偏高岭土对混凝土性能影响研究(流动性)

比粉煤灰和矿渣单掺后的混凝土流动性差。
2.1.2 偏高岭土与粉煤灰、矿渣复掺对混凝土坍落
度的影响
将粉煤灰或矿渣取代部分水泥后再掺不同数
坍 落 度 /mm
60
50
取代 10%水泥
40
取代 15%水泥
30
取代 20%水泥
20
10
0
0
1
2
3
试样编号
图 2 单掺掺合料混凝土的坍落度
量的偏高岭土，研究粉煤灰或矿渣与偏高岭土复掺
40
矿粉取代 15%水泥
30
矿粉取代 20%水泥
20
10
0
0
5
10
15
20
偏 高 岭 土 掺 量/%
图 4 矿渣、偏高岭土复掺后混凝土的坍落度
抗 压 强 度/MPa
60
50
3d
40
7d
30
28d
20
10
0
0
5
10
15 20 25 30
偏 高 岭 土 掺 量/%
图 5 偏高岭土等量取代水泥对混凝土抗压强度的影响
0
粉煤灰取代 10%来自百度文库泥 粉煤灰取代 15%水泥 粉煤灰取代 20%水泥
5
10
15
20
偏 高 岭 土 掺 量/%
图 3 粉煤灰、偏高岭土复掺后混凝土的坍落度
2.2 混凝土物理力学性能试验 2.2.1 偏高岭土、粉煤灰及矿渣单掺对混凝土抗压 强度的影响
研究偏高岭土掺量与混凝土抗压强度间的关 系，按 GB/T50081-2002 《普通混凝土力学性能试验 方法标准》进行立方体抗压强度试验，结果见图 5。
表 1 水泥物理力学性能试验结果
标准 稠度 /%
安定 凝 结 时 间 /min
性（试 初凝 终凝 饼法）
抗压强度 /MPa
3d 28d
抗折强度 /MPa
3d 28d
26.5 143 246 合格 31.2 61.3 6.3 9.7
基金项目： 江苏省生态环境材料重点建设实验室资助项目 （XKY2010011）。
对混凝土坍落度的影响，试验结果见图 3、图 4。
从图 3 可以看出，粉煤灰取代部分水泥后再掺
入不同量的偏高岭土，拌制的混凝土混合料的坍落
度均比未掺的有所降低。 从图 4 也可以发现，矿渣
取代部分水泥后再掺入偏高岭土，拌制的混凝土混
合料的坍落度仍遵循同样的规律。
坍 落 度 /mm
60 50 40 30 20 10 0
取代水泥达 25%时， 混凝土的抗压强度有所下降， 但仍略高于未掺加偏高岭土的混凝土强度。 偏高岭
-5-
2011 年第 5 期
混凝土与水泥制品
总第 181 期
土等量取代水泥 20%时， 各龄期抗压强度最高，其 3d、7d、28d 强度分别比未掺加偏高岭土的混凝土强 度提高 26.0%、14.3%、8.9%。 这说明对于Ⅱ型硅酸 盐水泥， 掺入偏高岭土可提高配制混凝土的强度。 这是因为偏高岭土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。 偏高岭土掺入混凝土中，其 活 性 的 Al2O3 和 SiO2 迅 速 与 水 泥 水 化 生 成 的 Ca (OH)2 反应，促进了水泥的水化，生成具有一定胶凝 性能的水化硅酸钙、水化铝酸钙，并减少了粗集料
2011 年第 5 期 5月
混凝土与水泥制品 CHINA CONCRETE AND CEMENT PRODUCTS
2011 No5 May
偏高岭土对混凝土性能影响研究
杨凤玲 1，嵇银行 2，李玉寿 1，阎晓波 1 （1.盐城工学院江苏省生态环境材料重点实验室 224051；2.江苏省建筑科学研究院
江苏博特新材料有限公司，南京 210009）
20 20 0
抗 压 强 度/MPa
60 3d 50
7d 40
5
10
15
偏 高 岭 土 掺 量/%
28d 30
20
20
0
（b）粉煤灰取代 15%水泥
图 7 粉煤灰、偏高岭土复掺后混凝土的抗压强度
3d 7d 28d
5
10
15
20
偏 高 岭 土 掺 量/%
（c）粉煤灰取代 20%水泥
抗 压 强 度/MPa
20%后 ，再 掺 入 偏 高 岭 土 ， 研 究 粉 煤 灰 或 矿 渣 与 偏 高 岭土复掺对混凝土抗压强度的影响，试验结果分别 见图 7、图 8。
抗 压 强 度/MPa
60
50
40
30
20
0
5
10
15
偏 高 岭 土 掺 量/%
（a）粉煤灰取代 10%水泥
抗 压 强 度/MPa
60 3d 50 7d 40 28d 30
渣，如硅灰、矿渣、粉煤灰等。 近年来，高活性偏高岭
土是国内外水泥及混凝土领域重点研究的新一代
混凝土矿物掺合料 。 [3～10] 本文以偏高岭土、粉煤灰和
矿渣分别等量取代部分水泥配制的混凝土为研究
对象，对偏高岭土复掺粉煤灰或矿渣混凝土的工作
性、强度和耐久性进行了深入探讨。
1 试验原材料
水泥： P·Ⅱ52.5 级硅酸盐水泥， 各项性能均满 足标准指标，其物理性能见表 1。
的坍落度又有所降低，甚至低于未掺偏高岭土的混 凝土。
将偏高岭土、粉煤灰和矿渣三者分别取代水泥 质量的 10%、15%和 20%来配制混凝土，保证砂、石 质量不变， 研究这些因素对混凝土坍落度的影响。 记基准混凝土为 0 号试样，单掺偏高岭土、粉煤灰 和矿渣的混凝土分别为 1、2、3 号试样，试验结果见 图 2。
从图 6 可以看出， 粉煤灰与矿渣等量取代
抗 压 强 度/MPa 抗 压 强 度/MPa 抗 压 强 度/MPa
60
60
3d
50
7d
50
40
28d 40
30
30
60 3d
50 7d
40
28d 30
20
20
20
0
1
2
3
0
1
2
3
0
试样编号
试样编号
（a）取代 10%水泥
（b）取代 15%水泥 图 6 单掺掺合料混凝土的抗压强度
抗 压 强 度/MPa
抗 压 强 度/MPa
60
60
60
50
3d 50
3d 50
7d
7d
40
40
40
28d
28d
30
30
30
20
20
20
0
5
10
15
20 0
5
10
15
20 0
偏 高 岭 土 掺 量/%
偏 高 岭 土 掺 量/%
（a）矿渣取代 10%水泥
（b）矿渣取代 15%水泥 图 8 矿渣、偏高岭土复掺后混凝土的抗压强度
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3d 7d 28d
5
10
15
20
偏 高 岭 土 掺 量/%
（c）矿渣取代 20%水泥
杨凤玲，嵇银行，李玉寿，等
偏高岭土对混凝土性能影响研究
从 图 7（a）、（b）看 出 ，粉 煤 灰 取 代 10%、15%Ⅱ 型硅酸盐水泥后，再掺入 5%、10%和 15%的偏高岭 土， 配制的混凝土各龄期抗压强度均高于仅掺加 10%、15%粉煤灰配制的混凝土的强度。 从图 7（c）可 以看出，粉 煤 灰 取 代 20%Ⅱ型 硅 酸 盐 水 泥 后 ，再 掺 入 5%、10%和 15%的偏高岭土，配制的混凝土的抗 压 强 度 除 偏 高 岭 土 掺 量 为 10%的 那 组 混 凝 土 强 度 稍高外，另两组的抗压强度均略有降低，这说明粉 煤灰掺量超过一定限度时，再掺加偏高岭土来配制 混凝土，将对其抗压强度不利。
%
Al2O3 SiO2 Fe2O3 CaO MgO K2O Na2O TiO2
≥ ≤ ≤≤≤
≤
≤≤
43.0 53.5 0.3 0.5 0.3 0.001 0.06 0.6
表 5 偏高岭土的性能指标
pH 值 附着水/% 细度（400 目筛余）/% 密度/(g/cm3)
6~7
≤1.0
≤2.0
2.63
杨凤玲，嵇银行，李玉寿，等
3d 7d 28d
1
2
3
试样编号
（c）取代 20%水泥
10%、15%和 20%水泥时，其混凝土强度基本低于基 准混凝土，只有用偏高岭土等量取代水泥的混凝土 强度高于基准混凝土强度，这说明偏高岭土的活性 优于粉煤灰与矿渣。 2.2.2 偏高岭土与粉煤灰、矿渣复掺对混凝土抗压
强度的影响 粉煤灰、矿渣分别取代水泥质量的 10%、15%和
需水量比/% 密度/(g/cm3)
104.1
2.06
矿渣：南京某水泥厂提供，其物理性能见表 3。
表 3 矿渣的物理性能
比 表 面 积 /(m2/kg) 395
需 水 量 比 /% 99.1
密 度 /(g/cm3) 2.86
偏高岭土：安徽产偏高岭土，其化学成分见表 4，性能指标见表 5。
表 4 偏高岭土的化学成分
从图 2 中可以看出， 偏高岭土取代水泥量在
坍 落 度 /mm
60
50
40
30
20
10
0
0
5
10
15
20
25
30
偏 高 岭 土 掺 量/%
图 1 偏高岭土等量取代水泥配制的混凝土坍落度
10%以下时， 拌制的混凝土混合料的流动性优于粉
煤灰和矿渣单掺后的混凝土混合料；偏高岭土取代
水泥量超过 15%后, 拌制的混凝土混合料的流动性
周围的 Ca(OH)2 层，使混凝土的结构更加密实，强度 更高。
将偏高岭土、粉煤灰和矿渣三者分别取代水泥 质量的 10%、15%和 20%来配制混凝土， 其他条件 不变，分别制作混凝土试件，养护至一定龄期后测 定抗压强度，考察三种掺合料在相同掺量下对混凝 土抗压强度的影响。 记基准混凝土为 0 号试样，单 掺偏高岭土、粉煤灰和矿渣混凝土分别为 1、2、3 号 试样。 试验结果见图 6。
0 前言
配制高强和高性能混凝土需要水泥、 砂、 石、
水、高效减水剂和矿物掺合料等材料，其中矿物掺
合料又称为辅助胶凝材料，是高性能混凝土不可缺 少的第六组分[1]。 掺合料既可取代部分水泥，降低成
本，又可降低温升，改善工作性能，增加后期强度， 还可改善混凝土的内部结构，提高耐久性[2]。 常用的
混凝土掺合料大多是具有一定活性的固体工业废
摘 要：采用偏高岭土、粉煤灰和矿渣等量取代水泥，并将偏高岭土与粉煤灰、矿渣分别复掺配制混凝土，对混 凝土的工作性、抗压强度和耐久性进行了研究。结果表明，偏高岭土用作混凝土掺合料且掺量合理时，其对混凝土坍 落度和抗压强度的影响优于粉煤灰和矿渣，配制的混凝土抗腐蚀性和抗冻融性均有所提高。
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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细集料：普通 河砂，级配合 格，细度模数 为 2.5, 属Ⅱ区中砂，含泥量 1.1%。
粗集料：普通碎石，连续级配合格，粒径为 5～ 31.5mm，压碎值 7.9%。
粉煤灰：干排Ⅱ级灰，其物理性能见表 2。
表 2 粉煤灰的物理性能
细 度 （45μm 筛 筛 余 ）/%
17.6
烧 失 量 /% 4.6
偏高岭土对混凝土性能影响研究
2 试验结果与分析 2.1 混凝土工作性能试验 2.1.1 偏高岭土、粉煤灰及矿渣单掺对混凝土坍落 度的影响
偏高岭土等量取代部分水泥配制混凝土时，其 掺量与混凝土坍落度关系的试验结果见图 1。 从图 1 可以看出，偏高岭土等量取代 5%和 10%水泥后拌 制的混凝土坍落度比未掺偏高岭土的混凝土有所 提高；但偏 高 岭 土 取 代 量 达 到 15%以 上 时 ，混 凝 土
从图 5 中可 以 看 出 ， 偏 高 岭 土 等 量 取 代 5%～ 25%的 水 泥 时 ，混 凝 土 各 龄 期 抗 压 强 度 均 有 所 提 高 。 偏高岭土等量取代水泥 5%～20%时， 随着取代量的 增加，混凝土的抗压强度逐渐提高；偏高岭土等量
坍 落 度 /mm
60
50
矿粉取代 10%水泥