测试其抗压强度。

1.2.3 DTA-TG分析

采用德国NETZSCH (耐驰) STA 409EP热分析仪对粉末进行DTA-TG分析。测试条件:空气气氛, 升温速率10 ℃/min, 升温范围从室温~1400 ℃。

1.2.4 XRD分析

采用荷兰飞利浦公司的Panalytical X Pert Pro型X射线衍射仪对矿物进行物相分析。辐射源为CuKa射线, 波长 λ=1.540610-10m, 工作电流30 mA, 工作电压40 kV, 扫描步长0.0167°/步, 扫描速度9 s/步, 2θ=5°~70°。

2结果与讨论

2.1 DTA-TG分析

对高岭土进行了DTA-TG分析, 考察活性氧化铝的形成温度, 龙岩高岭土的DTA-TG曲线见图3。

从图3可看出, DTA曲线出现较多的峰。其中, 在101.5 ℃附近有1个吸热峰, 此为高岭石脱出吸附水和所含有机杂质的灼烧吸热造成的。在533.5 ℃附近有1个较强的吸热峰, 与文献[4, 13]的实验结果接近, 说明此为高岭石脱去羟基发生吸热反应所致。在995.5 ℃附近有1个较尖锐的放热峰, 这可能是由于偏高岭石再结晶生成新的矿物所引起的。从TG曲线可以看出, 样品的总失重量为13.64%, 大部分失重发生在700 ℃以前, 失重率为12.2%, 此时, 大部分的吸附水、结构水已经失去。因此, 高岭土的煅烧温度范围应该在533.5~993.3 ℃, 这是本文选取600、700、800、900 ℃进行煅烧的依据。

2.2 XRD衍射分析

为进一步证实高岭土煅烧过程中晶型的变化和氧化铝的转变, 对不同煅烧时间和煅烧温度下的偏高岭土进行XRD衍射分析, 结果见图4、图5。

由图4可见, 高岭土煅烧前结晶状况较好, 特征衍射峰明显。在600 ℃下煅烧后, 随着煅烧时间的延长, 高岭石的特征衍射峰逐渐消失, 到6 h时衍射峰完全消失, 这是其结构内的羟基大量脱除, 晶体结构受到破坏而形成非晶相的缘故, 此时非活性氧化铝转换为活性氧化铝, 生成了高活性的偏高岭土。因此, 可以通过测试煅烧后氧化铝转化为活性氧化铝的比率, 从而判定偏高岭土活性的大小。

由图5可以看出, 高岭土经600、700、800和900 ℃煅烧6 h后, 产物的XRD图谱基本相同, 说明在600~900 ℃下煅烧6 h都可以使高岭土相消失, 形成偏高岭土。

2.3活性氧化铝含量

偏高岭土中氧化铝的存在有2种形式, 一种是结晶性差的氧化铝, 另一种是结晶性好的氧化铝。结晶性差的氧化铝活性较好, 易溶于酸, 将其中的铝称为活性铝;结晶性差的氧化铝活性差, 不易溶于酸中, 称之为惰性铝。在高岭土的酸浸反应中, 惰性铝对反应基本上没有贡献, 这是由于高岭土相由一层SiO四面体和AlO八面体组成, 晶体结构牢固, 极难与酸反应。为进一步证实酸浸条件下不会破坏结晶型氧化铝的晶体结构从而使非活性的氧化铝转变为活性氧化铝, 对未煅烧的高岭土和700 ℃煅烧6 h的高岭土在浸酸前后分别进行XRD分析, 结果见图6。

从图6可以看出, 未煅烧的高岭土在浸酸前后衍射峰的峰高和位置未变, 说明酸浸没有引起活性氧化铝含量的变化。 700 ℃下煅烧6 h的高岭土酸浸后的滤渣与原样的XRD对比也表明酸浸前后高岭土的结构没有发生变化。这说明采用酸浸的方法溶解活性氧化铝是可行的。文献[13-14]均利用这一原理进行研究。

在对偏高岭土进行了酸浸后, 采用铬天青-S分光光度法测定酸浸液中铝离子的含量, 然后换算成活性氧化铝的含量。 600 ℃煅烧时不同保温时间下高岭土中的活性氧化铝含量见表2。

从表2可以看出, 600 ℃下煅烧、保温2 h时, 活性氧化铝含量较低, 这说明保温时间不够长, 高岭土没有烧透, 只有部分转化成偏高岭土, 这与前文的XRD分析结果一致;保温4 h时活性氧化铝含量也不高, 说明此时高岭土也并没有完全转化成偏高岭土;而保温6 h时, 活性氧化铝含量最高, 达到24.90%, 占总氧化铝的70.31%;保温时间继续延长, 活性氧化铝含量有所降低, 这可能与煅烧时间过长、偏高岭土结构变得致密有关。

表3为不同温度下煅烧并保温6 h的高岭土中活性氧化铝含量。

从表3可以看出, 未煅烧的高岭土中活性氧化铝非常低, 其含量仅为0.27%, 说明未煅烧的高岭土中氧化铝基本没有溶出。煅烧温度在600~900 ℃, 随着温度升高, 活性氧化铝的含量有降低趋势, 这可能是由于偏高岭土高温过烧, 使得结构变得更致密, 氧化铝不易从酸中溶出, 因而引起活性氧化铝含量随着煅烧温度的升高而降低。

2.4活性氧化铝含量与偏高岭土胶凝活性的关系

为了验证所测活性氧化铝含量与偏高岭土活性的相关性, 用NaSiO3溶液激发偏高岭土形成的地聚合物, 测试其抗压强度, 并与活性氧化铝含量进行比较。实验表明, 用硅酸钠溶液激发偏高岭土可以得到强度较高的地聚合物, 高岭土的煅烧温度对地聚合物的形成起决定作用, 没有煅烧的高岭土在激发剂作用下基本不反应, 3 d后仍无强度, 其对应的活性氧化铝含量为0.27%。600 ℃不同煅烧时间下的活性氧化铝含量与其对应的地聚合物强度关系见图7, 不同煅烧温度下的活性氧化铝含量与其对应的地聚合物强度关系见图8。

从图7和图8可以看出, 在600 ℃下煅烧2 h后开始具有胶凝活性, 其3 d抗压强度达到6.6 MPa, 对应的活性氧化铝含量为6.41%。经600~900 ℃煅烧的高岭土与激发剂搅拌成型后都能凝结硬化。600 ℃下煅烧6 h得到的偏高岭土的胶凝活性最高, 经激发剂激发后生成地聚合物的3 d抗压强度达到58.1 MPa。从图7和图8还可以看出, 煅烧高岭土中氧化铝的溶出率与其形成的地聚合物的抗压强度有很好的对应关系, 随着煅烧制度的变化, 活性氧化铝含量也在变化, 对应偏高岭土制备地聚合物的抗压强度也随之变化。

3结论

通过定性和定量的对偏高岭土中活性氧化铝进行测试分析, 并比较活性氧化铝含量与偏高岭土胶凝活性, 得到以下结论:

(1) 高温煅烧破坏了高岭土的晶型结构, 使得高岭土中非活性氧化铝转变为活性氧化铝。

(2) 偏高岭土中活性氧化铝可通过酸浸溶出, 采用铬天青-S分光光度法能更准确地测试偏高岭土中活性氧化铝的含量。

(3) 龙岩高岭土在600 ℃下煅烧并保温6 h获得的偏高岭土活性最高, 其活性氧化铝含量为24.9%, 用其制备的地聚合物3 d抗压强度也最大, 达到58.1 MPa。

(4) 偏高岭土中活性氧化铝含量与用其制备的地聚合物的抗压强度有很好的对应关系, 活性氧化铝含量较高的偏高岭土激发得到的地聚合物抗压强度也较高。

偏高岭土对水泥砂浆抗渗性能的影响 第3篇

1实验部分

1.1原材料

水泥:P.O.42.5普通硅酸盐水泥, 湖北华新水泥股份有限公司;偏高岭土:广东茂名;细集料:ISO标准砂;试验用水:生活用自来水。其中, 水泥及偏高岭土的化学成分见表1。

1.2试验方法

本课题主要研究偏高岭土对水泥砂浆抗渗性能的影响, 评价指标包括流动度, 抗折、抗压强度以及透水压力。流动度参照GB/T 2419—2005《水泥胶砂流动度测试方法》进行, 抗折、抗压强度以及透水压力的具体成型及养护方法参照GB/T 17671—1999 《水泥胶砂强度检验方法》和JC/T 474—2008《砂浆、混凝土防水剂》进行。其中, 抗折、抗压强度试样采用0.5的水胶比和1∶3的胶砂比, 制成40 mm×40 mm×160 mm的条形试件;透水压力试样采用0.7的水胶比和1∶3的胶砂比, 制成上口直径70 mm、下口直径80 mm、高30 mm的试件。上述各项目中, 基准组试件不掺偏高岭土, 其他各组试件分别用2%、4%、6%、8%、10% (质量分数, 下同) 的偏高岭土取代水泥。

1.3测试仪器

抗压强度测试在TYE-300E型水泥抗折抗压试验机上进行。

透水压力在JSJ-1.5S型渗透仪上进行。

微观分析的SEM试样取自同流动度下的基准组和偏高岭土掺量为4%的对照组, 龄期为7 d。测试仪器为JSM-5610LV型分析仪测定仪, 主要技术参数如下:高低真空分辨率分别为3.0 nm和4.0 nm, 放大倍数为18~300 000倍。

2结果与讨论

2.1偏高岭土对水泥砂浆流动度的影响

偏高岭土掺量对水泥砂浆流动度的影响见图1。 由图1可知, 在固定水灰比为0.5的条件下, 随着偏高岭土掺量的增加, 水泥砂浆的流动度逐渐减小, 大致呈线性变化。通过数学拟合之后发现, 这一线性变化可用数学关系式表达, 即y=198-3.3x, 其中, y为水泥砂浆的流动度, x为偏高岭土的掺量。造成这一现象的原因在于偏高岭土是一种层状的矿物盐, 当其加入到水泥中时, 能够快速吸水, 导致其周围的水泥颗粒向其靠拢, 从而形成了许多“粘稠点”, 降低了水泥砂浆的流动性[5]。

2.2偏高岭土对水泥砂浆力学性能的影响

图2直观地反映了偏高岭土掺量对水泥砂浆7 d、28 d抗压强度的影响。由图2可知, 7 d龄期时, 水泥砂浆的抗压强度随偏高岭土掺量的增加呈现出先减小后增大再减小的趋势。当偏高岭土掺量为2% 时, 水泥砂浆的抗压强度低于基准组, 下降幅度为11.8%;当偏高岭土掺量在2%~8%时, 水泥砂浆的抗压强度逐渐增大, 偏高岭土掺量为8%时, 水泥砂浆的抗压强度较基准组提高20%;当偏高岭土掺量高于8%以后时, 水泥砂浆的抗压强度逐渐减小。28 d龄期时, 水泥砂浆的抗压强度虽有波动, 但大致是随着偏高岭土掺量的增加而增大, 当偏高岭土掺量为10% 时, 水泥砂浆的抗压强度较基准组提高 了21.2%。

偏高岭土掺量对水泥砂浆抗折强度影响的试验结果见图3。由图3可知, 7 d龄期时, 水泥砂浆的抗折强度与抗压强度的变化规律一致, 随偏高岭土掺量的增加呈现出先减小后增大再减小的趋势。当偏高岭土掺量为2%时, 水泥砂浆的抗折强度较基准组降低了0.8%;当偏高岭土掺量为6%时, 水泥砂浆的抗折强度较基准组提高了8.9%。28 d龄期时, 水泥砂浆的抗折强度随偏高岭土掺量的增加呈现出先增大后减小的趋势, 峰值出现在偏高岭土掺量为8%时, 此时水泥砂浆的抗折强度较基准组提高15.5%。

综上可知, 偏高岭土对水泥砂浆抗压强度改善的最佳掺量在8%~10%, 对水泥砂浆抗折强度改善的最佳掺量在6%~8%。

2.3偏高岭土对水泥砂浆透水压力的影响

偏高岭土掺量对水泥砂浆透水压力的影响见图4。由图4可知, 偏高岭土能明显提高水泥砂浆的透水压力, 随着偏高岭土掺量的增加, 水泥砂浆的渗透压呈现先增大后减小的趋势。当偏高岭土掺量为8%时, 透水压力比高达4.5, 达到峰值, 这与7 d龄期时水泥砂浆抗压强度的变化规律一致。而渗透压力也能从侧面反映水泥砂浆的密实程度, 因此可以推测, 前期偏高岭土的填隙密实作用是造成水泥砂浆抗压强度和渗透压增大的主要原因。

3偏高岭土提高水泥砂浆抗渗性能的机理分析

一般来说, 偏高岭土对水泥基材料有两个方面的显著影响:一方面由于偏高岭土的粒径比水泥颗粒的粒径要小得多, 因此能够充填部分大孔, 提高浆体内部颗粒的堆积密度, 限制Ca (OH) 2、C—S—H凝胶的生长空间;另一方面, 偏高岭土可通过稀释和晶核效应促进水泥早期水化, 从而降低早期浆体的孔隙率并细化孔径[3]。

图5、图6分别是基准组和偏高岭土掺量为4% 时对照组7 d龄期的SEM照片。

从图5可以看出, 基准组水泥砂浆试件的内部孔隙很多, 颗粒之间堆积松散, C—S—H凝胶酥松多孔, Ca (OH) 2晶体颗粒细小, 分布零散。而从图6可以看出, 偏高岭土掺量为4%的对照组, 水泥砂浆孔隙明显减小、减少, 颗粒之间堆积紧密, C—S—H凝胶也更加密实。这说明在水泥水化早期, 偏高岭土确实能够减少水泥浆体中的大孔, 并能促进C—S—H凝胶的形成, 且能在一定程度上改变其形貌, 使其更加密实。

4结论

根据本课题的研究结果可知:1) 偏高岭土能大幅提高水泥砂浆的力学性能, 其最佳掺量在8%左右。 2) 偏高岭土对水泥基材料的抗渗性能有明显提升作用, 在一定范围内, 水泥砂浆的抗渗性能随偏高岭土掺量的增加而提高, 其最佳掺量在8%左右。3) 偏高岭土对水泥砂浆的作用在前期主要是填隙作用和促进水化作用。

参考文献

[1]李克亮, 黄国泓, 王冬, 等.高活性偏高岭土的研究[J].混凝土, 2005 (11) :50-52.

[2]钱晓倩, 詹树林, 李宗津, 等.掺偏高岭土的高性能混凝土物理力学性能研究[J].建筑材料学报, 2001 (1) :75-78.

[3]罗旌旺, 卢都友, 许涛, 等.偏高岭土对硅酸盐水泥浆体干燥收缩行为的影响及机理[J].硅酸盐学报, 2011 (10) :1 687-1 693.

[4]刘艳, 张树河, 郑连成, 等.偏高岭土对砼耐久性能的影响[J].水泥工程, 2007 (3) :69-72.

偏高岭石 第4篇

关键词：水泥土,偏高岭土,应力-应变曲线,极限应变,变形模量

随着我国城镇化进程的不断加快,铁路、公路、机场、大坝、摩天大楼等基础设施建设速度随之加快,随之而来的是水泥材料的大规模应用。据统计,仅2011~2013年我国水泥生产量超过64亿吨。而生产水泥产生的CO2、PM、SO2、NOx分别占到全国排放总量的11%、15%~20%、3%~4%、8%~10%,成为大气污染的第一大来源。为解决环境污染问题,众多科研工作者试图通过采用其他材料替代水泥,从而减少水泥的生产及污染物的排放。

Feng等人[1]将不同含量粉煤灰加入混凝土,发现粉煤灰可以优化混凝土孔结构,但是不利于早期强度的发展。Sajedi等人[2]认为加入30%~50%矿粉可提高水泥混凝土的后期强度。沈洋[3]研究发现,掺入硅灰导致硬化水泥浆体早期收缩量显著增加。

偏高岭土(简称MK)是由高岭土(A12O3·2Si O2·2H2O)在温度600~900℃煅烧形成。在煅烧过程中,偏高岭土保留了高岭土的层状结构,然而原子间发生较大错位,导致其结晶度很差,呈热力学介稳状态,具有较高的火山灰活性。研究表明,将偏高岭土掺入混凝土中可抑制其碱-集料反应[4],提高其抗压、抗弯强度[5],改善冲击韧性[6]及抗硫酸腐蚀性[7]。

我国高岭土资源丰富,仅各大煤矿区已探明的高岭土储量就达100多亿吨[8],而山西的煤资源储量位列于全国之首,若能就地取材,将煤系偏高岭土替代水泥应用于建筑材料,将起到保护环境、提高资源利用率,同时提高经济效益的作用。

现在通过室内无侧限抗压强度试验就山西煤系偏高岭土掺量、龄期对应力-应变曲线的影响及掺偏高岭土水泥土的极限应变、变形模量变化规律进行研究。

1 试验

1.1 试验材料

试验用土采用山西太原某工地细中砂,经风干、过2 mm筛后,进行筛分法颗粒分析,其物理性质指标见表1;试验用水泥选用太原狮头水泥股份有限公司生产的P.O42.5普通硅酸盐水泥,其化学成分见表2;偏高岭土(以下简称MK)选用山西金洋煅烧高岭土有限公司生产的HP-90B型偏高岭土,呈白色粉末状,粒径小于2μm的颗粒占总质量的(90±3)%,其化学成分并列于表2。

1.2 试样制备和测试方法

试验之前,先将砂土风干、过直径2 mm的筛,以保证砂土颗粒均匀。按拟定试验方案称取相应质量的水泥、偏高岭土和砂,倒入砂浆搅拌机搅拌均匀,然后加入相应质量的自来水(加水量为干砂总质量的20%),再次搅拌,使水泥、偏高岭土、砂、水混合物达到均匀状态;将混合物分三层装入70.0mm×70.7 mm×70.7 mm标准立方体钢模内,放到振动台上,每层振动1 min以充分排出试样中气泡,再加入下一层,振动完成后刮平试模表面。然后将钢模表面用保鲜膜包裹,并对试块进行编号。24 h后拆模,放置在标准养护室(预设温度20.9℃,相对湿度95.9%)中养护至不同龄期。具体试验方案见表3。

试验采用WDW-100微机控制电子万能试验机,最大试验压力100 k N,试验力及位移误差均≤示值的±1%。试验加载速率取0.1 k N/s。试验结果分析时,先计算三个平行试样抗压强度的平均值,若存在试块与均值相对误差超过10%,则剔除该值;若有两个试块与均值相对误差均超过10%,则重新制样进行试验。最终取不少于2个试样的平均值作为该组水泥土的强度代表值。

2 试验结果与分析

2.1 应力-应变曲线

2.1.1 偏高岭土掺量的影响

图1(a)~图1(c)分别给出了7 d、14 d、28 d不同MK掺量下水泥土的应力-应变关系曲线。从图中可以看出,掺入MK对应力-应变曲线影响显著。随着MK掺量的增加,峰值应力先增大后减小;当MK掺量为3%时,峰值应力达到最大,即MK掺量为3%时水泥土抗压强度最高。

从图1还可以发现,随着MK掺量的增加,极限应变有减小趋势(28 d龄期MK掺量6%的曲线除外),这说明MK的增加使水泥土材料韧性减小,材料由塑性破坏转向脆性破坏。

另外从图1可以看出,在龄期一定的情况下,当应力水平较低时,随着MK掺量的增加,应力-应变曲线向左移动,即随着MK掺量的增加,水泥土弹性模量呈增大趋势,这可能是由于MK粒径远小于水泥和砂土,当MK掺量小于3%时,加入水泥砂土中主要与水泥水化产物CH反应产生C-S-H凝胶,使水泥与砂土颗粒之间的连接不断增强,弹性模量增大;当MK掺量大于3%时,由于水泥掺量的相对不足,导致水化产物数量减少,水化产物与砂土颗粒之间的连接反而减弱,此时MK主要起到孔隙填充作用,使混合物变密实,弹性模量增大。

2.1.2 龄期的影响

图2(a)~图2(c)分别给出了MK掺量0%、3%、6%时,不同龄期的水泥土应力-应变关系曲线。从图中可看出,随着龄期的增长,峰值应力逐渐增大,即抗压强度逐渐提高。不掺MK时[图2(a)],随着龄期的增长,峰值应变逐渐减小,水泥土变为脆性破坏。掺加MK时,随着龄期增长,峰值应变逐渐增加,水泥土转为塑性破坏,即掺加MK后,增加养护龄期对水泥土强度和塑性提高都是有利的。范礼彬,等人[9]分析了水泥固化盐渍土的应力-应变曲线,同样发现龄期对水泥固化土的破坏模式存在影响。

2.2 极限应变

极限应变是指应力-应变关系曲线上与峰值应力对应的应变值,它的大小是衡量材料的韧性及压缩变形的重要指标。破坏应变大的材料韧性好,压缩变形大;反之,破坏应变小的材料韧性差,压缩变形小。工程应用中选用韧性好的材料较为理想。

图3为掺MK水泥土的极限应变与抗压强度的散点关系图。从图中可看出,随着抗压强度的增大,极限应变总体呈减小趋势,但趋势不太明显,这与王立峰[10]对纳米硅水泥土进行试验得出的结论相似。统计了40个不同MK掺量、不同龄期的无侧限抗压强度试块,发现极限应变值分布较集中,绝大多数分布于2.5%~4.5%之间。经进一步统计分析,得出极限应变均值为3.13%,其置信水平为95%的置信区间为(2.95%,3.32%)。

2.3 变形模量

变形模量是材料在无侧限条件下其应力增量与应变增量的比值。由于水泥土的非均质性、弹塑性及各向异性,其应力与应变呈非线性关系。为了保证足够的安全储备,工程上通常取平均变形模量E50作为变形模量代表值。E50定义为应力-应变曲线上50%应力峰值点对原点的割线斜率。

式中fc为无侧限抗压强度(应力峰值),ε0.5为0.5fc对应的应变值。

图4给出了掺MK水泥土变形模量与抗压强度的关系图。从图中可看出,随着抗压强度的增加,水泥土变形模量呈线性增加趋势,这与薛慧君等人[11]对内蒙古地区水泥黏土试验得出的结论一致。

3 结论

(1)随着MK掺量的增加,峰值应力先增大后减小;当MK掺量为3%时,峰值应力达到最大。当应力水平较低时,随着MK掺量的增加,水泥土弹性模量呈增大趋势。

(2)掺加MK后,增加养护龄期对水泥土强度和塑性提高都是有利的。

(3)掺加MK后,水泥土极限应变大多数分布于2.5%~4.5%之间。

(4)掺加MK后,随着抗压强度的增加,水泥土变形模量呈线性增加趋势。

参考文献

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偏高岭土在混凝土中的应用研究进展 第5篇

关键词：偏高岭土,矿物掺合料,混凝土,应用

0前言

随着社会的快速发展, 高层建筑、大跨度桥梁等大型混凝土建筑与日俱增, 人们也越来越重视延长混凝土结构的服务寿命, 具有多种优良性质的高性能混凝土已是现在混凝土发展的必然趋势。加入活性矿物掺合料是配制高性能混凝土的主要途径之一, 目前国内外广泛使用粉煤灰、矿渣、硅灰等材料, 很多研究结果显示, 掺入硅灰的效果最好, 然而由于带热回收装置的硅铁合金厂很少, 白色硅灰的来源不足[1], 此外, 由于硅灰是冶金工业收集下来的一种工业副产物, 其产量和质量都不太稳定[2], 因此, 硅灰远远不能满足混凝土工程发展的需要, 寻找新型优质矿物掺合料迫在眉睫, 在国外, 人们在20世纪80年代开始对偏高岭土在混凝土领域的应用研究, 而在我国, 偏高岭土的作用近十年来开始逐渐被人们重视, 研究将其作为矿物掺合料掺入混凝土中一度成为热点。

1 偏高岭土

我国是世界上最早发现和利用高岭土的国家。我国高岭土资源以成因类型齐全、储量丰富、质地优良闻名于世, 已探明储量达35亿t[3]。偏高岭土 (Metakaolin, 以下简称MK) 是一种高活性的人工火山灰材料, 是由高岭土在适当温度下 (约540~880℃) 条件下脱水而得到的铝硅酸盐, 其分子结构属于一种无序排列, 呈热力学介稳状态, 因此, 具有较强的火山灰活性, 其本身不具有水硬性, 但可与Ca (OH) 2等进行反应生成具有强度的水化产物[4], 有“超级火山灰”之称。偏高岭土平均粒径为12μm, Si O2和Al2O3含量在90%以上, 将其作为矿物掺合料应用于混凝土中的研究目前在国内外已十分普遍。偏高岭土与硅灰相比, 不仅资源丰富, 而且具备如下优点[5]: (1) 需水量小;由于MK增加需水量较硅灰小, 因而MK能节约高效减水剂的用量, 减少混凝土表面缺陷; (2) MK的火山灰活性与硅灰相当, 甚至超过硅灰; (3) MK的细度较硅灰粗一个数量级, 贮存运输更为方便; (4) MK颜色浅, 颜色协调性优于硅灰。

2 MK对混凝土性能的影响

2.1 MK对混凝土工作性的影响

Caldarone等[6]对高活性MK与硅灰进行了对比研究, 发现在同掺量和同塌落度条件下, 掺MK的拌合物粘稠性小, 较掺硅灰的可节约高效减水剂25%~35%。钱晓倩等[7]的研究结果表明, 当减水剂掺量为1%时, 混凝土的塌落度随MK掺量的增加而减小, 当MK掺量在10%内时, 对塌落度的影响较小, 而当MK掺量增加到15%时, 塌落度下降20%左右。与掺等量硅灰相比, MK对塌落度的影响较小。此外, 由于MK具有巨大的比表面积, 使得混凝土的粘聚性和保水性都得到极大的改善。

2.2 MK对混凝土力学性能的影响

Caldarnone等[8]的研究表明, 外掺MK10%时, 混凝土的3、7、28、90 d抗压强度分别为基准混凝土的173%、158%、154%和125%。钱晓倩等[7]的研究表明, MK掺量分别为5%、10%时, 混凝土的轴拉强度分别比基准混凝土增加30%和59%, 28d抗压强度分别比基准混凝土提高21%、69%, 掺量为10%和15%时, 28d抗弯强度分别比基准提高32%和38%, 但掺量为5%时增幅较小, 混凝土的拉压比和弯压比均随MK掺量增多而下降。Zhang[9]比较了MK和硅灰对混凝土抗压强度的影响, 发现MK能有效提高混凝土的早期强度, 而硅粉对后期强度贡献较大。陈益兰[10]认为MK对混凝土强度的影响规律与其它矿物掺合料类似, 都可用强度效率系数来评价。

国内外有关偏高岭土力学性能研究表明, 偏高岭土能提高混凝土的力学性能, 尤其是早期力学性能。与目前的超细粉比较, 偏高岭土同样具有填充效应及火山灰特性, 因此偏高岭土同样能提高混凝土的力学性能。研究表明, 在相同流动性的情况下, 含10%偏高岭土的砂浆, 28 d抗压和抗折强度提高6%~8%;掺偏高岭土的混凝土早期强度发展明显快于标准混凝土。偏高岭土掺量低于15%时, 混凝土强度随偏高岭土掺量的增加而增加, 偏高岭土的掺量高于20%时, 混凝土强度随偏高岭土掺量的增加而减小。含偏高岭土15%的混凝土与基准混凝土相比, 3d轴压强度提高84%, 28d轴压强度提高80%;而静力弹性模量3 d提高9%, 28d提高8%[11,12]。

综合多人的研究成果, MK在混凝土中的适宜掺量为水泥质量的10%~20%, 掺量过大时会对混凝土的早期强度产生不利影响。

2.3 MK对混凝土耐久性能的影响

良好的耐久性是高性能混凝土的主要标志。大量研究结果表明, 掺加或用偏高岭土部分取代水泥可以有效提高水泥石、水泥砂浆和混凝土的抗渗性和耐蚀性, 抑制碱集料反应。

2.3.1 抗氯离子渗透性

蒋林华[13]研究了掺入MK和硅粉的混凝土抗氯离子渗透性, 发现在水胶比相同的情况下, 用8%~10%偏高岭土取代水泥, 可使28 d和90 d龄期混凝土中氯离子扩散系数降低至基准混凝土中1/6~1/8, 且略低于掺硅粉混凝土中的扩散系数。李鑫[14]研究试验结果表明, 在混凝土中掺入适量的偏高岭土, 能有效降低混凝土的氯离子导电量。在相同水灰比下, 混凝土试样的氯离子导电量随龄期的增加而降低, 随混凝土中偏高岭土掺量的增大而减少;在相同的偏高岭土掺量下, 混凝土试样的氯离子导电量随水胶比的降低而降低。

2.3.2 抗冻性

Caldarone等[8]对掺加偏高岭土及硅粉混凝土和基准混凝土进行了300次冻融循环试验, 所有试件强度和质量均无明显下降, 表明均有很高的抗冻性, 但这一结果只说明偏高岭土对混凝土抗冻性无不利影响。Zhang等[10]的研究也得到了类似结果, 从其给出的300次冻融循环后试件膨胀率、脉冲速度和共振频率变化及耐久性指数可以看出, 掺加偏高岭土后混凝土抗冻性略有提高。刘艳[15]根据快冻法标准, 对掺MK混凝土的抗冻性进行了研究, 发现掺15%MK的试件抗冻性明显好于基准混凝土。

2.3.3 抗硫酸盐侵蚀性

Khatib等[16]研究了偏高岭土对水泥砂浆抗Na2SO4溶液侵蚀性的影响。在Na2SO4溶液中浸泡至520 d的结果表明, 在试验的取代量范围内 (最高取代量为25%) , 偏高岭土可以显著提高水泥砂浆的耐蚀性, 砂浆试件的膨胀率减小, 强度提高;耐蚀性随取代量的增大而提高, 取代量为20%和25%时砂浆试件至520d的膨胀率接近为零, 即不产生硫酸盐侵蚀破坏。试验结果还表明, 当取代量低于10%时, Na2SO4溶液中养护砂浆试件强度均较水中养护试件有不同程度降低。而当取代量高于l5%时, Na2SO4溶液中养护砂浆试件强度反而高于水中养护试件。Khatib等[16]认为抗硫酸盐侵蚀能力的提高可主要归因于孔的细化和Ca (OH) 2含量的降低。前者阻止硫酸盐渗入, 后者降低钙矾石和石膏的形成。

2.3.4 抑制碱集料反应

如同硅粉、矿渣和粉煤灰等火山灰质材料一样, MK具有抑制混凝土碱集料反应的作用。Aquino等[17]研究了MK和硅粉对用高碱水泥和含5%蛋白石的集料制备的砂浆的碱集料反应膨胀量, 结果表明MK和硅粉均能降低碱集料反应膨胀量。偏高岭土和硅粉取代量为10%时, 在Na OH溶液中放置21 d后砂浆柱试件的膨胀率, 分别较基准水泥砂浆试件降低60%和50%。Ramlochan和Gruber等[18,19]研究了高活性偏高岭土的抑制碱-氧化硅反应的作用。用0~20%偏高岭土取代高碱波特兰水泥, 用硅质石灰石和硬砂岩一泥质岩卵石为骨料, 发现随偏高岭土掺量增加, 各龄期试件膨胀率和水泥石孔溶液OH-浓度大大降低, 试件膨胀率的降低与孔溶液碱度的降低有良好的相关性。对于不同种类粗骨料混凝土, 偏高岭土掺量为10%~15%时可使混凝土2年的膨胀率控制在<0.04。Ramlochan等认为孔溶液中碱离子浓度降低的原因主要是由于偏高岭土的火山灰反应产物对碱离子的束缚。

3 偏高岭土的作用机理

国内外多名学者对掺MK后水泥浆体和混凝土的微观结构和性能进行了研究, 发现掺入MK后, 水泥浆体和混凝土的平均孔径尺寸明显降低, 有害孔明显减少, 对于偏高岭土作为混凝土掺合料的反应机理, 基本上认为与硅灰类似, 有以下几点[20,21]:

1) 填充效应。MK比表面积很大, 具有微集料填充效应, 能降低混凝土空隙率, 改善孔结构, 提高水泥石的密实度, 从而提高其抗渗性、耐久性;

2) 火山灰效应。经热处理的MK留下了许多孔隙, 比表面积大大增加, 原子排列不规则, 呈现热力学介稳状态, 存在大量断裂的化学键, 表面能大, 具有很强的火山灰效应, 能生成C-S-H凝胶和水化铝酸钙、水化硫铝酸钙, 增加了混凝土的强度, 改善了混凝土的性能;

3) 加速水泥水化效应。MK是介稳态的无定形硅铝化合物, 在碱激发下, 硅铝化合物由解聚到再聚合, 形成一种硅铝酸盐网络结构, MK掺入混凝土中, 其活性Al2O3与Si O2迅速与生成的Ca (OH) 2起反应, 促进水泥水化反应的进行。

4 存在的问题

综合了目前国内外将MK作为矿物掺合料的研究成果, 偏高岭土是一种非常有效的火山灰质材料, 笔者认为目前的研究中主要存在以下几个问题:

1) 目前的试验研究中主要采用的MK原材料均为优质偏高岭土, 而优质高岭土是生产精细陶瓷、耐火材料及造纸、纺织等工业的重要原料, 市场价格也较高, 大量应用于混凝土中的可能性不大, 因此, 有必要对于品质稍差、价格更便宜的低品位偏高岭土进行系统研究, 以便更好地为实际工程服务;

2) 已有的研究结果差别较大, 不同的文献中MK对混凝土强度的贡献值相差几倍以上, 且MK的质量、水泥品种、与减水剂的适应性等很多因素影响了MK在混凝土中的掺加效果, 至今尚缺乏全面系统的研究;

3) 单掺MK时, 与目前市场上减水剂的相容性之间还存在一些问题, 需开发与MK相容性更好的减水剂;

4) 目前的文献资料中对MK对混凝土的抗冻性影响研究较少, 需加强对掺MK混凝土抗冻性的研究, 以便为其在北方寒冷地区的应用奠定基础;

5) 目前国内外的研究大多只研究了单掺MK对混凝土性能的影响, 对于MK与其它种类矿物掺合料复掺的研究很少, 应加强在这方面的研究。

5 展望

已有的研究表明, 将MK作为矿物掺合料应用于混凝土中, 可使混凝土的工作性、强度和耐久性得到提高, 适用于配置高强高性能混凝土, 具有广阔的发展前景。此外, 采用一定的激发剂对MK进行激发, 可获得麦特林水泥, 具有水化热低、界面结合力强、耐腐蚀、耐高温、体积稳定性好、生产过程污染小等一系列优点, 是一种新型的生态水泥, 可广泛应用于高性能混凝土和耐腐蚀混凝土等领域, 必将为高性能混凝土的发展作出重要贡献。总之, 偏高岭土作为一种新型混凝土矿物掺合料, 具有广阔的研究价值和应用前景, 对其合理的开发和利用, 将对我国经济建设产生有益而深远的影响。[ID:001574]

偏高岭石 第6篇

1实验部分

1.1原料

本试验原料采用华新水泥有限公司生产的P.O. 42.5水泥,实验室自制偏高岭土基抗渗剂,细集料为标准砂,拌合用水为自来水。

1.2仪器与方法

微观检测设备为德国Bruker公司生产的D8 Advance型X射线衍射仪和日本电子株式会社生产的JSM-5610LV扫描电子显微镜。

参照GB/T 8077—2000《水泥净浆流动度》进行净浆流动度及经时变化试验。参照GB/T 17671— 1999《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》制备、测定砂浆强度。参照JC 474—2008《砂浆、混凝土防水剂》进行抗渗试验。

2结果与讨论

本研究分别从工作性能和力学性能等方面来表征偏高岭土基抗渗剂对水泥基材料性能的影响,并从微结构角度进行了机理探讨。

2.1偏高岭土基抗渗剂对流动度经时变化的影响

偏高岭土基抗渗剂对水泥净浆流动度的影响结果见图1。其中,偏高岭土基抗渗剂的内掺量为水泥质量的10%,水胶比为0.29。由图1可知,偏高岭土基抗渗剂在一定时间内使水泥净浆的流动度逐渐增大,并能较长时间保持良好的流动度;120 min后流动度虽然轻微下降,但仍然具有较好的流动度。这是因为该偏高岭土基抗渗剂的活性分子吸附在偏高岭土的层间结构中,在使用过程中缓慢释放并发挥作用,从而使水泥在一定时间仍保持较好的工作性能。 因此,该偏高岭土基抗渗剂具有良好的保塑效果。

2.2偏高岭土基抗渗剂对砂浆抗渗性的影响

基准砂浆和受检砂浆的3 d与7 d抗渗压力如表1所示。由表1可知,内掺偏高岭土基抗渗剂后, 砂浆的3 d抗渗压力均高于基准砂浆,并且随着偏高岭土基抗渗剂内掺量的增加而增大;内掺偏高岭土基抗渗剂后,砂浆的7 d抗渗压力均大于1.5 MPa,超过JC 474—2008的指标要求。当偏高岭土基抗渗剂内掺量为6%时,受检砂浆3 d的透水压力比达到了200%,满足合格品的要求;当偏高岭土基抗渗剂内掺量超过8%以后,受检砂浆3 d的透水压力比甚至超过一等品的要求。试验结果表明,偏高岭土基抗渗剂能够在短期内迅速提高砂浆的抗渗性,并随龄期增长抗渗强度逐渐升高,满足工程的抗渗要求。

2.3偏高岭土基抗渗剂对砂浆抗压强度的影响

本试验采用B1(纯水泥砂浆),B2(偏高岭土内掺量为10%)和B3(偏高岭土基抗渗剂内掺量为10%) 3种试件,胶砂比为1∶3,流动度控制在(230±5) mm内,确定其水灰比,研究了3种试件的抗压强度,结果如图2所示。

由图2可知,在保证流动度的前提下,偏高岭土直接作为矿物掺合料代替水泥,砂浆的3 d抗压强度不增反减,但中后期抗压强度发展迅速,28 d抗压强度超过了基准。因为偏高岭土颗粒细小易团聚,为了达到相同的工作性能,需增加用水量,所以早期强度会轻微降低。内掺10%偏高岭土基抗渗剂能显著提高砂浆各个龄期的抗压强度,其3 d抗压强度比基准砂浆高了61.6%,28 d抗压强度更是达到了67.6 MPa。结果表明,通过对偏高岭土进行改性制备成偏高岭土基抗渗剂,不仅克服了需水量大的问题,而且可以使其在水泥砂浆中均匀分布,更好地发挥其火山灰活性和填充效应,极大地提高了砂浆的早期力学性能。

2.4物相分析

本试验采用B1(纯水泥砂浆)、B2(偏高岭土内掺量为10%)和B3(偏高岭土基抗渗剂内掺量为10%) 净浆试块,在养护3 d、7 d后取样进行XRD测试,结果见图3。由图3可知,在掺有偏高岭土基抗渗剂的B3试件中,水化产物Ca(OH)2的峰强非常低,这是由于偏高岭土基抗渗剂中活性的氧化铝和氧化硅可促进水泥水化反应生成硅酸钙凝胶,从而降低了对水泥强度和稳定性有不良影响的Ca (OH)2晶体的含量,有效改善了水泥的性能。

1—AFt;2—Ca(OH)2;3—C2S;4—C3S

2.5SEM分析

B2(偏高岭土内掺量为10%)和B3(偏高岭土基抗渗剂内掺量为10%)净浆试块的SEM图见图4。从图4可以看出,B2试件中在3 d时有大量未水化的水泥颗粒和发育不太完全的细针状的钙矾石,而B3试件中形成了密实的C—S—H凝胶结构。C—S—H凝胶填充于水泥颗粒之间,提高了界面过渡区的密实度并减小了界面过渡区的厚度,从而减少了砂浆的总毛细孔隙率,使孔隙彼此间连接变得困难,很好地优化了砂浆内部的孔隙结构,大大提高了其抗渗性能。

3结论

偏高岭石 第7篇

氯离子在混凝土中的迁移由其吸附和扩散过程特性控制。有研究通过48周干湿交替实验对掺入粉煤灰, 矿渣, 硅灰或偏高岭土的混凝土中氯盐迁移过程的研究表明, 氯离子侵蚀性能与暴露时间和材料类型有关, 在固定的相当于胶凝材料0.2%的氯离子浓度下, 氯离子侵蚀深度与时间的平方根具有线性关系[1], 其关系为与胶凝材料类型有关的氯离子扩散系数。数值最低的为掺入矿渣的混凝土, 最高的为普硅水泥混凝土。侵蚀实验使材料的吸水率降低, 是继续水化和氯离子固化的结果, 导致的孔结构改善和连孔数量的减少。在氯离子扩散速率与吸水率之间没有发现关系, 说明氯离子的主要传输途径不是吸附而是扩散。

近年来有研究表明[2,3,4,5,6,7,8,9], 在混凝土中添加偏高岭土能够改善混凝土的各项性能, 提高强度, 优化孔隙结构, 提高耐久性、抗氯盐侵蚀性能等。

研究表明[10], 对于加入了不同含量的偏高岭土和粉煤灰的三元体系, 浸泡在海水中1.5年后的氯盐侵蚀实验发现, 偏高岭土能极大减少混凝土中氯盐浓度和侵蚀深度, 同时增加了强度。文献[11]对偏高岭土, 粉煤灰, 矿渣的氯盐侵蚀深度进行了研究, 含有矿渣和偏高岭土的混凝土的抗侵蚀性能最好, 1年侵蚀深度不超过20mm。随着时间的进行, 抗侵蚀性能增加, 尤其在含有矿渣及20%偏高岭土的混凝土中。其原因可能是氯盐的固化, 或者chloro-aluminates的生成, 或者两者的联合作用。另有研究发现在0.32~0.40的水灰比条件下, 添加了5%, 10%和15%偏高岭土的混凝土具有接近的抗氯盐侵蚀性能, 28d氯盐侵蚀深度2~3mm[12]。

该文对添加了0~6%偏高岭土的混凝土的抗氯离子渗透性能进行了研究, 通过电通量法及RCM法综合分析抗氯离子渗透性能, 结合扫描电子显微镜和透射电子显微镜分析水化产物形貌, 探讨低掺量偏高领土对混凝土抗氯离子渗透性能影响的机理。

1 材料与实验方法

材料采用华新P.I.52.5硅酸盐水泥、广东茂名高岭土煅烧制备的偏高岭土, 二者化学组成及水泥的初终凝时间、抗压强度等性能如表1所示。扫描电子显微镜观察煅烧制备的偏高岭土仍保持六方片状的形貌, 颗粒尺寸在10μm以下。偏高岭土经过一定的粉磨和分散处理后, 其比表面积为2 800m2/kg左右。高岭土在煅烧过程中损失大量羟基, 最终形成的非晶态的偏高岭土具有很高的火山灰活性, 其结构处于热力学介稳状态, 表面活性较高。

骨料尺寸服从富勒级配, 其中粗骨料为天然碎石, 0~5mm, 5~16.5mm和16.5~26.5mm三种粒径碎石掺配使用, 碎石压碎值为8%, 其级配如表2所示。细集料为天然河砂, 表观密度为2 640kg/m3, 堆积密度为1 458kg/m3, 砂的细度模数为2.91, 属中砂。混凝土养护用水及拌和用水均为实验室自来水。

混凝土制备时, 偏高岭土的掺量分别为0、2%、3%、4%、5%和6%, 水灰比为0.45。为消除试样的离散性, 每个试样制备样品不少于3个, 试样的配合比如表3所示。

根据表3中混凝土配合比制作混凝土试样, 对于电通量试验和氯离子扩散系数试验, 每个试样成型为Φ100mm×200mm的圆柱体, 同一龄期的混凝土试样不少于3个。试样成型24h后拆模, 养护环境为环境温度 (20±2) ℃、相对湿度95%的标准养护环境。28d后切除试样上下表面各15mm后, 制备Φ100mm× (50±2) mm的圆柱体。

采用电通量法和RCM法综合评价低掺量偏高岭土改性混凝土的抗氯离子渗性能。电通量法开始前, 将试件的侧面密封并置于真空饱水机中饱水, 饱水条件为预真空3h以后注水, 真空饱水1h, 然后常压饱水 (18±2) h。将饱水后的试件取出, 轻拭表面水分并安装到电通量法试验模具上, 模具接正极方向注入0.3mol/L的NaOH溶液, 负极方向注入3.0%的NaCl溶液, 热电偶放入NaCl溶液中。将模具置入20~25℃恒温流动水浴箱中后施加60V的直流电压, 并记录通电6h中每隔5min的电流值。试验结束后绘制时间-电流曲线, 积分计算通电6h的电荷量。RCM试验所需试样同电通量法, 但将饱水溶液更改为饱和Ca (OH) 2溶液, RCM法测试过程参照GB/T 50082—2009《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方法标准》。

2 结果与分析

混凝土试样的电通量试验和RCM测定的氯离子扩散系数分别如图1和图2所示。由图1可以看出随着偏高岭土掺量的增加, 混凝土的电通量在同龄期内是逐渐下降的, 这说明混凝土的抗渗性能相应增加;偏高岭土在掺量为4%、5%、6%时, 电通量在28d后较为稳定, 说明随着龄期的增长, 混凝土抗氯离子性能保持稳定。对于掺量为6%的混凝土, 28d后电通量与对比样相比下降了60%, 说明抗氯离子侵蚀性能有很大改善。

由图2可以看出, 相同配合比的混凝土随着龄期的增长, 其氯离子扩散系数呈现先下降后上升的趋势, 说明抗氯离子渗透性能逐渐增强。有研究[13]表明添加了8%和12%偏高岭土的混凝土的氯离子扩散系数下降了50%和60%。本研究中添加了5%偏高岭土的试样的氯离子扩散系数与对比样相比在各龄期都降低了50%~60%, 与电通量实验结果一致。另有研究发现[14], 对掺入8%~12%偏高岭土的混凝土在1M NaCl溶液中浸泡28d到3年的氯离子扩散系数表明, 早期 (28d) 氯离子扩散系数在较高 (0.4) 水灰比的对比样中较高, 在掺入偏高岭土的混凝土中急剧下降。本研究的结果与这些发现一致。以28d的试样为基础试样, 分别就不同龄期取绝对值, 绘制氯离子相对28d绝对值随龄期变化图, 如图所示, 就控制氯离子的扩散影响而言, C5试样具有更优异的表现, 如绝对值变化图, 见图3。

为进一步验证偏高岭土对氯离子扩散的影响, 分别制备偏高岭土掺量为0、5%, 水灰比为0.45的净浆, 编号为P0、P5, 养护至指定龄期后用无水乙醇终止水化并进行扫描电镜及透射电镜测试, 测试结果如图4、图5所示。由图中可以看出, 主要水化产物为C-S-H凝胶、钙矾石、氢氧化钙以及类水滑石。这几种水化产物相互掺杂共生, 其中C-S-H凝胶的形貌为致密的纤维状, 钙矾石为针棒状, 其结构致密。相对于空白试样而言, 偏高岭土的引入使得结构更为紧密, 可有效提高体系的抗氯离子渗透性能, 与前面电通量法和RCM法的结果一致。

3 结论

a.混凝土试样的电通量实验结果表明, 随着偏高岭土掺量的增加, 电通量逐渐下降。添加了5%偏高岭土的混凝土电通量下降了60%。

b.RCM法测定的氯离子扩散系数随龄期变化呈现先下降后上升的趋势, 与电通量法结果中28d后电通量波动规律一致。添加了5%偏高岭土的混凝土在各龄期的氯离子扩散系数为对比样的50%~60%。

c.偏高岭土的引入促进了体系的水化, 使得结构更为致密, 可有效改善体系的抗氯离子渗透性能。

摘要：对添加了06%偏高岭土的混凝土的抗氯离子渗透性能采用电通量法和RCM法进行了综合分析, 结果表明偏高岭土增强了混凝土的抗氯离子渗透性能。两种方法均表明, 添加了5%偏高岭土的混凝土的抗氯离子渗透性能提高50%60%。对混凝土水化产物的扫描和透射电子显微镜分析表明, 偏高岭土的引入促进了体系的水化, 使得结构更为致密, 可有效改善体系的抗氯离子渗透性能。