偏高岭土对混凝土力学性能及耐久性的研究
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１ 试验
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
第 １期
蒋国伟等：偏高岭土对混凝土力学性能及耐久性的研究
５７
原材料 水泥
偏高岭土
表 １ 水泥和偏高岭土的化学组成
ＳｉＯ２
ＭｇＯ
Ａｌ２Ｏ３
Ｆｅ２Ｏ３
ＣａＯ
Ｎａ２Ｏ
Ｋ２Ｏ
ＳＯ３
２３２６ ２４５
６４７
２５０ ６３５３ ０４３
０４３
—
５５７５ ０２７ ４１９９ ０４８
０２１
００２
水 １８０ １８０ １８０ １８０ １８０
砂 ７６０ ７６０ ７６０ ７６０ ７６０
石 １１００ １１００ １１００ １１００ １１００
是前者在水化初期总放热量增长较快；然而，当掺加 ２５％偏高岭土时，水泥水化放热总量却是最小。究 其原因有以下两个方面：一方面是偏高岭土与水泥 水化产物发生二次水化，增大了放热速率及放热总 量，这是偏高 岭 土 的 “正 效 应 ”；另 一 方 面 是 由 于 偏 高岭土取代了大量的水泥，导致水泥含量减小，在水 泥水化过程 中 减 小 总 放 热 量，这 是 偏 高 岭 土 的 “负 效应”。偏高岭土对水泥水化放热量的影响由这两 方面原因共同决定。
００４
—
％
ＬＯＩ １３６ １２４
１２ 实验方案
根据查阅文献和大量调研，系统研究了偏高岭
土不同掺量对混凝土力学和耐久性能的影响。具体
的配合比见表 ２。
表 ２ 混凝土配合比
ｋｇ·ｍ－３
标号 １ ２ ３ ４ ５
水胶比 ０５０ ０５０ ０５０ ０５０ ０５０
水泥 偏高岭土 ３６０ ０％ ３４２ ５％ ３０６ １５％ ２７０ ２５％ ２３４ ３５％
浙江建筑，第 ３６卷，第 １期，２０１９年 ２月 ＺｈｅｊｉａｎｇＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，Ｖｏｌ．３６，Ｎｏ．１，Ｆｅｂ．２０１９
偏高岭土对混凝土力学性能及耐久性的研究
ＳｔｕｄｙｏｎＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄＤｕｒａｂｉｌｉｔｙｏｆ ＣｏｎｃｒｅｔｅｗｉｔｈＭｅｔａｋａｏｌｉｎ
将试件尺寸为 １００ｍｍ×１００ｍｍ×３００ｍｍ的混 凝土按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方 法标准（ＧＢ／Ｔ５００８２—２００９）》进行。 １．３３ 抗冻性试验
将试件尺寸为 １００ｍｍ×１００ｍｍ×３００ｍｍ的混 凝土按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方 法标准（ＧＢ／Ｔ５００８２—２００９）》进行。
２ 结果与讨论
２．１ 偏高岭土对水泥水化放热量的影响 图 １表示偏高岭土不同掺量对水泥水化放热量
的影响。从图 １中能够看出掺加 １５％偏高岭土水 化总放热量最大，其在水化初期放热总量增长速度 也最快。这是因为偏高岭土中含有大量的活性二氧 化硅和氧化铝，能够呈现热力学介稳结构，因此，能 够与水泥水化生成的氢氧化钙发生二次水化从而促 进水泥水化速率。从图 １中还能看出掺加 ５％偏高 岭土和未掺加偏高岭土水化总放热量基本一致，但
蒋国伟１，吕国玉２
ＪＩＡＮＧＧｕｏｗｅｉ１，ＬＹＵＧｕｏｙｕ２ （１．歌山建设集团有限公司，浙江 杭州 ３１０００５；２．浙江建设职业技术学院，浙江 杭州 ３１１２３１）
摘 要：基于偏高岭土的微集料效应和活性效Байду номын сангаас，系统研究了偏高岭土不同掺量对混凝土力学性能的影响，并通过加速碳化试 验和冻融循环试验研究了偏高岭土混凝土的耐久性。采用压汞法探究了偏高岭土对混凝土孔结构的影响。结果表明：掺加 １５％偏 高岭土能增加水泥水化放热总量；当掺加 １５％偏高岭土时，抗压强度和抗折强度达到最大，继续增加偏高岭土掺量，混凝土的抗压强 度和抗折强度降低；当掺加 ３５％偏高岭土时，混凝土在冻融循环 ３００次时的质量损失率达到 １８９％；掺加不高于 １５％掺量的偏高岭 土时，随着掺量的增加，混凝土的孔隙率和最可几孔径均减小。
混凝土力学和耐久性的影响。针对上述问题，我们系 统研究了偏高岭土不同掺量对混凝土流动度、抗压强 度、抗折强度、抗碳化性能和抗冻性的影响，并利用压 汞法探究了偏高岭土不同掺量对混凝土孔结构的影 响。通过对偏高岭土的研究，探讨偏高岭土等质量代 替水泥在混凝土中的应用，不仅能够减少水泥用量， 提高偏高岭土的有效利用率，达到节约经济成本的效 果，为工程实际应用提供行之有效的参考；而且还能 有效地间接减少二氧化碳的排放，缓解温室效应。
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
第 １期
蒋国伟等：偏高岭土对混凝土力学性能及耐久性的研究
５７
原材料 水泥
偏高岭土
表 １ 水泥和偏高岭土的化学组成
ＳｉＯ２
ＭｇＯ
Ａｌ２Ｏ３
Ｆｅ２Ｏ３
ＣａＯ
Ｎａ２Ｏ
Ｋ２Ｏ
ＳＯ３
２３２６ ２４５
６４７
２５０ ６３５３ ０４３
０４３
—
５５７５ ０２７ ４１９９ ０４８
０２１
００２
水 １８０ １８０ １８０ １８０ １８０
砂 ７６０ ７６０ ７６０ ７６０ ７６０
石 １１００ １１００ １１００ １１００ １１００
是前者在水化初期总放热量增长较快；然而，当掺加 ２５％偏高岭土时，水泥水化放热总量却是最小。究 其原因有以下两个方面：一方面是偏高岭土与水泥 水化产物发生二次水化，增大了放热速率及放热总 量，这是偏高 岭 土 的 “正 效 应 ”；另 一 方 面 是 由 于 偏 高岭土取代了大量的水泥，导致水泥含量减小，在水 泥水化过程 中 减 小 总 放 热 量，这 是 偏 高 岭 土 的 “负 效应”。偏高岭土对水泥水化放热量的影响由这两 方面原因共同决定。
００４
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％
ＬＯＩ １３６ １２４
１２ 实验方案
根据查阅文献和大量调研，系统研究了偏高岭
土不同掺量对混凝土力学和耐久性能的影响。具体
的配合比见表 ２。
表 ２ 混凝土配合比
ｋｇ·ｍ－３
标号 １ ２ ３ ４ ５
水胶比 ０５０ ０５０ ０５０ ０５０ ０５０
水泥 偏高岭土 ３６０ ０％ ３４２ ５％ ３０６ １５％ ２７０ ２５％ ２３４ ３５％
浙江建筑，第 ３６卷，第 １期，２０１９年 ２月 ＺｈｅｊｉａｎｇＣｏｎｓｔｒｕｃｔｉｏｎ，Ｖｏｌ．３６，Ｎｏ．１，Ｆｅｂ．２０１９
偏高岭土对混凝土力学性能及耐久性的研究
ＳｔｕｄｙｏｎＭｅｃｈａｎｉｃａｌＰｒｏｐｅｒｔｉｅｓａｎｄＤｕｒａｂｉｌｉｔｙｏｆ ＣｏｎｃｒｅｔｅｗｉｔｈＭｅｔａｋａｏｌｉｎ
将试件尺寸为 １００ｍｍ×１００ｍｍ×３００ｍｍ的混 凝土按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方 法标准（ＧＢ／Ｔ５００８２—２００９）》进行。 １．３３ 抗冻性试验
将试件尺寸为 １００ｍｍ×１００ｍｍ×３００ｍｍ的混 凝土按照《普通混凝土长期性能和耐久性能试验方 法标准（ＧＢ／Ｔ５００８２—２００９）》进行。
２ 结果与讨论
２．１ 偏高岭土对水泥水化放热量的影响 图 １表示偏高岭土不同掺量对水泥水化放热量
的影响。从图 １中能够看出掺加 １５％偏高岭土水 化总放热量最大，其在水化初期放热总量增长速度 也最快。这是因为偏高岭土中含有大量的活性二氧 化硅和氧化铝，能够呈现热力学介稳结构，因此，能 够与水泥水化生成的氢氧化钙发生二次水化从而促 进水泥水化速率。从图 １中还能看出掺加 ５％偏高 岭土和未掺加偏高岭土水化总放热量基本一致，但
蒋国伟１，吕国玉２
ＪＩＡＮＧＧｕｏｗｅｉ１，ＬＹＵＧｕｏｙｕ２ （１．歌山建设集团有限公司，浙江 杭州 ３１０００５；２．浙江建设职业技术学院，浙江 杭州 ３１１２３１）
摘 要：基于偏高岭土的微集料效应和活性效Байду номын сангаас，系统研究了偏高岭土不同掺量对混凝土力学性能的影响，并通过加速碳化试 验和冻融循环试验研究了偏高岭土混凝土的耐久性。采用压汞法探究了偏高岭土对混凝土孔结构的影响。结果表明：掺加 １５％偏 高岭土能增加水泥水化放热总量；当掺加 １５％偏高岭土时，抗压强度和抗折强度达到最大，继续增加偏高岭土掺量，混凝土的抗压强 度和抗折强度降低；当掺加 ３５％偏高岭土时，混凝土在冻融循环 ３００次时的质量损失率达到 １８９％；掺加不高于 １５％掺量的偏高岭 土时，随着掺量的增加，混凝土的孔隙率和最可几孔径均减小。
混凝土力学和耐久性的影响。针对上述问题，我们系 统研究了偏高岭土不同掺量对混凝土流动度、抗压强 度、抗折强度、抗碳化性能和抗冻性的影响，并利用压 汞法探究了偏高岭土不同掺量对混凝土孔结构的影 响。通过对偏高岭土的研究，探讨偏高岭土等质量代 替水泥在混凝土中的应用，不仅能够减少水泥用量， 提高偏高岭土的有效利用率，达到节约经济成本的效 果，为工程实际应用提供行之有效的参考；而且还能 有效地间接减少二氧化碳的排放，缓解温室效应。