偏高岭土对干粉砂浆性能的影响
偏高岭土对硅酸盐水泥浆体干燥收缩行为的影响及机理
李宝毅等：多孔集料砂浆的吸波特性· 1687 ·第39卷第10期偏高岭土对硅酸盐水泥浆体干燥收缩行为的影响及机理罗旌旺，卢都友，许涛，许仲梓(南京工业大学材料科学与工程学院，南京 210009)摘要：为探究偏高岭土(metakaolin，MK)影响水泥基材料干燥收缩(干缩)机理，研究了不同MK掺量(0、5%、10%、15%)、不同成熟度(水中分别预养护3d和28d)硅酸盐水泥浆体在20℃、55%相对湿度下的干缩和质量损失行为，并采用综合热分析和压汞法研究了不同成熟度水泥浆体的组成和微观结构。
结果表明：MK对浆体干燥收缩行为的影响与掺量和浆体成熟度密切相关；MK使不同成熟度水泥浆体长期(28d以上)干缩均减小，且掺量越大干缩越小；对早期干缩的影响则随浆体成熟度不同而有差异，MK使预养护3d的浆体早期干缩略有增大，预养护28d则相反；浆体干缩与质量损失在一定范围内呈线性相关，浆体在不同阶段的内在失水机制及其引起的收缩大小有差异；MK通过微填充效应、晶核效应和/或火山灰效应使不同成熟度浆体孔隙率下降、孔径细化，导致浆体蒸发失水减少、减缓而减小浆体干缩。
关键词：水泥浆体；偏高岭土；辅助性胶凝材料；干燥收缩；孔结构中图分类号：TQ172 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2011)10–1687–07网络出版时间：2011–09–27 13:49:21 DOI：CNKI:11-2310/TQ.20110927.1349.027网络出版地址：/kcms/detail/11.2310.TQ.20110927.1349.027.htmlEffect of Metakaolin on Drying Shrinkage Behaviour of Portland Cement Pastesand its MechanismLUO Jingwang，LU Duyou，XU Tao，XU Zhongzi(College of Materials Science and Engineering, Nanjing university of Technology, Nanjing 210009, China)Abstract: In order to explore the mechanism of the effect of the metakaolin (MK) effect on the drying shrinkage of cementitious ma-terials, the drying shrinkage and mass loss of blended Portland cement pastes with various MK contents (0, 5%, 10%, 15%) and dif-ferent maturities (precured in water for 3d and 28d, respectively), were investigated by drying at 20℃ and 55% relative humidity. The composition and microstructure of cement pastes were determined by thermal analysis and mercury intrusion porosimetry. The results show that the effect of MK on the drying shrinkage of cement pastes is closely related to the MK content and maturity of the pastes. The late-age drying shrinkage of cement pastes with different maturities decreased with the increase of MK contents. However, the effect on the early age drying shrinkage depended on the maturity of paste. The MK increased slightly the early age drying shrinkage of the paste pre-cured for 3d, and decreased the early age shrinkage of the paste pre-cured for 28d. The drying shrinkage of cement paste was proportional to its mass loss and the mechanism of water loss and its relation with the drying shrinkage varied. The decrease of drying shrinkage of blended cement paste with the MK was due to the result of less and slower evaporation of water in the MK blended cement paste with low porosity and refined pores structure by the micro-filler effect, nuclear effect and/or pozzolanic reaction of the MK.Key words: cements pastes; metakaolin; supplementary cementitious materials; drying shrinkage; pores structure干燥收缩(干缩)是影响水泥基材料体积稳定性和工程应用的重要原因之一。
偏高岭土-粉煤灰基地聚物砂浆力学性能研究
第40卷第4期2021年4月硅㊀酸㊀盐㊀通㊀报BULLETIN OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol.40㊀No.4April,2021偏高岭土-粉煤灰基地聚物砂浆力学性能研究管柏伦1,郭荣鑫1,齐荣庆1,2,付朝书1,张㊀敏1,张文帅1(1.昆明理工大学建筑工程学院,云南省土木工程防灾重点实验室,昆明㊀650500;2.西南林业大学土木工程学院,昆明㊀650500)摘要:本研究以偏高岭土和粉煤灰为原料,以不同模数(0.75㊁1.00㊁1.25㊁1.50)和碱浓度(质量分数)(40%㊁44%㊁48%)的钾水玻璃为碱激发剂,微珠㊁蛭石和珍珠岩为细骨料来制备地聚物砂浆试件㊂主要通过测试地聚物砂浆试件常温及1000ħ高温作用后的抗压强度,探明碱激发剂模数和浓度对砂浆试件力学性能的影响,并利用XRD㊁SEM 手段对地聚物的物相组成及微观形貌进行表征㊂结果表明:当碱浓度不变时,除40%碱浓度外,其余试件的抗压强度随模数的增大先升高后略微降低或者基本不变㊂当模数不变时,除模数为0.75的试件外,其余试件的抗压强度随碱浓度的增大先升高后降低㊂当模数为1.00且碱浓度为44%时,试件的抗压强度最高,历经1000ħ高温后地聚物砂浆试件相对残余强度仍能维持42%及以上,该温度下水化产物为白榴石(KAlSi 2O 6)和钾霞石(KAlSiO 4),地聚物在常温下有大量絮状的水化产物生成且微观结构较为致密㊂关键词:偏高岭土-粉煤灰基地聚物;砂浆;抗压强度;碱浓度;模数;高温;微观结构中图分类号:TU526㊀㊀文献标志码:A ㊀㊀文章编号:1001-1625(2021)04-1250-08Mechanical Properties of Geopolymer Mortar Based on Metakaolin and Fly AshGUAN Bolun 1,GUO Rongxin 1,QI Rongqing 1,2,FU Chaoshu 1,ZHANG Min 1,ZHANG Wenshuai 1(1.Yunnan Key Laboratory of Disaster Reduction in Civil Engineering,Faculty of Civil Engineering and Mechanics,Kunming University of Science and Technology,Kunming 650500,China;2.School of Civil Engineering,Southwest Forestry University,Kunming 650500,China)收稿日期:2020-10-16;修订日期:2021-01-18基金项目:国家自然科学基金(52068038);云南省教育厅科学研究基金(2019J0044)作者简介:管柏伦(1996 ),男,硕士研究生㊂主要从事碱激发胶凝材料等相关研究工作㊂E-mail:1650941424@通信作者:齐荣庆,博士,讲师㊂E-mail:qrqing@Abstract :In this study,geopolymer mortar specimens were prepared with metakaolin and fly ash as raw materials,potassium sodium silicate with different modulus (0.75,1.00,1.25,1.50)and alkali concentration (mass fraction)(40%,44%,48%)as alkali activator,and microbeads,vermiculite and perlite as fine aggregate.The compressive strength of geopolymer mortar specimens at room temperature and 1000ħhigh temperature were tested,the influences of the modulus and concentration of alkali activator on the mechanical properties of mortar specimens were explored,and the phase composition and micro-morphology of geopolymer were characterized by XRD and SEM.The test results show that when the alkali concentration is unchanged (except concentration of 40%),the compressive strength of most specimens increase first and then decrease slightly or remain basically unchanged with the increase of modulus.When the modulus remains unchanged (except modulus of 0.75),the compressive strength of most specimens increase first and then decrease with the increase of alkali concentration.When the modulus is 1.00and the alkali concentration is 44%,the compressive strength of the specimen is the highest.After 1000ħhigh temperature,the relative residual strength of the sample still maintains at 42%or above.The hydration products after 1000ħare leucite (KAlSi 2O 6)and potassiumnephritic (KAlSiO 4).And a large number of flocculent hydration products are formed at room temperature and the microstructure is relatively compact.Key words :geopolymer based on metakaolin and fly ash;mortar;compressive strength;alkali concentration;modulus;high temperature;microstructure第4期管柏伦等:偏高岭土-粉煤灰基地聚物砂浆力学性能研究1251㊀0㊀引㊀言建筑火灾频发使得建筑结构安全面临严重威胁,而混凝土作为传统的建筑材料在温度超过1000ħ时强度几乎损失殆尽[1]㊂因此,为混凝土加固一层耐高温隔热材料来提高其耐火性能非常必要,而地聚物和轻质隔热填料在耐高温和隔热方面分别发挥着其优越的性能㊂地聚物是指富含硅铝质原料的物质在碱的作用下生成[SiO 4]和[AlO 4]三维网络结构的新型胶凝材料[2],因其具有早期强度高和耐高温性能优异的特点而被广泛研究[3]㊂有学者研究表明,粉煤灰基和偏高岭土基地聚物的耐高温性能优良:Duan 等[4]用粉煤灰和偏高岭土以1ʒ1(质量比)制备的地聚物在1000ħ高温后恒温2h 的抗压强度损失率仅为30%;郑娟荣等[5]研究表明以标准砂为细骨料时,偏高岭土基地聚物砂浆在1000ħ高温后恒温2h 仍有50%以上相对残余抗压强度㊂还有学者表示碱激发剂的模数和浓度是影响地聚物性能的关键因素:侯云芬等[6]认为K 2SiO 3溶液激发效果最佳,随着其浓度的提高,粉煤灰基地聚物的抗压强度逐渐提高,当浓度为2mol /L 时,强度达到最大;但Palomo 等[7]认为增大激发剂碱浓度会使得溶液pH 值较高,增加地聚物的聚合时间,限制离子的迁移和凝结硬化,从而致使力学性能下降;陈士堃[8]认为碱浓度在25%~35%之间,模数较高的偏高岭土基地聚物具有较好的力学性能㊂Wang 等[9]认为地聚物的强度会随着模数的减小而持续增大;但郑娟荣等[10]认为地聚物的抗压强度都随水玻璃模数的增加先升高后降低在模数为1.4时达到峰值;李启华等[11]发现碱激发剂模数在1.2~1.4之间㊁掺量为25%(水玻璃占地聚物的质量分数)左右的水玻璃对于粉煤灰基系统早期强度发展较好㊂除地聚物外,微珠㊁蛭石和珍珠岩等轻质材料也因其耐高温和隔热性能良好被广泛应用于建筑中:姚韦靖等[12]认为玻化微珠经1000ħ高温后结构仍旧完好,是性能极佳的耐高温材料;吴仕成等[13]发现随着玻化微珠掺量的增加,水泥基材料导热系数逐渐减小,隔热性能得到提升;程小伟[14]以膨胀珍珠岩等为无机隔热材料制备隧道防火涂料,当涂料涂层10mm 时,耐火极限可达2.5h;夏海江等[15]表示膨胀蛭石具有难熔的结构骨架,轻质低导热,能应用于超过1000ħ的环境中㊂综上所述,地聚物和隔热材料都有着良好的耐高温性能,但对于同时使用地聚物和保温隔热材料并探究其高温后抗压强度的研究较少,而碱浓度和模数对地聚物性能的影响存在争议㊂因此,本文选用钾水玻璃(复掺氢氧化钾调整模数)作为碱激发剂,粉煤灰和偏高岭土复掺为硅铝原料,微珠㊁蛭石和珍珠岩作为隔热填料,研究碱激发剂的浓度和模数对地聚物砂浆的力学性能的影响,并采用XRD㊁SEM 等技术手段对地聚物物相组成及微观结构进行表征㊂1㊀实㊀验1.1㊀原材料图1㊀偏高岭土和粉煤灰XRD 谱Fig.1㊀XRD patterns of metakaolin and fly ash所用偏高岭土(MK)为河南省巩义市辰义耐材磨料有限公司生产,粒径为10μm;粉煤灰(FA)为云南省宣威火电厂生产的Ⅰ级粉煤灰㊂粉煤灰和偏高岭土化学组成见表1,XRD 谱见图1㊂碱激发剂采用河北省永清县聚利得化工有限公司所生产的钾水玻璃(硅酸钾溶液),其中SiO 2和K 2O 的质量分数分别为25.16%㊁9.57%,钾水玻璃的初始模数为2.71,加入KOH 将模数调节为需求值,KOH 为天津市风船化学试剂科技有限公司所产分析纯,KOH 含量ȡ85%(质量分数)㊂微珠为河南省巩义市辰义耐材磨料有限公司生产,粒径为0.106~0.212mm㊂蛭石为河北灵寿县强东矿产品加工厂生产,粒径为0.25~0.425mm㊂珍珠岩为昆明吉祥保温材料有限公司所生产,粒径为0.106~0.212mm㊂试验所用拌合水为自来水㊂由表1可知,偏高岭土和粉煤灰的化学组成主要为SiO 2和Al 2O 3,分别占质量的99%和77.19%㊂图1是1252㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第40卷偏高岭土和粉煤灰的XRD谱,由图可知,粉煤灰的结晶相较多,主要为石英(SiO2)和莫来石(3Al2O3㊃2SiO2);偏高岭土的主要衍射峰在2θ=20ʎ~30ʎ之间,该衍射峰相对较弱,主要为无定型态,结晶相较少;主要晶相有锐钛矿(TiO2)和石英(SiO2)㊂表1㊀偏高岭土和粉煤灰的主要化学组成(质量分数)Table1㊀Main chemical composition of fly ash and metakaolin(mass fraction)/% Material SiO2Al2O3CaO TiO2MgO K2O Na2O Fe2O3SO3P2O5 MK55.0043.000.100.200.050.500.050.50 FA53.0024.19 3.30 2.86 1.34 1.730.348.090.670.24 1.2㊀配合比试验设计12个配合比砂浆试件㊂碱浓度以K2O的当量计,占硅铝质原料(偏高岭土和粉煤灰质量和)的40%㊁44%㊁48%;偏高岭土和粉煤灰按质量比1ʒ1混合㊂碱激发剂的模数分别为0.75㊁1.00㊁1.25㊁1.50㊂微珠等保温材料具有较高的吸水率,经过多次试配确定水胶比为0.9㊂钾水玻璃中固含量计入胶凝材料计算,含水量计入用水量计算㊂隔热填料中微珠㊁蛭石㊁珍珠岩按质量比5ʒ3ʒ4混合㊂详细配合比见表2㊂表2㊀试验配合比Table2㊀Mix ratio of specimens/g No.MK FA Water glass KOH Water Insulation filler40%-0.75302.3302.3460.2235.7900.21088.140%-1.00302.3302.3613.6218.2932.41088.140%-1.25302.3302.3767.0200.7964.61088.140%-1.50302.3302.3920.4183.3996.91088.144%-0.75302.3302.3506.2259.3935.81088.144%-1.00302.3302.3675.0240.0971.21088.144%-1.25302.3302.3843.7220.81006.71088.144%-1.50302.3302.31012.5201.61042.11088.148%-0.75302.3302.3552.3282.9971.41088.148%-1.00302.3302.3736.4261.91010.11088.148%-1.25302.3302.3920.4240.91048.71088.148%-1.50302.3302.31104.5219.91087.41088.1㊀㊀注:40%-0.75表示碱浓度为40%且模数为0.75的配比,其余配比以此类推㊂1.3㊀试件制备每个配合比成型6个试件,其中3个试件用于常温测试,另外3个试件用于高温测试㊂试件尺寸为70.7mmˑ70.7mmˑ70.7mm,在基础配合比不变的情况下,调整水胶比为0.6,每组配合比成型净浆试件选出2个用于XRD物相分析,净浆试件尺寸为25mmˑ25mmˑ25mm㊂试件装模完毕后,在75ħ的环境中固化12h养护,然后拆模,随后放入标准养护室(温度(20ʃ1)ħ,湿度>95%)养护至7d㊂1.4㊀试验方法试件达到养护龄期后取出,一部分试件进行高温试验,高温试验采用编程式箱式电炉以10ħ/min的升温速率将试件加热到目标温度1000ħ,恒温3h,待试件自然冷却后与常温组试件一起进行抗压强度测试(所报道的强度值为3个平行试件的平均值)㊂抗压测试结束后选取试件中心碎块放入丙酮溶液中浸泡3d 以终止其水化,然后取出碎块置于真空干燥皿中干燥,选取部分样品使用美国FEI公司发射丝扫描电子显微镜观察微观形貌,选取压碎净浆试件样品研磨后过0.08mm方孔筛,粉样封存于试样袋中,然后使用日本理学公司XRD Rigaku Ultima IV型X射线衍射仪进行物相分析㊂2㊀结果与讨论2.1㊀抗压强度地聚物砂浆养护7d后的抗压强度见表3,表4给出了高温后地聚物砂浆的相对残余抗压强度,即相同第4期管柏伦等:偏高岭土-粉煤灰基地聚物砂浆力学性能研究1253㊀模数相同碱浓度下高温作用后的抗压强度与常温时的抗压强度之比㊂表3㊀地聚物砂浆的抗压强度Table 3㊀Compressive strength of geopolymer mortar/MPa Alkali concentration /%0.75-20ħ 1.00-20ħ 1.25-20ħ 1.50-20ħ0.75-1000ħ1.00-1000ħ1.25-1000ħ1.50-1000ħ407.08ʃ0.8016.52ʃ1.9418.44ʃ1.3920.31ʃ2.07 4.64ʃ0.417.81ʃ0.627.74ʃ0.608.86ʃ0.47448.08ʃ1.1022.24ʃ1.1020.84ʃ0.1021.24ʃ1.42 6.06ʃ0.7112.13ʃ0.5610.12ʃ1.169.77ʃ0.914810.28ʃ1.2420.28ʃ0.6219.80ʃ1.4618.88ʃ2.159.14ʃ0.8210.24ʃ0.959.38ʃ1.247.87ʃ0.68㊀㊀注:0.75-20ħ表示模数为0.75在20ħ时试件的强度,40%表示碱浓度为40%时试件强度,其余以此类推㊂表4㊀高温后地聚物砂浆的相对残余抗压强度Table 4㊀Relative residual compressive strength of geopolymer mortar after high temperatureAlkali concentration /%0.75 1.00 1.25 1.50400.660.470.420.44440.750.550.490.46480.890.500.470.42㊀㊀注:0.75表示模数为0.75的试件经历1000ħ高温后的强度与该模数下常温试件强度之比,40%表示碱浓度为40%的试件经历1000ħ高温后的强度与该碱浓度下常温试件强度之比㊂2.1.1㊀模数对强度的影响图2㊀激发剂的模数对地聚物砂浆抗压强度的影响Fig.2㊀Effect of modulus of activator on compressive strength of geopolymer mortar 碱激发剂模数对地聚物砂浆抗压强度的影响见图2㊂由图可知,常温下当水玻璃的模数为0.75时,除48%-20ħ组抗压强度达到10.28MPa 外,其余各组强度均低于10MPa㊂这可能是因为水玻璃模数太低使得其水化过程中产生Si(OH)4太少,而Si(OH)4有利于消除粉煤灰周围硅氧阴离子团的过饱和现象从而促进粉煤灰的解聚[16],因此粉煤灰解聚不完全使得砂浆强度偏低㊂当模数为1.00时,除个别配比外,其余试件的强度均达到最高,其中44%-20ħ组强度最高,为22.24MPa㊂这可能是因为水玻璃中低聚合度硅氧四面体的含量增加进一步促进硅铝原料的溶解解聚,生成更多胶体沉淀,使得强度升高[16-17]㊂当模数继续升高至1.50时,大部分配比试件的强度都略有降低㊂这可能是因为在较高的模数下,高聚合度硅氧四面体含量增加,不利于原料中硅铝相的解聚,抑制缩聚反应过程,导致强度降低[18]㊂在经历1000ħ高温后,地聚物砂浆的强度较常温下普遍降低,其强度随模数的变化规律与常温时大致相同㊂由表4可知,高温后试件的相对残余抗压强度在42%~89%之间;而水泥胶砂试件在1000ħ高温后仅有15.8%的相对残余抗压强度[19],因此该材料具有较好的耐高温性能㊂当模数为1.00且碱浓度为44%时,试件在经历1000ħ高温后残余强度达到最高,为12.13MPa,仍有55%相对残余强度,为最佳耐高温组㊂该材料具有较好的耐高温性能可能是因为部分未反应的颗粒在高温下发生烧结形成更强的结合力使得强度增加,从而抵消了一部分在高温下引起的热损伤[20]㊂2.1.2㊀碱浓度对强度的影响图3描述了激发剂碱浓度对地聚物砂浆抗压强度的影响㊂由图可知,除0.75模数外,其余各模数下试件的强度均随着碱浓度的增大先增大后减小㊂当碱浓度为44%,各组强度达到最高,这可能是因为随着碱浓度的升高,原料颗粒溶解更充分,生成更多的凝胶体来填充多孔体系,使得结构更为致密[17]㊂而当碱浓度继续升高至48%时,各组强度反而下降,这可能是因为在较高的浓度下,水化反应太快,水化产物附着在粉1254㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第40卷图3㊀激发剂的浓度对地聚物砂浆抗压强度的影响Fig.3㊀Effect of the concentration of activator on compressive strength of geopolymer mortar 煤灰表面来不及分散,水化难以继续进行而导致强度降低[17]㊂后续扫描电镜的观测也证实了这点㊂在经历1000ħ高温后,当模数为1.00时,试件的强度随着碱浓度的增大呈现出先增大后减小的趋势,其余各模数下试件强度均保持稳定,这与常温时的规律相似㊂2.2㊀XRD 分析图4和图5分别为不同模数和不同碱浓度下地聚物净浆的XRD 谱㊂由图可知,地聚物常温下存在的晶相主要为石英(quartz)和莫来石(mullite),仅有少量的白云母(muscovite)和钾长石(microcline),结合图1可知,石英和莫来石来自未反应的原料㊂常温下地聚物在2θ=20ʎ~40ʎ之间出现弥散的馒头峰,这是地聚物的典型特征谱,表明偏高岭土-粉煤灰基地聚物水化产物主要为无定型硅铝酸盐凝胶[21-22]㊂地聚物高温后的水化产物主要为白榴石(leucite)和钾霞石(kalsilite)㊂图4(a)为常温下碱浓度为44%时不同模数下的XRD 谱㊂石英的主衍射峰随着模数的增加先下降后升高,模数为1.00时最低,莫来石峰的变化也符合这个规律,这说明此时原料溶解得最为充分,因此宏观表现为该模数下的试件强度最高㊂当模数增加至1.50时,石英峰反而升高,这可能是水玻璃模数偏大时,高聚合度硅氧四面体含量增加,使得原料中硅铝相的解聚不充分,最终生成的无定型凝胶相较少[18]㊂此外,在地聚物中还有少量白云母和钾长石,Selman 等[23]也探测到白云母的存在㊂图4㊀不同模数下地聚物净浆的XRD 谱Fig.4㊀XRD patterns of geopolymer clean pulp with different modulus 图4(b)为1000ħ高温后碱浓度为44%时不同模数下的XRD 谱㊂由图可知,在经历1000ħ高温后,原有的晶体与凝胶相均转化为白榴石和钾霞石㊂李娜等[24]也探测到这两种晶相的存在,认为地聚物生成了更加稳定的陶瓷相结构;黄丽婷等[25]认为白榴石常用作烤瓷材料,是一种良好的耐高温晶体,因此试件在经历1000ħ高温后仍有较高的残余强度㊂白榴石的主衍射峰随着模数的增加先升高后下降,模数为1.00时最高,宏观表现为高温后该模数下的试件强度偏高㊂图5(a)为常温下模数为1.00时不同碱浓度下的XRD 谱㊂由图可知,石英的主衍射峰随着碱浓度的增加先下降后升高,石英峰与莫来石的衍射峰在48%碱浓度时最强,这说明过高的碱浓度不利于原料的溶解,可能是因为部分水化产物的包裹使得反应减慢使反应生成的无定型凝胶减少㊂图5(b)为高温后模数为1.00时不同碱浓度下的XRD 谱㊂由图可知,1000ħ高温作用后,各碱浓度下的衍射峰几乎均为白榴石,白榴石的主衍射峰随着碱浓度的增加先升高后下降,碱浓度为44%时最高,这与强度规律一致㊂㊀第4期管柏伦等:偏高岭土-粉煤灰基地聚物砂浆力学性能研究1255图5㊀不同碱浓度下地聚物净浆的XRD谱Fig.5㊀XRD patterns of geopolymer clean pulp with different alkali concentrations2.3㊀SEM分析图6为地聚物砂浆的微观形貌图㊂图6㊀地聚物砂浆的SEM照片Fig.6㊀SEM images of geopolymer mortar图6(a)㊁(b)和(c)为同一碱浓度(44%)下不同模数(0.75㊁1.00和1.50)的SEM照片㊂由图6(a)可以看到未反应而呈板状结构的偏高岭土,此外还有不少空心腔和未反应的粉煤灰颗粒,Kong等[26]认为粉煤1256㊀资源综合利用硅酸盐通报㊀㊀㊀㊀㊀㊀第40卷灰包含大量具有空心球的颗粒,当这些颗粒部分溶解时,会在小尺寸孔的基质中产生孔隙㊂因此看到的空心腔可能是由于溶解的粉煤灰颗粒留下的空间㊂同样的板状结构在图6(c)中也可以见到,而从图6(b)可以看到大量絮状的水化产物,其微观结构也较密实㊂上述现象与强度规律一致,过低或者过高的碱激发剂模数都不利于水化㊂图6(b)㊁(d)和(e)为同一模数(1.00)下不同碱浓度(44%㊁40%和48%)的SEM照片㊂图6(d)中虽然有不少的水化产物,但也存在未反应偏高岭土㊁裂纹和空隙,这些空隙可能是因为反应过程中凝胶相中水分排出后留下[27],这使得当碱浓度较低时,试件强度较低㊂从图6(e)可以看到未反应完全的粉煤灰颗粒周围包裹着一层水化产物,这与文献[17]的描述一致,可能是这层水化产物薄膜使得后续反应变慢导致强度降低㊂图6(f)㊁(g)和(h)为同一碱浓度(44%)下不同模数(0.75㊁1.00和1.50)高温后的SEM照片㊂由图结合XRD谱及文献[28]可知,图中白色颗粒为白榴石(KAlSi2O6),它作为烤瓷材料为试件高温后的强度提供了保障㊂图6(f)可见少量的白榴石嵌入骨料的孔隙中;随着模数的增加,生成更多的白榴石,同时白榴石与骨料镶嵌较为紧密,这使得该组宏观力学性能较好;随着模数的继续增大,仍然可见大量的白榴石,但它与骨料的界面过渡区密实程度大大降低,过渡区出现了清晰可见的裂缝,这使得该组强度有所下降㊂此外,还可以观测到大量烧结后的空心腔,粉煤灰地聚物的这种多孔系统为加热过程中的水分提供了逃逸途径[27],从而抵消部分热应力带来的强度损伤,这使得试件经历1000ħ高温后仍有较高残余强度㊂3㊀结㊀论(1)当碱浓度不变时,大部分试件的强度随模数的增大先升高后略微下降或者基本不变㊂当模数不变时,大部分试件强度随碱浓度的增大先升高后降低㊂在模数为1.00且碱浓度为44%时抗压强度最高,为22.24MPa㊂㊀(2)地聚物砂浆有着较为良好的耐高温性能,经历1000ħ高温后试件仍能维持42%及以上相对残余强度;试件残余强度最高为12.13MPa,该组仍有55%相对残余强度㊂(3)地聚物净浆常温下的主要水化产物无定型凝胶,此外还有少量钾长石和白云母;1000ħ高温后的水化产物转化为白榴石和钾霞石㊂(4)地聚物砂浆在模数为1.00且碱浓度为44%时的微观结构较为致密,且有大量絮状的水化产物,过低或者过高的模数都存在着较为明显未反应的偏高岭土和粉煤灰,而过高的碱浓度可能使得水化产物薄膜包裹未反应粉煤灰,使得后续水化反应变慢㊂参考文献[1]㊀徐㊀彧,徐志胜.高温作用后混凝土强度试验研究[J].混凝土,2000(2):44-45+53.XU 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偏高岭土简介
高活性偏高岭土简介1（混凝土强度代表成份）一、高活性偏高岭土的概念高岭土是以高岭石为要紧组分的矿产（化学式是Al2O3·SiO2·H2O）。
高岭土资源要紧有两类：一类是煤系地层中比较坚硬的岩石，叫高岭岩或焦宝石；另一类是风化成因的土状岩石，如苏州土。
偏高岭土(metakaolin)是用高岭土作原料，通过选矿、配组、煅烧等工序生产的一种具有极高火山灰活性的物质，要紧成份是无定型的Al2O3和SiO2。
要紧应用领域在混凝土行业，也叫做高性能混凝土矿物外加剂（High Reactivity Meta-kaolin）。
国内有多个生产偏高岭土的厂家，由于各厂家的生产技术不同，使得偏高岭土质量不同专门大（要紧指火山灰活性），严峻阻碍了偏高岭土下游产品的性能和推行应用，因此，咱们把具有很高火山灰活性（活性指数大于110）的偏高岭土叫做高性能偏高岭土。
阻碍偏高岭土活性的要紧因素有：原料（高岭石含量和结晶程度）、选矿工艺与技术、磨矿条件（细度、颗粒结构和粒度散布）、煅烧条件（温度、时刻、气氛、升温速度、保温时刻和外加剂）。
自然界形成的高岭土原料的质量转变专门大，肉眼又很难分辨其质量的好坏，因此，产品质量快速测试技术成了产品质量操纵的关键。
焦作市煜坤矿业拥有现今最快速、最准确的快速测试技术，保障了产品质量的稳固性。
1焦作市煜坤矿业有限公司——偏高岭土专业生产厂家偏高岭土生产技术——河南省重点攻关项目成果，获河南省科技进步奖成果焦作市煜坤矿业公司企业标准（QB/YK01-2008）——全国唯一偏高岭土质量标准二、偏高岭土的用途凡是利用硅酸盐水泥的产品中，都能用得上偏高岭土，可否真正取得应用，要紧看性能价钱比。
依据初步研究和应用实践，以下产品中能够利用偏高岭本地货物。
1.高性能混凝土矿物外加剂，例如预应力混凝土、轻质混凝土、高强度混凝土、修复混凝土等。
2.特种砂浆外加剂，例如保温砂浆、防水砂浆、粘结砂浆、抹面砂浆、外墙防水腻子、单双组份聚合物水泥防水砂浆、修复砂浆、自流平砂浆等。
几种天然无机矿物对砂浆性能的影响
几种天然无机矿物对砂浆性能的影响摘要：在无机矿物掺量不超过5%时，测定膨润土、高岭土、偏高岭土对砂浆的凝结时间、施工和易性、保水性能、强度和触变润滑性等性能的影响。
关键词：膨润土；高岭土；偏高岭土；保水性；触变性Abstract: in the inorganic mineral content is no more than 5%, the determination of bentonite, kaolin, partial kaolin to mortar the setting time and construction workability, water function, strength and thixotropic lubricity properties of influence.Keywords: bentonite; Kaolinite; Partial kaolinite; The water; thixotropy 引言目前，全国许多地方使用商品砂浆，但是在商品砂浆的推广中也遇到较多问题，其中砂浆的保水性能和触变润滑性就是其中一个。
本文就以膨润土、高岭土、偏高岭土为对象，研究这些矿物对砂浆施工和易性、保水性能、强度、触变润滑性的影响，确定其在水泥砂浆中的应用可行性。
1 原材料和试验方法1.1 原材料海螺牌P.O 42.5水泥，张家港海螺水泥有限公司；标准砂，厦门ISO标准砂有限公司；萘系减水剂，日本花王。
高岭土，中国高岭土公司（苏州）钠基膨润土，山东省潍坊龙凤膨润土有限公司，偏高岭土是将高岭土在700℃下煅烧2小时，再磨30min得到的。
1.2 试验方法1.2.1 保水率测定模仿德国国标DIN-18555/7中测定砂浆保水率的方法自行设计。
取一部分流动度符合要求的砂浆做如下实验：将一直径8mm左右圆环放置于玻璃板上，将砂浆放入圆环中，用抹刀刮平，盖上五层滤纸（滤纸每张约1g），最上层滤纸上再用10cm见方玻璃片盖住，五分钟后取中间三张滤纸称重量得M，相对保水率=1-（M-3）/3，此方法不能精确测定，但能大概的比较出不同砂浆间的保水率变化。
硅灰、偏高岭土对复合水泥浆体抗压强度的影响
南京工业大学本科生毕业论文硅灰、偏高岭土对复合水泥浆体抗压强度的影响作者：彭超，南京工业大学，2011.6摘要辅助性胶凝材料（SCMs）已成为设计高强度和高性能混凝土不可分割的一部分。
在保证使用性能条件下，最大限度提高各种辅助性胶凝材料含量是实现水泥低能耗制备和高效应用的关键。
利用粒径更细的硅灰、偏高岭土掺入复合水泥用以提高早期强度已成为大掺量使用辅助性胶凝材料的途径。
本文主要以小野田PⅡ52.5MPa水泥为基体，选取硅灰、偏高岭土为辅助性凝胶材料。
通过对矿渣-水泥，硅灰-矿渣-水泥，偏高岭土-矿渣-水泥体系抗压强度的研究，来探讨硅灰、偏高岭土对水泥浆体抗压强度的影响。
从实验的结果分析得到如下结论：1.MK和SF均能大幅提升高SL掺量三元体系水泥浆体不同龄期抗压强度。
在5~15%掺量范围内，浆体强度随掺量增加而提高，掺量为15%时效果最好。
2.MK和SF均能与高SL掺量三元体系水泥浆体中CH反应生成结晶物质。
SF与CH反应生成水化硅酸钙凝胶(C-S-H)，MK与CH反应生成C-S-H、水化铝硅酸凝胶和少量C2ASH8、C4AH13、C3AH6等结晶物质。
3.MK和SF可细化高SL掺量三元体系水泥浆体孔径分布。
4.MK和SF的物理填充、火山灰效应可优化三元胶凝体系浆体的微观结构。
5.高品质MK可作为代替SF应用于高SL含量三元胶凝材料体系的辅助性胶凝材料。
关键词：复合水泥硅灰偏高岭土抗压强度ABSTRACTInfluence of silica fume and metakaolin on compressive strength ofcomposite cement pasteABSTRACTSupplementary cementing materials (SCM) have become an integral part of high strength and high performance concrete mix design.Under the conditions of ensuring the performance,maximum composite various of auxiliary cementitious materials is key to achieve preparation and application of low energy efficiency of e of finer particle size of silica fume, metakaolin mixed with cement to increase the early strength of composites has become a way to use supplementary cementitious materials of a high volume.In this paper,cement of Onoda 525PⅡand silica,metakaolin slag are chosen as raw pressive strength properties of cement,SL-cement,SF-SL-cement,MK-SL-cement are prepared,analysising the influence of MK and SF on zhe compressive strength.From the experimental results of the following conclusions:1. MK and SF could significantly enhance the ternary system of cement paste’s compressive strength of different ages.In the range of 5% to 15%，the strength of paste increased with increasing content. As the content is 15%,the effect is best.2. MK and SF both can react with CH in the cement paste with crystalline material generated.3. MK and SF can refine the pore size distribution of cement paste.4. Physical fill and effects of volcanic ash of MK and SF can optimize the microstructure of cement paste.5. High quality MK can be used as supplementary cementitious material instead of SF for ternary cementitious systems with high SL content .Key Words: blended cement; compressive strength; metakaolin,;silica fume南京工业大学本科生毕业论文目录摘要 (I)ABSTRACT (II)目录 (1)第一章绪论 (1)1.1 引言 (1)1.2 目的和意义 (2)1.3 研究现状 (3)1.3.1 复合硅酸盐水泥的发展 (3)1.3.2 复合硅酸盐水泥与普通水泥的区别 (5)1.4 辅助性凝胶材料的作用 (6)1.4.1 偏高岭土 (6)1.4.2 硅灰 (8)1.4.3 矿渣 (11)1.6 研究内容 (12)1.6.1 实验方案 (12)1.6.2 本文所用术语 (13)第二章原材料与实验方法 (14)2.1 原料 (14)2.2 仪器设备 (14)2.3 实验方法 (15)2.3.1 实验方案 (15)2.3.2 试样的制备、养护及处理 (16)第三章强度与微观结构 (18)3.1偏高领土-矿渣-水泥三元体系的抗压强度 (18)目录3.2 硅灰-矿渣-水泥三元体系的抗压强度 (19)3.4 各不同配比体系的抗压强度的比较 (20)3.5 MK和SF对三元胶凝体系产物和微观结构的影响 (20)3.5.1 水化产物 (20)3.5.2 MK和SF对三元胶凝体系抗压强度影响及作用机理 (24)结论 (26)参考文献 (27)致谢 (30)南京工业大学本科生毕业论文第一章绪论1.1 引言水泥是与国民经济和人民生活密切相关的、不可缺少的重要材料，是建筑工业的三大基本材料之一。
＂刚性防水和混凝土结构防水＂系列报道之二十七——偏高岭土对水
文章 编 号 ： １ ０ ０ ７ — ４ ９ ７ Ｘ （ ２ ０ １ ５ ） 一 １ ６ — ０ ０ ０ １ — ０ ４ ห้องสมุดไป่ตู้图 分 类 号 ： Ｔ Ｕ ５ ０ ２ ； Ｔ Ｕ ５ ７ ８ ． １ 文献标志码 ： Ａ
ｅ ｆ ｅ ｃ ｔ ｏ ｆ ｃ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｍｏ ｒ ｔ ａ ｒ ｗａ ｓ ｔ ｈ ｅ ｂ ｅ ｓ ｔ ．
Ｋｅ ｙ ｗｏ ｒ ｄ ｓ ： ｍｅ ｔ ａ ｋ ａ ｏ ｌ ｉ ｎ ；ｃ ｅ ｍｅ ｎ ｔ ｍｏ ｔ ｒ ａ ｒ ；ａ ｎ ｔ ｉ － ｐ ｅ ｍｅ ｒ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｍａ ｒ ｎ ｃ ｅ ；ｍｅ ｃ ｈ ａ ｎ ｉ ｃ ａ ｌ ｐ ｒ ｏ ｐ ｅ ｔ ｒ ｉ ｅ ｓ ；ｐ ｏ ｒ ｅ ｓ ｔ ｒ ｕ ｃ ｔ ｕ ｒ ｅ ；ｆ ｌｕ ｉ ｄ ｉ ｔ ｙ ； ｏ ｐ ｔ ｉ ｍａ ｌ ｄ ｏ ｓ ａ ｇ ｅ
Ｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ Ｍｅ ｔ ａ ｋ ａ ｏ ｌ ｉ ｎ ｏ ｎ Ａｎ ｔ ｉ － ｐ ｅ ｒ ｍｅ ａ ｂ ｉ ｌ ｉ ｔ ｙ Ｐ ｅ ｒ ｆ ｏ ｒ ｍａ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ Ｃｅ ｍｅ ｎ ｔ Ｍｏ ｒ ｔ ａ ｒ
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Ｃｈ ｉ ｎ ａ ； ２ ． Ｍａ ｏ ｍｉ ｎ ｇ Ｋａ ｏ ｌ ｉ ｎ Ｔ ｅ ｃ ｈ ｎ ｏ ｌ ｏ ｇ ｙ Ｃ ｏ ． ， Ｌ ｔ ｄ ． ，Ｍａ ｏ ｍｉ ｎ ｇ ， Ｇｕ ａ ｎ ｇ ｄ ｏ ｎ ｇ ５ ２ ５ ０ ２ ６ ， Ｃｈ ｉ ｎ ａ ）
偏高岭土对混凝土性能的影响
４．１ 新拌混凝土塌落度测定值见表６及图１。
200 180 160 140 120 100 80 60 40
20 0 0
1
2
3
试块代号
图1 塌落度比较
初始值 1h后
１８
COAL ASH 3/2009
由图１分析：一定范围内塌落度随偏高岭土掺和量的 增加而逐步减小，初始时塌落度变化尤为明显，一小时后 塌落度基本不变化。且塌落度损失随偏高岭土量的增加而 逐步减小。可能是减水剂与盖混凝土部相容的原因。
200 195
５ 掺加偏高岭土的混凝土物理力学性能试验
５．１ ７ ｄ及２８ ｄ抗压强度值 ７ ｄ、２８ ｄ抗压强度值见表７、表８。
表7
7 d抗压强度值
试块编号
抗压强度/MPa
0
33.8 36.1 38.2
1
30.8 31.0 32.0
2
27.9 27.7 27.7
3
21.5 24.3 24.0
表11
抗腐蚀质量对比数据
试块编号 浸泡前干质量/g 浸泡循环后干质量/g
0
2 387.7
1
2 377.3
2 405.8 2 388.7
2
2 376.3
2 437.3
3
2 392.5
2 433.6
质量损失/% 0.76 0.48 2.57 1.72
表12 试块编号
对比组抗压强度值
MPa
抗压强度
平均抗压强度
抗折破坏强度／MPa
8
7
6
5
4
3
2
1
0
0
1
2
3
试块代号
图4 混凝土试块抗折强度值
偏高岭土在水泥中的最佳掺量-概述说明以及解释
偏高岭土在水泥中的最佳掺量-概述说明以及解释1.引言1.1概述高岭土是一种常见的岩石矿物，具有吸附性能和高强度等特点，广泛应用于许多工程领域中。
近年来，随着建筑行业对环保、节能等要求的提高，研究人员开始探索将高岭土应用于水泥混凝土中以提升其性能。
本文旨在研究高岭土在水泥中的最佳掺量，以期为实际工程应用提供参考。
1.2文章结构本文分为引言、文献综述、实验方法、实验结果与分析、结论等几个部分。
首先，在文献综述中，将介绍高岭土的特性及其在水泥混凝土中的应用现状。
其次，通过实验方法一节，详细说明本研究所采用的高岭土掺量、水泥配比、试件制备方法等。
接下来，在实验结果与分析一节中，将对不同掺量的高岭土对水泥混凝土性能的影响进行实验测试与数据分析，并进行详细讨论。
最后，在结论一节中，将总结研究结果，提出高岭土在水泥中的最佳掺量，并对未来研究方向进行展望。
1.3目的本研究的主要目的是探索高岭土在水泥混凝土中的最佳掺量，以优化混凝土的性能。
具体来说，主要包括以下几点目标：首先，通过实验测试，计算不同掺量的高岭土对水泥混凝土的强度、抗渗性能和耐久性等方面的影响；其次，研究高岭土与水泥的物化反应机理，探究其对混凝土微观结构的影响；最后，建立高岭土在水泥混凝土中的最佳掺量模型，为实际工程应用提供科学参考。
通过本研究的开展，可以进一步促进水泥混凝土材料的发展，提升其性能和可持续性。
2.正文2.1 高岭土的优点和性质高岭土，也被称为高岭土白泥，是一种常见的矿物质材料，其主要成分为硅酸铝和水合硅酸铝。
高岭土的特点是颗粒细腻、结构疏松、吸水性强，并且具有较高的韧性和可塑性。
首先，高岭土具有极佳的保水性。
由于高岭土颗粒细小且表面积大，其在水泥中的添加能够有效吸附和储存水分，使得混凝土在早期和干燥环境下保持更长时间的湿润状态。
这种保水性有助于混凝土的早期强度发展，并能有效减少干缩裂缝的发生。
其次，高岭土具有良好的黏结性。
高岭土与水泥中的水发生反应，产生胶体物质，能够形成流动性好且具有较高粘性的胶浆，有助于混凝土的凝结和硬化过程。
较大偏高岭土掺量下水泥基材料的水化和性能
较大偏高岭土掺量下水泥基材料的水化和性能乔春雨;倪文;王长龙【摘要】测定了较大偏高岭土(MK)掺量下偏高岭土-水泥(MK-C)砂浆的抗压强度、MK-C净浆的水泥相对水化程度和累计放热量,探讨了净浆化学结合水量,砂浆抗压强度与净浆累计放热量的关系.结果表明:考虑了"稀释效应"、MK表面成核效应及火山灰效应的有效接触表面积模型可定量表征MK-C砂浆的抗压强度;水泥相对水化程度随MK掺量的增加而逐渐增大,随龄期的延长而先增加后降低;随MK掺量的增加,净浆最大累计放热量逐渐降低,最大累计放热增量逐渐变大,净浆化学结合水量与累计放热量在养护早期和后期存在不同的线性关系,砂浆早期抗压强度与净浆累计放热量线性相关.【期刊名称】《建筑材料学报》【年(卷),期】2015(018)005【总页数】6页(P757-762)【关键词】偏高岭土;强度;相对水化程度;水化热;表面成核效应;火山灰反应【作者】乔春雨;倪文;王长龙【作者单位】北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京100083;北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京100083;北京科技大学金属矿山高效开采与安全教育部重点实验室,北京100083【正文语种】中文【中图分类】TU528.0高火山灰活性的偏高岭土（MK）可与水泥中的Ca（OH）2（CH）反应生成C－S－H 凝胶，C4AH13，C3AH6和C2ASH8等［1－2］，有效改善水泥基材料的孔结构和物质组成，从而提高材料的物理力学性能和耐久性能等［1，3－5］，其优异性能受到越来越多学者的广泛关注.Frias等［6］研究了MK 对水泥砂浆放热的影响，表明其火山灰活性低于硅灰并远高于粉煤灰，MK和硅灰对水泥水化放热具有相似的促进作用.Khatib等［7］的研究表明随MK 掺量的增加和龄期的延长，水泥浆体中孔径小于20nm 的孔所占比例逐渐增加，说明MK 显著细化了水泥浆体的孔结构.Justice等［8］的研究表明细度大的MK 在较低掺量情况下对混凝土强度的提高作用更加明显，这是由于MK消耗了混凝土内大量的CH，从而有效改善了混凝土的物理力学性能和耐久性.乔春雨等［9］观测到MK 能有效提高混凝土的力学性能，并指出较大MK 掺量1）文中涉及的掺量、含量和胶砂比等除特别说明外均为质量分数或质量比.（＜50%）情况下复合浆体的抗压强度增强效应因子与孔径小于10nm 的孔体积增量呈正比例关系.钱晓倩等［10］研究了较低MK 掺量（＜15%）情况下MK 对混凝土力学性能的影响，结果表明MK 能够显著提高混凝土的抗压强度.Cyr等［11－12］建立了复合浆体强度与矿物掺合料比表面积和掺量等之间的定量关系.其提出的“有效接触模型”中，浆体强度来源于“稀释效应”、矿物掺合料的表面成核效应和火山灰效应.“稀释效应”是浆体内部分水泥被等质量矿物掺合料替代的结果，其涉及浆体内水泥含量的减少以及水灰比的增大；表面成核效应是指水泥溶出组分在矿物掺合料表面的成核点成核生长，从而促进水泥水化，提高水泥的水化程度［11－14］；火山灰效应是一种化学增强效应，水泥水化形成的CH 与矿物掺合料中的活性组分发生火山灰反应，从而改善复合浆体的微观孔结构和性能.本文利用有效接触表面积模型［11－12，14］，建立了MK－C砂浆强度增量与水泥和MK 有效接触表面积之间的定量关系，以及净浆放热与其物质变化和力学性能的关系，旨在为MK 在混凝土工业中的大量应用提供指导.1 试验方法1.1 原材料水泥（C）为P·I 42.5 基准水泥，比表面积为424.1m2／kg；偏高岭土（MK）的比表面积为1 307.7m2／kg.原材料的化学和物相组成见表1.由表1可见，MK 的主要化学组成为SiO2和Al2O3，其含量之和高达96%以上.表1 原材料的化学和物相组成Table 1 Chemical and phase compositions（by mass）of raw materials %1.2 试样制备及测试方法以基准水泥、MK 及标准砂为原料制备MK－C砂浆试块，胶砂比为1∶3，水胶比为0.4，MK 掺量p 为0%，5%，10%，15%，20%，35%和50%（分别标记为MK0，MK5，MK10，MK15，MK20，MK35和MK50）.调节PC 高效减水剂的含量使各组MK－C砂浆具有相同的流动度（180～200mm）.根据GB／T 17671—1999《水泥胶砂强度检验方法（ISO 法）》测定砂浆试块3，7，28，90d的抗压强度.根据MK－C 砂浆试块的配合比制备相应的MK－C净浆试块，养护1，3，7，28，90d后破碎并置于酒精中终止水化.根据文献［15］和GB／T 12960—2007《水泥组分的定量测定》，测定MK0，MK20，MK35和MK50 净浆试块的化学结合水量wne和MK 反应量wMK.利用TA 公司TAM Air量热仪测量净浆放热量，保持恒温23℃，测量时间7d.2 结果与讨论2.1 抗压强度乔春雨等［9］测试了不同龄期MK－C 砂浆试块的抗压强度.其研究表明，随着MK 掺量的增加，MK－C砂浆抗压强度增长速度加快.MK－C 砂浆的3，7d抗压强度均随MK 掺量的增加而降低，并且均低于基准水泥砂浆；除MK50外，其他MK－C 砂浆试件的28d抗压强度均超过基准水泥砂浆，不同组别强度差距减小，相对于低MK 掺量体系，其后期抗压强度增长更加明显.MK－C砂浆的强度是由水泥和MK 共同提供的，砂用量一致时，两者区别在于MK 替代了相同质量分数p 的水泥.Lawrence等［14］认为复合砂浆强度f 是由3种效应组合形成的：式中：fdilution为水泥含量减少的“稀释效应”产生的强度；Δfδ为矿物掺合料表面成核效应产生的强度；Δfpz为活性矿物掺合料火山灰效应产生的强度. Lawrence等［14］的研究还表明，“稀释效应”产生的强度符合Powers等［16］提出的“凝胶／孔隙比”（gel／space ratio）模型，其产生的强度fdilution与砂浆内水泥含量大致成正比.根据Cyr等［11－12］的理论，表面成核效应和火山灰效应均要求水泥颗粒和矿物掺合料颗粒足够靠近，随矿物掺合料掺量增加，水泥含量逐渐减少，2种颗粒近距离接触的概率降低，因此定义表征有效靠近概率的参数ξ（p），得到复合浆体内MK 与单位质量水泥接触的有效接触表面积Seff：式中：S 为MK 与单位质量水泥接触的面积，m2／kg；Ss为MK 的比表面积，m2／kg；k，m，n 为经验参数，无量纲，一般取k＝0.7，m＝36.8，n＝3.4［11］.MK－C砂浆强度增量Δf 与Seff之间存在定量关系［10，13］：式中：f0为同龄期基准砂浆强度，MPa；aδ和apz分别表征MK 表面成核效应和火山灰效应，与时间有关，无量纲；b表征水泥比表面积，m2／kg，与水泥细度有关；c一般取值为1，无量纲.利用式（3）对不同MK－C 砂浆强度增量Δf 与有效接触表面积Seff之间的关系进行拟合，见图1.综合了矿物掺合料掺量、细度和有效靠近概率等一系列因素的有效接触表面积模型统一了矿物掺合料表面成核效应（物理增强作用）和火山灰效应（化学增强作用），很好地表征了MK－C 复合胶凝材料体系中MK 对砂浆强度的增强效果.图1 MK－C砂浆强度增量与有效接触表面积之间的关系Fig.1 Relation betweenΔfand Seff in MK－C mortars2.2 水泥相对水化程度MK 与CH 的火山灰总反应式为：式中：C5AS2H5代表CSH，C4AH13，C3AH6和C2ASH8混合物的平均组成［2］.每100g的MK 与CH 发生火山灰反应，额外产生40.54g化学结合水，因此净浆中水泥水化产生的化学结合水量wc＝wne－40.54×wMK.定义φ 为MK－C 净浆中水泥的相对水化程度，，其中w0为同龄期基准水泥净浆的化学结合水量. 乔春雨等［9］测定了不同MK－C 净浆的化学结合水量和MK 反应量，结果表明：净浆化学结合水量随MK 掺量的增加而减小，随龄期的延长而逐渐增加，但增速减缓；MK 反应量随MK 掺量的增加而逐渐增加，随龄期的延长而逐渐增加，但增速减缓.MK－C净浆的φ 值见图2.由图2可见，φ 值随MK 掺量的增加而增大，随龄期的延长而先增大后减小，90d龄期内的φ 值均大于1.首先，“稀释效应”增加了复合材料体系的水灰比，虽然早期（≤3d）由于自由水含量充足，水灰比的增大并不会增加水泥的相对水化程度［12］，但随着水化反应的进行，体系内自由水含量减少，“稀释效应”则可以为水化提供更多自由水，从而增加了后期水泥的相对水化程度；其次，由于MK 的表面成核效应，水泥溶出组分在其表面成核生长，促进了水泥水化；最后，火山灰反应消耗了水泥水化形成的CH，CH 的减少促使水泥水化反应向正方向进行，从而间接促进了水泥的水化反应.随着MK 掺量的增加，“稀释效应”对水泥相对水化程度的促进作用逐渐显著，而且MK 的有效接触表面积Seff逐渐增加，其表面成核效应和火山灰效应对水泥水化的促进作用逐渐增强，因此在水泥水化中早期φ 值逐渐增大；随着龄期的延长，净浆内MK 的火山灰反应继续进行，wMK显著增加，而此时净浆内水泥水化趋于完全，MK－C 净浆与基准水泥净浆在水泥相对水化程度上的差距逐渐缩小，表现为水泥水化后期φ 值减小.图2 MK－C净浆中水泥相对水化程度Fig.2 Relative hydration degree of cement in MK－C pastes2.3 水化热MK－C净浆在时间t内的累计放热量Q（t）见图3（a），利用指数模型对其进行拟合［17］：式中：Qmax为MK－C 净浆的最大累计放热量；τ 和β分别为时间参数和形状参数［17］.累计放热曲线反映了净浆内物质变化及相互反应的过程，并与材料性能关系紧密.由图3可知，式（5）的指数模型拟合较好.定义ΔQmax为MK－C 净浆最大累计放热增量，ΔQmax＝Qmax－（1－p）Qmax0，其中Qmax0为基准水泥净浆的最大累计放热量.由图3（b）可知，随着MK 掺量的增加，Qmax逐渐减小，且在较大MK 掺量下降幅显著；ΔQmax则逐渐增加.净浆的放热主要来源于水泥的水化反应热，因此ΔQmax随MK 掺量的增加而逐渐增加；同时“稀释效应”使水泥含量逐渐减小，其水化产生的热量逐渐降低，导致Qmax逐渐降低.随着MK 掺量的增加，“稀释效应”、MK 的表面成核效应和火山灰效应对水泥水化的促进作用逐渐增强，同时MK 火山灰反应放热量也逐渐增加，两者叠加致使ΔQmax逐渐增大.图3 MK－C净浆累计放热量、最大累计放热量和最大累计放热增量Fig.3 Q（t），Qmax andΔQmax in MK－C pastes图4 为不同龄期各MK－C 净浆的化学结合水量，砂浆抗压强度与累计放热量之间的关系.由于净浆后期放热十分微弱，90d龄期时各净浆水泥水化和火山灰反应速度逐渐减慢，反应程度趋于完全，因此在图4中MK－C净浆的90d累计放热量与其最大累计放热量Qmax对应.图4 化学结合水量，抗压强度与累计放热量的关系Fig.4 Relations between wne，fand Q（t）由图4（a）可知，净浆化学结合水量与累计放热量呈正比例关系，早期（1，3，7d）这两者的正比例关系基本一致，而后期（90d）该正比例关系与早期有明显差异.由图4（b）可知，早期砂浆抗压强度与净浆累计放热量存在线性关系.早期浆体内存在大量的自由水，MK 反应量较低，其火山灰反应对砂浆强度、净浆化学结合水量以及累计放热量的影响基本可忽略，三者取决于早期水泥的水化反应，而净浆体系的化学结合水量和累计放热量之间存在单一的比例关系，使其早期不同龄期化学结合水量与累计放热量之间的正比例关系基本一致.后期浆体内水泥水化缓慢，MK 火山灰反应逐渐占据主导地位，其化学结合水量与累计放热量之间的比例关系不同于水化反应，导致90d龄期净浆化学结合水量与累计放热量之间的关系与早期不同.van Breugel［18］认为水泥基材料的强度与水化程度之间存在线性关系，而且水泥的水化程度与水化放热之间也存在线性关系，因此复合材料的早期强度与反应放热之间存在线性关系.3 结论（1）在MK 掺量＜50%范围内，考虑了“稀释效应”、MK 表面成核效应和火山灰反应的有效接触表面积模型可以定量表征MK－C砂浆的抗压强度.（2）在MK－C 净浆中，水泥相对水化程度φ 随MK 掺量的增加而逐渐增加，随龄期延长而先增加后降低，并在90d龄期内φ 值始终大于1.（3）在MK 掺量＜50%范围内，随着MK 掺量的增加，MK－C净浆的最大累计放热量Qmax逐渐降低，较大MK 掺量范围内其降幅更加显著；最大累计放热增量ΔQmax逐渐增加.在水化早期，MK－C 净浆的化学结合水量和砂浆抗压强度均与净浆累计放热量存在正比例关系；水化后期净浆化学结合水量与累计放热量的正比例关系不同于早期.参考文献：［1］SABIR B B，WILD S，BAI J.Metakaolin and calcined clays as pozzolans for concrete：A review［J］.Cement and Concrete Composites，2001，23（6）：441－454.［2］DUNSTER A M，PARSONAGE J R，THOMAS M J K.The pozzolanic reaction of metakaolinite and its effects on Portland cement hydration ［J］.Journal of Materials Science，1993，28（5）：1345－1350.［3］GUNEYISI E，GESOGLU M，MERMERDAS K.Improving strength，drying shrinkage，and pore structure of concrete using metakaolin ［J］.Materials and Structures，2008，41（5）：937－949.［4］GRUBER K A，RAMLOCHAN T，BODDY A，et al.Increasing concrete durability with high－reactivity metakaolin［J］.Cement and Concrete Composites，2001，23（6）：479－484.［5］POON C S，KOU S C，LAM pressive strength，chloride diffusivity and pore structure of high performance metakaolin and silica fume concrete［J］.Construction and Building Materials，2006，20（10）：858－865.［6］FRIAS M，de ROJAS M，CABRERA J.The effect that the pozzolanic reaction of metakaolin has on the heat evolution in metakaolin－cement mortars［J］.Cement and Concrete Research，2000，30（2）：209－216. ［7］KHATIB J M，WILD S.Pore size distribution of metakaolin paste ［J］.Cement and Concrete Research，1996，26（10）：1545－1553. ［8］JUSTICE J M，KURTIS K E.Influence of metakaolin surface area on properties of cement－based materials［J］.Journal of Materials in Civil Engineering，2007，19（9）：762－771.［9］乔春雨，倪文，王长龙.较大偏高岭土掺量下偏高岭土－水泥硬化浆体性能与微观结构［J］.建筑材料学报，2015，18（3）：393－399.QIAO Chunyu，NI Wen，WANG Changlong.Properties and microstructure of metakaolin （MK）－cement hardened slurry with high use level of MK［J］.Journal of Building Materials，2015，18（3）：393－399.（in Chinese）［10］钱晓倩，詹树林，李宗津.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，2001，4（1）：74－78.QIAN Xiaoqian，ZHAN Shulin，LI Zongjin.Research of the physical and mechanical properties of the high performance concrete with metakaolin［J］.Journal of Building Materials，2001，4（1）：74－78.（in Chinese）［11］CYR M，LAWRENCE P，RINGOT E.Efficiency of mineral admixturesin mortars：Quantification of the physical and chemical effects of fineadmixtures in relation with compressive strength［J］.Cement and Concrete Research，2006，36（2）：264－277.［12］CYR M，LAWRENCE P，RINGOT E.Mineral admixtures in mortars：Quantification of the physical effects of inert materials on short－term hydration［J］.Cement and Concrete Research，2005，35（4）：719－730. ［13］OEY T，KUMAR A，BULLARD J W，et al.The filler effect：The influence of filler content and surface area on cementitious reaction rates ［J］.Journal of the American Ceramic Society，2013，96（6）：1978－1990.［14］LAWRENCE P，CYR M，RINGOT E.Mineral admixtures in mortars：Effect of inert materials on short－term hydration［J］.Cement and Concrete Research，2003，33（12）：1939－1947.［15］李响，阿茹罕，阎培渝.水泥－粉煤灰复合胶凝材料水化程度的研究［J］.建筑材料学报，2010，13（5）：584－588.LI Xiang，Aruhan，YAN Peiyu.Research on hydration degree of cement－fly ash complex binders ［J］.Journal of Building Materials，2010，13（5）：584－588.（in Chinese）［16］POWERS T C，BROWNYARD T L.Studies of the physical 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偏高岭土对聚合物防水砂浆耐久性影响的实验研究
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｃ ｔ ：Ｉ ｎ ｔ ｈ ｉ ｓ ｐ ａ ｐｅ ｒ ，ｔ ｈ ｅ ｉ ｎ ｌｕｅ ｆ ｎ ｃ ｅ ｏ ｆ ｍｅ ｔ ａ ｋａ ｏｌ ｉ ｎ ｏ ｎ ｐｏ ｌ ｙ ｍｅ ｒ ｗａ ｔ ｅ ｒ ｐｒ ｏ ｏ ｆ ｍｏ ｒ ｔ ａ ｒ ｓ ｓ ｔ ｒ ｅ ｎｇ ｔ ｈ，ｃ ｏ ｒ ｒ ｏ ｓ ｉ ｏ ｎ ｒ ｅ ｓ ｉ ｓ ｔ ａ ｎｃ ｅ ，ｆ ｒ ｏ ｓ ｔ
１ 试 验原 料与配 合 比 １ ． １ 试 验原料
偏 高 岭土 （ ＭＫ） ： 茂 名 高岭科 技 有 限公 司 ＭＯ １型 偏高岭土 ； 偏 高 岭 土基 添 加 剂 （ ＭＫ Ｓ ） ： 偏高岭 土 、 矿 粉、 硫 酸盐 等 复配 而 成 ； Ｎ ａ Ｏ Ｈ： 国药 集 团化 学试 剂 有 限公 司 ， 分析 纯 ； ＨＮ Ｏ ： 国药集 团化学试 剂 有 限公 司 ，
聚合物防水砂 浆不仅具有优 良的力学性能 ， 同时具备较高的耐 久性 。
关键词 ： 偏 高岭 土 ； 聚合 物 防 水 砂 浆 ； 耐 久 性 文章编号 ： １ ０ ０ ７ — ４ ９ ７ Ｘ （ ２ ０ １ ３ ） 一 ２ ２ — ０ ０ １ ２ — ０ ４ 中图 分 类 号 ： Ｔ Ｕ ５ ７ ８ ． １ ２ 文 献标 识 码 ： Ａ
研 究与 应 用
删性 防 和混凝 缩构 囱防 ∞ 暴刻报道 十五
偏 高 岭 土 对 聚 合 物 防 水 砂 浆 耐 久 性 影 响 的 实 验 研 究
包 明 ， 王桂 明 ， 冷 政 ， 水 中和
（ １ ． 硅酸盐建筑材料 国家重点实验室（ 武汉理工大学 ） ， 湖北 武汉 ４ ３ ０ ０ ７ ０ ； ２ ． 湖南 中建五局混凝土有限公司 ， 湖南 长沙 １ ０ ０ ０ ３ ９ ） 摘要 ： 研 究了偏高岭 土对聚合物防水砂 浆强度和耐腐蚀性 能、 抗冻性能、 电通 量的影响。结果表 明， 当掺入偏 高岭 土时，
偏高岭土对混凝土力学性能及耐久性的研究
１．１ 试验原材料 水泥为 Ｐ·Ⅱ５２５级水泥；粗骨料为 石 灰 岩 碎
石；细骨料为河砂、中砂，其细度模数为 ２７。偏高 岭土的比表面积为 １２０００ｍ２／ｋｇ。水泥与偏高岭土 的主要化学成分见表 １。
收稿日期：２０１８ ０７ ０３ 作者简介：蒋国伟（１９７６—），男，浙江杭州人，高级工程师，从事施工技术管理工作。
偏高岭土（简称 ＭＫ）是用高岭土在 ５００℃ ～ ９００℃下经过煅烧脱水形成的无水硅酸铝［２］。由于 偏高岭土中含有大量的无定型二氧化硅和氧化铝， 因此，它不但能够在混凝土中起到填充孔隙的作用， 还能与混凝土中的水化产物发生二次水化［３５］。这 对于减少水泥用量，控制二氧化碳的排放具有重要 的意义。目前，各国学者对偏高岭土的研究进行了 大量的报道，然而这些研究都是针对混凝土的力学 性能并且结论相差较大，没有系统研究偏高岭土对
关键词：偏高岭土；力学性能；孔隙率 中图分类号：ＴＵ５２８ 文献标志码：Ｂ 文章编号：１００８ ３７０７（２０１９）０１ ００５６ ０４
随着我国城市化进程的快速发展，大量的混凝 土构建物在规划和建造之中。数据显示我国混凝土 的年使用量达到惊人的 ２５亿 ｍ３以上，２０１５年水泥 的年产量也达到 ２４亿 ｔ。然而，据有关数据统计，全 世界因生产水泥而向大气中排放的二氧化碳约占全 球的 ５％ ～８％，因此减少水泥用量控制二氧化碳排 放已经成为刻不容缓的研究问题［１］。
试验成型尺寸为 １００ｍｍ×１００ｍｍ×４００ｍｍ （用于加速碳化试验和冻融循环试验）和 １００ｍｍ× １００ｍｍ×１００ｍｍ（用于抗压强度和抗折强度测试） 的混凝土试块，将试样脱模后放入标准养护室养护。 １．３ 试验方法 １．３１ 抗压强度
将试件尺寸为 １００ｍｍ×１００ｍｍ×１００ｍｍ的混 凝土按《普通混凝土力学性能试验方法标准（ＧＢ／Ｔ ５００８１—２００２）》测试抗压强度。 １．３２ 加速碳化试验
粉煤灰和偏高岭土组合使用对混凝土耐热性能影响
粉煤灰和偏高岭土组合使用对混凝土耐热性能影响张冰清，付立强，郝 桢（中交一公局第五工程有限公司，北京 100024）摘要：通过引入粉煤灰和偏高岭土制备了四种高性能混凝土，并研究了粉煤灰和偏高岭土两种辅助胶凝材料的组合使用对高性能混凝土耐热性能的影响。
结果表明，SCM的组合使用对高性能混凝土的早期强度影响有限，而28 d强度受到显著影响。
在1000℃下，含有30％UFFA-5％MK和10％FA-20％UFFA-5％MK的高性能混凝土残余抗压强度分别保持18.7 MPa和23.9MPa。
在1000 ℃下，辅助胶凝材料的组合使用（10％FA-20％UFFA-5％MK）显示出最低的质量损失（9.2％）、吸水率（10.9％）和孔隙率（28.6％）。
关键词：桥梁混凝土；辅助胶凝材料；耐热性能；物理性质中图分类号：U416.216 文献标识码：A Influence of combined use of fly ash and metakaolin on heatresistance of concreteZHANG Bingqing, FU Liqiang, HAO Zhen (China Communications First Public Bureau Fifth Engineering Co., Ltd.,Beijing 100024 China)Abstract: Four kinds of high-performance concrete were prepared by introducing fly ash and metakaolin, and the effect of the combined use of fly ash and metakaolin on the heat resistance of high-performance concrete was studied. The results show that the combined use of SCM has a limited effect on the early strength of high-performance concrete, while the 28 d strength is significantly affected. At 1 000 ℃, the residual compressive strength of high-performance concrete containing 30% UFFA-5% MK and 10% FA-20% UFFA-5% MK remains 18.7 MPa and 23.9 MPa, respectively. At 1 000 ℃, the combined use of auxiliary gelling materials (10% FA-20% UFFA-5% MK) showed the lowest mass loss (9.2%), water absorption (10.9%) and porosity (28.6%).Key words: bridge concrete; supplementary cementitious materials; high temperature resistance; physical properties 引言高性能混凝土（High Performance Concrete, HPC）凭借超高的抗压强度，出色的耐久性和低廉的成本，广泛用于建筑结构和桥梁工程[1-3]，然而致密的结构和低孔隙率导致其在高温环境下性能下降很快。
偏高岭土在人造水硬性石灰修复砂浆中的应用研究
hydraulic lime mortar was studied by testing the fluidity, setting time, mass loss rate, dring shrinkage rate and mechanical
究项目( ZR2022ZD33) ;大学生创新训练项目( S202310429399)
作者简介:顾立龙(1997—) ,男,硕士研究生。 主要从事历史建筑修复材料的研究。 E-mail:gulilong518@ 163. com
通信作者:商怀帅,博士,教授。 E-mail:shanghuaishuai@ 163. com
观的高协调性和较高的观赏价值对修复材料自身的颜色有着较高要求。 偏高岭土在外观上与历史建筑协调
性较好,恰好符合这一要求,是活性材料的最佳选择之一。 再者,多数偏高岭土长期堆积存放,大量有用矿物
成分得不到有效利用,不仅浪费土地资源,还会影响空气质量,造成空气污染,而作为原料使用时却能够实现
资源的合理充分利用 [17] ,种种优势均证明了偏高岭土在历史建筑修复材料中的适用性。
properties. The results show that metakaolin can reduce the fluidity, shorten the setting time, reduce the dring shrinkage
rate and improve the compressive strength and bonding strength of artificial hydraulic lime mortar. When the content is
偏高岭土作为深水低温水泥浆增强剂的研究
偏高岭土作为深水低温水泥浆增强剂的研究宋茂林，崔策，冯颖韬(中海油服油田化学研究院，河北 廊坊 065201)摘要：深水低温是深水固井面临的最直接的难题。
文章以偏高岭土为增强剂，探究了其在低温条件下对水泥浆强度的增强效果以及对水泥浆初终凝时间、流动度、体积变化率等性能的影响规律。
结果表明，在10 ℃条件下，G 级水泥中加入15%偏高岭土，24 h 抗压强度可提高71.9%，48 h 抗压强度可提高38.9%。
关键词：深水；固井；低温；偏高岭土；增强剂中图分类号：TU525文献标志码：A文章编号：1008-4800(2021)08-0089-03DOI:10.19900/ki.ISSN1008-4800.2021.08.044Study on Metakaolin as Reinforcing Agent for Deep Water Cryogenic Cement SlurrySONG Mao-lin , CUI Ce , FENG Ying-tao(Oilfield Chemistry R&D Institute, COSL, Langfang 065201, China)Abstract :Low temperature is one of the most immediate challenges facing deep water cementing.In this paper, metakaolin was used as a reinforcing agent to explore its effect on the strength of cement under low temperature conditions and its influence on the initial and final setting time, fluidity, volume change rate and other properties of cement slurry.The results showed that adding 15% metakaolin to grade G cement can increase the compressive strength of 71.9% in 24 hours and 38.9% in 48 hours under the condition of 10 ℃.Keywords :deep water; cementing; low temperature; metakaolin; reinforcing agent0 引言随着国家“海洋战略”的提出，我国加强了深水油气资源的勘探开发力度[1-2]。
浅谈干粉砂浆的保水性
浅谈干粉砂浆的保水性一、保水的必要性各种需要砂浆进行施工的基层都具有一定的吸水性。
基层吸收砂浆中的水份之后，会使砂浆的施工性变差，严重时会使砂浆中的胶凝材料不能充分水化，导致强度、特别是砂浆硬化体与基层之间的界面强度变低，造成砂浆开裂、脱落。
如果抹灰砂浆具有适宜的保水性能，既可有效地改善砂浆的施工性，也可以使砂浆中的水份不易被基层吸走，保证水泥的充分水化。
二、传统保水方法的问题传统的解决方法是往基层上浇水，但这不可能保证基层均匀地适量湿润。
水泥砂浆在基层上的理想水化目标，是水泥水化产物伴随基层吸收水份的过程，渗透到基层中，形成与基层之间的有效“锁匙联接”，从而达到要求的粘结强度。
往基层表面直接浇水，会因气温、浇水时间、浇水均匀度的不同，而使基层的吸水量严重离散。
基层吸水量少，会继续吸收砂浆中水份，在水泥水化进行之前，水份被吸走，影响了水泥水化和水化产物向基体渗透；基层吸水量大，砂浆中水份向基层中迁移速度慢，甚至在砂浆与基体之间形成一个富水层，同样影响粘结强度。
所以用常见的基层浇水方法，不仅不能有效解决墙体基层吸水率高的问题，反而会影响砂浆与基层的粘结强度，造成空鼓、干裂。
三、不同砂浆对保水率的要求下面针对用于某一地区、以及温湿度条件与相接近地区的抹灰砂浆产品，分别提出其保水率目标。
①高吸水基材抹灰砂浆以加气混凝土为代表的高吸水基材，包括各种轻质隔墙板、砌块等，具有吸水量大、持续时间长的特点。
用于这类基层的抹灰砂浆，其保水率应不小与88％。
②低吸水基材抹灰砂浆以现浇混凝土为代表的低吸水基材，包括外墙外保温用聚笨板等，其吸水量相对较小。
用于这类基材的抹灰砂浆，其保水率应不小于88％。
③薄层抹灰砂浆薄层抹灰是指一次抹灰层厚度在3～8mm之间的抹灰施工。
这类抹灰施工由于抹灰层薄，容易失去水份而影响施工性与强度。
对于用于这类抹灰的砂浆，其保水率不小于99％。
④厚层抹灰砂浆厚层抹灰是指一次抹灰层厚度在8～20mm之间的抹灰施工。
高活性偏高岭土_新一代混凝土矿物掺合料
高活性偏高岭土:新一代混凝土矿物掺合料郑娟荣覃维祖(清华大学土木系北京100084)摘要:介绍了偏高岭土作为混凝土掺合料的研究进展,如偏高岭土的火山灰活性、水化产物、偏高岭土对混凝土性能的影响,并分析了我国研究及利用偏高岭土的有利条件。
关键词:偏高岭土混凝土矿物掺合料0前言配制高强和高性能砼的材料是水泥、砂、石、水、高效减水剂和矿物掺合料。
常用的矿物掺合料是硅灰、磨细高炉矿渣、粉煤灰和天然沸石等。
近年来,高活性偏高岭土是国外水泥及砼领域重点研究的新型砼矿物掺合料。
1偏高岭土的火山灰活性1 1偏高岭土的制备偏高岭土(Al2O3 2SiO2-AS2)是高岭土(Al2O32SiO2 2H2O-AS2H2)在适当温度下脱水形成的无水硅酸铝。
自然产出的高岭土矿石,根据质量、可塑性和砂质(石英、长石、云母等矿物,粒径>50 m)的含量,可划分为硬质高岭土、软质高岭土和砂质高岭土三种工业类型。
高岭土是红砖(瓦)、陶瓷、电瓷、耐火材料、水泥等硅酸盐工业的重要原材料,经选矿处理(破碎、制浆、分级、剥片、过滤等)和化学处理(表面改性等)的高纯高岭土在造纸、塑料、橡胶、胶粘剂、涂料等工业中被广泛使用。
所以,高岭土是一种用途广泛的矿物原料。
高岭土属于层状硅酸盐结构,层与层之间由范德华键结合,OH-在其中结合得较牢固。
高岭土在空气中受热时,会发生几次结构变化,加热到大约600 ,高岭土的层状结构因脱水而破坏,结果生成偏高岭土,反应方程式如下:2Al2Si2O5(OH)4 2Al2Si2O7+4H2O (高岭土)500~600 (偏高岭土)偏高岭土中原子排列是不规则的,呈现热力学介稳状态,在适当激发下具有胶凝性。
当温度升至925 以上,开始结晶并转化为莫来石和方石英,此时就失去了水化活性。
所以,制备偏高岭土的煅烧温度约600~900 。
1 2偏高岭土的水化产物偏高岭土是一种高活性人工火山灰材料,在水泥水化产物Ca(OH)2的作用下发生火山灰反应,起辅助胶凝材料的作用。
偏高岭土对混凝土性能影响研究(流动性)
关键词：偏高岭土；混凝土；坍落度；抗压强度；耐久性 Abstract: Using the metakaolin, fly ash and slag equivalently replacing cement, and using the metakaolin respectively mixing with the fly ash and slag, the specific concrete are prepared. And the workability, compressive strength and durability of concrete are studied. Test results show that, when the metakaolin is used as concrete admixture and the dosage is reasonable, the effects of metakaolin on slump and compressive strength of concrete are better than the effects of fly ash and slag, and the corrosion resistance and freezing-thaw resistance of concrete are improved. Key words: Metakaolin; Concrete; Slump; Compressive strength; Durability 中图分类号：TU528 文献标识码：A 文章编号：1000-4637（2011）05-04-05
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偏高岭土对干粉砂浆性能的影响肖雪军1，鞠宇飞1，刘文斌1，谢君2（1. 常州工程职业技术学院，常州 213164；2. 常州市众华建材科技有限公司，常州 213021）[摘要]本文主要研究在纤维素醚掺量不变的情况下，偏高岭土掺量对干粉砂浆工作性能、力学性能和收缩性能的影响。
试验结果表明，随着偏高岭土掺量的增加，干粉砂浆保水率呈增长趋势，凝结时间变化不大，干粉砂浆3d强度变化不明显，28d强度呈抛物线变化趋势，其中偏高岭土掺量为3%时，干粉砂浆性能较好，保水率达到96%，28d强度为9.3MPa。
[关键词]干粉砂浆；偏高岭土；保水率；收缩性能Effect of metakaolinite on dry-mixed mortarXiao Xuejun1, Ju Yufei1, Liu Wenbin1,Xie Jun2(1.Changzhou Institute of Engineering Technology, Changzhou 213164;2. Changzhou Zhonghua Building Materials Technology Co., Ltd, Changzhou 213021)Abstract: In the case of the same dosage of cellulose ether, The paper main study the work performance, mechanical performance and shrinkage performance on dry-mixed mortar caused by metakaolinite. With the increase of metakaolinite, the moisture retention of dry-mixed mortar shows a rising trend, the setting time of dry-mixed mortar has a little change, compressive strengths of dry-mixed mortar shows parabolic trend. When Metakaolin dosage is 3%, the dry-mixed mortar has better performance, the moisture retention is 96%, the 28d compressive strengths is 9.3MPa.Key words: dry-mixed mortar; metakaolinite; moisture retention; shrinkage performance0 前言我国对建筑产品质量及环境保护的要求越来越高，加之各级政府对节约资源、环境保护方面的政策及法规的出台，大力发展新型建材、绿色建材已纳入我国发展规划。
如同商品混凝土的推广与发展一样，干粉砂浆在我国得到了迅速发展。
干粉砂浆是指经干燥筛分处理的细集料与无机胶结料、保水增稠材料、矿物掺合料和添加剂按一定比例进行物理混合而成的一种颗粒状或粉状，以袋装或散装的形式运至工地，加水拌合后即可直接使用的物料。
干粉砂浆中重要的一组分就是能够改善砂浆和易性的保水增稠材料。
本文主要在纤维素醚用量一定的前提下，研究偏高岭土掺量对干粉砂浆性能的影响，为无机和有机保水增稠材料的复配使用提供一定试验基础。
1 试验原材料及试验方案1.1 原材料水泥：本试验使用的是市售32.5级复合硅酸盐水泥。
其表1 32.5级复合硅酸盐水泥的基本性能细度(%)标准稠度(%)密度(g/cm3)抗折强度(MPa)抗压强度(MPa)安定性凝结时间(h:min)3d28d3d28d初凝时间终凝时间1.929.02.81 4.79.715.636.3合格2:543:54表2 黄砂的性能细度模数含泥量(%)表观密度(kg/m3)堆积密度(kg/m3)2.30.926401420表3 偏高岭土的化学组成 %名称SiO2Al2O3Fe2O3TiO2CaO MgO K2O Na2O含水偏高岭土53.744.970.250.200.300.150.040.13＜0.5·58··59·基本性能见表1。
黄砂：本实验使用的是市售普通黄砂，其性能见表2。
偏高岭土：山西琚丰高岭土有限公司生产的1250目偏高岭土，具体成分见表3。
纤维素醚：HERCULES 的甲基纤维素醚C8681，粘度为75000 mPa·s/20℃（2%）。
1.2 试验方案试验以灰砂比1:3，纤维素醚掺量为干粉砂浆总质量的0.4‰，偏高岭土取代水泥掺量分别为0、1%、2%、3%、4%和5%，研究在纤维素醚掺量确定的情况下，偏高岭土掺量对干粉砂浆工作性能、力学性能以及耐久性能的影响。
2 试验结果及分析2.1 偏高岭土掺量对干粉砂浆工作性能的影响在配合比确定的情况下，内掺偏高岭土(0%～5%)，根据 《建筑砂浆基本性能试验方法》（JGJ70-2009）试验规范，对干粉砂浆稠度、密度、分层度、保水率以及凝结时间做了试验研究，试验结果见表4。
表4中的试验结果表明：（1）随着偏高岭土掺量的增加，干粉砂浆需水量略有增加，这主要是由于偏高岭土过细造成的。
干粉砂浆的密度没有多大的变化，密度控制在1760 kg/m 3左右。
（2）随着偏高岭土掺量的增加，其分层度值均达到标准(10～25mm 范围内)，试验发现，当掺量在3%时分层度值最小，此时性能最佳。
（3）随着偏高岭土掺量的增加，保水率呈增长趋势。
偏高岭土掺量为1%时，其保水率增加了2%左右，这表明偏高岭土作为干粉砂浆外加剂，有较好的保水增稠效果。
这是由于偏高岭土具有较高的比表面积和片状特征，亲水性好，加入到干粉砂浆中，可以保持水分，减少泌水，与未掺偏高岭土相比较，可降低泌水率。
偏高岭土掺量在3%以上时，对干粉砂浆保水率增长趋势变缓，维持在96%左右。
（4）未掺偏高岭土的干粉砂浆凝结时间为7小时45分钟。
在干粉砂浆中掺入偏高岭土后，不同掺量下的干粉砂浆凝结时间在7小时15分钟与7小时50分钟之间，与未掺偏高岭土时的凝结时间相差不大，表明在一定的掺量范围内，偏高岭土对干粉砂浆凝结时间的影响较小。
2.2 偏高岭土掺量对干粉砂浆力学性能的影响图1反应了不同偏高岭土掺量下，干粉砂浆3d、28d 抗压强度的试验结果。
从图1中可以看出：（1）随着偏高岭土掺量的增加，干粉砂浆3d 强度呈先增长后下降趋势。
偏高岭土掺量在1%~3%之间，强度呈增长趋势，表4 偏高岭土掺量对干粉砂浆工作性能的影响掺量(%)水灰比稠度(mm)密度(kg/m 3)分层度(mm)保水率(%)凝结时间(h ：min)0%0.6484176013907：451%0.6687174016927：352%0.6789176015937：503%0.6784177012967：154%0.6989177020967：255%0.7093176021977：30但强度增幅不大。
偏高岭土掺量为4%和5%时，3d 强度低于未掺偏高岭土。
（2）28d 龄期干粉砂浆的强度变化明显，当内掺偏高岭土为3%时，其28d 强度高于未掺偏高岭土的干粉砂浆15%左右，28d 抗压强度最大，此掺量下的干粉砂浆性能最佳。
图1 不同掺量偏高岭土3d、28d 强度2.3 偏高岭土对干粉砂浆收缩性能的影响综合考虑干粉砂浆的工作性能与力学性能，偏高岭土在3%掺量下性能表现较好。
因此本文对未掺偏高岭土和3%偏高岭土掺量下的干粉砂浆的收缩做了试验研究，试验结果见表5。
表5 收缩率试验数据记录掺量(%)收缩率(‰)7d 14d 21d 28d 00.260.290.75 1.1330.300.360.690.91表5和图2表明，偏高岭土能降低干粉砂浆的收缩率值，提高干粉砂浆的稳定性。
与不掺偏高岭土相比较，掺入偏高岭土后早期收缩率较大，但是经过21d后，收缩率值明显呈降低趋势。
28d的收缩率仅仅是不掺偏高岭土的0.8倍，为0.91‰，远低于江苏省《预拌砂浆技术规程》(DGJ32/J13-2005)中0.5%的收缩标准。
这表明偏高岭土应用于干粉砂浆，能够有效地减少砂浆开裂现象。
3 结论本文主要讨论了在纤维素醚掺量固定的情况下，偏高岭土掺量对干粉砂浆工作性能、力学性能以及耐久性能的影响。
试验的主要结论为：（1）偏高岭土掺入到干粉砂浆中，能够提高干粉砂浆的保水率。
随着偏高岭土掺量的增加，砂浆保水率呈增长趋势。
偏高岭土对干粉砂浆凝结时间的影响不大，与不掺偏高岭土相近。
（2）随着偏高岭土掺量的增加，干粉砂浆强度呈先增长后下降趋势。
偏高岭土掺量在3%时，其3d、28d强度为最佳。
（3）偏高岭土对改善干粉砂浆收缩性能，减少砂浆开裂有一定的促进效果。
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[单位地址]江苏省常州工程职业技术学院材料系（213164）Ormellese M, Berra M, Bolzoni F, et al. Corrosion inhibitors [3]for chlorides induced corrosion in reinforced concrete structures [J]. Cement and Concrete Research, 2006(36):536 – 547.ASTM: G180—04 Standard Test Method for Initial Screening [4]of Corrosion Inhibiting Admixtures for Steel in Concrete [S].West Conshohocken, United States: ASTM international, 2004.张天胜. 缓蚀剂 [M]. 北京: 化学工业出版社, 2002:1-493.[5]任晓光, 谢云峰, 宣征南. 复合型缓蚀剂的缓蚀性能 [J].[6]化工进展, 2007,26(4 ):577-579.李建华, 赵冰, 杜荣归, 等. D—葡萄糖酸钠对模拟混凝[7]土孔隙液中钢筋的缓蚀作用 [J]. 功能材料, 2007,38 (3) :509-511.李海华, 吴家全, 衣守志. 硅酸钠缓蚀剂的研究现状与展[8]望 [J]. 杭州化工,2007,7 (2):17-19.Ngala V T, Page C L, Page M M. Corrosion inhibitor [9]systems for remedial t reatment of reinforced concrete.Part 2:sodium monofluorophosphate [J]. Corrosion Science, 2003,45:1523-1537.封孝信, 阚欣荣. 新型钢筋阻锈剂的作用机理[J]. 河北理[10]工大学学报(自然科学版), 2009, 131(14):90-93.[作者简介]耿春雷，博士，工程师。