偏高岭土对混凝土性能的影响

从
而
提
高
其抗
渗
性
，
耐久
性
［４］
。
在混凝土中，偏高岭土发挥的作用机理与硅灰相似。
经热处理的偏高岭土留下了许多孔隙，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，表面能很大，具有很强的火山灰活性。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
MgO ≤0.3
K2O ≤0.001
Na2O ≤0.06
２．２ 水泥
嘉新京阳Ｐ·Ⅱ５２．５Ｒ硅酸盐水泥，各项性能均满足标
准指标，物理性能见表２。
表2
水泥物理力学性能试验结果
标准 凝结时间/min 安定性 抗折强度/MPa 抗压强度/MPa 稠度/% 初凝 终凝 (雷氏值)/mm 3 d 28 d 3 d 28 d
27 160 240
2.8
6.8 7.8 31.8 54.7
备注：检测依据：GB 12958-1999, GB 17671-1999, GB 1346-2001
２．３ 粗集料
普通碎石，连续级配合格，公称粒径为５～３１．５ ｍｍ，
筛分分析见表３。
２．４ 细集料
普通河砂， 砂级配合格， 细度模数为２．４， 属Ⅱ区中
平均抗压强度/MPa 36.0 31.3 27.8 23.3
表8 试块编号
0 1 2 3
28 d抗压强度值
抗压强度/MPa 44.6 43.6 51.6
平均抗压强度/MPa 44.0
41.0 42.5 39.9
41.1
35.0 42.0 39.0
38.7
34.4 36.4 33.7
34.8
由图２和图３可知，在一定范围内随偏高岭土取代水泥 量的增加混凝土的７ ｄ和２８ ｄ的抗压强度逐步减小。
０ 前 言
偏高岭土（ｍｅｔａｋａｏｌｉｎ，简称ＭＫ）是以高岭土 （Ａｌ２Ｏ３·
２ＳｉＯ２·２Ｈ２Ｏ，ＡＳ２Ｈ２）为原料。在适当温度下（６００～
９００ ℃）经脱水形成的无水硅酸铝（Ａｌ２Ｏ３·２ＳｉＯ２，ＡＳ２）。
偏高岭土的分子排列不规则，呈现热力学介稳状态，在适
当
激
发
剂
作
用
下
具
有
胶
凝
性
［２
］
，
需
水
量
小
于
硅
灰
，
而
对
于
混凝土的增强效果与硅灰相差无几。硅灰的价格达到每吨
数千元，而偏高岭土的价格每吨几百元。因此，偏高岭土
掺合料是一种开发前景广阔的高强混凝土掺合料。
１ 偏高岭土掺合料反应机理分析
偏高岭土比表面积很大，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，
成分或者早期生成的单硫型水化硫铝酸盐反应，生成的钙
矾石（３Ｃａ·Ａｌ２Ｏ３·３ＣａＳＯ４·３１Ｈ２Ｏ） 体积膨胀。当还有
Ｃ
Ｏ
２ ３
－
存
在
并
处
于
高
湿
度
的
底
温
下
时
，
硫
酸
盐
还
会
继
生
成
钙矾石后腐蚀和分解水泥的主要水化物Ｃ－Ｓ－Ｈ，生成硅
灰石膏，从而破坏混凝土。
由图７分析：经硫酸盐浸泡的混凝土试块抗压强度都
检测质量和强度损失，试验数据见表１４￣表１６。
表14 试块 序 编号 号
①
0
②
③
①
1
②
③
①
2
②
③
①
3
②
③
抗冻试验混凝土质量损失
初始
最终 质量
损失率/%
质量/g 质量/g 损失/g 单个 平均
2 444.6 2 435 2 483.5 2 477 2 448.6 2 403 2 452.7 2 418 2 423.6 2 399 2 465.8 2 454 2 454.5 2 433 2 534.1 2 522 2 429.2 2 424 2 451.3 2 449 2 470.5 2 465 2 453.7 2 445
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
0
50.2 39.5 52.1
50.2
1
45.4 49.9 48.2
47.8
2
48.8 48.2 46.5
47.8
3
47.8 50.4 48.8
49.2
表13 试块编号
0 1 2 3
抗腐蚀组抗压强度值
MPa
抗压强度
平均抗压强度
59.9
48.8 47.6
48.8
44.5
44.5 43.9
44.3
50.0
24.6
20
0.2
累计筛余率/%
1.0 5.0 18.4 42.4 75.2 99.8 100.0
表4
砂的筛分分析试验结果
方筛孔/mm
4.75 2.36 1.18 0.60 0.30 0.15 <0.15
分计筛余/g
4 32 72 107 148 107 30
分计筛余率/% 累计筛余率/%
0.8
0.8
摘 要：对内掺偏高岭土混凝土的工作性和物理力学性能进行试验，分析影响其工作性最核心的因素，表明内掺偏高岭土量 在２０％左右时取得最佳的力学性能和工作性。 关键词：高性能混凝土；偏高岭土；工作性；影响因素
＋２
中图分类号：Ｐ６１９．２３ ＴＵ５２８．１ 文献标识码：Ａ
40
30
20
10
0
0
1
2
3
试块代号
图2 混凝土试块7 d抗压强度值
抗压强度／MPa
50
45
40
35
30
25
20
15
10
5
0
0
1
2
3
试块代号
图3 混凝土试块28 d抗压强度值
５．２ 抗折强度及劈裂抗拉性能测试 抗折强度性能及劈裂抗拉性能见表９、表１０。
表9
抗折强度性能测试
试块编号 抗折破坏荷载/kN 平均抗压强度/kN 抗折强度/MPa
土
的
强
度
，
改
善
了
混
凝
土
的
性
能
［
３
］
。
偏高岭土用作混凝土矿物掺合料时，主要是ＡＳ２、ＣＨ
与水的反应，随ＡＳ２／ＣＨ的比率及反应温度的不同，会生成
不同的水化产物，包括托水化硅酸钙（ＣＳＨ－Ⅰ）、水化
钙铝黄长石（Ｃ２ＡＳＨ８）、水化铝酸四钙（Ｃ４ＡＨ１３）和水化 铝酸三钙（Ｃ３ＡＨ６）。
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
２ 原材料试验
２．１ 偏高岭土 滁州市惠友粉体材料厂生产，密度２．６２ ｇ／ｃｍ３，比表 面积５８０ｍ２／ｋｇ，化学成分见表１。
表1 Al 2O3 ≥43.0
SiO2 ≤53.5
偏高岭土的化学成分 ％
Fe2O3 ≤0.3
CaO ≤0.5
有不同程度的损失， ２０％～３０％的偏高岭土取代水泥时达
到最佳的抗腐蚀性能。
３／２００９ 粉煤灰
１９
抗压强度／MPa 抗压强度/MPa
51 50 49 48 47 46 45
44 43 42 41
0
抗腐蚀抗压强度 对比组抗压强度
1
2
3
试块代号
图7 抗腐蚀抗压强度对比数据
５．４ 抗冻性能测试
冻融循环１００次（１６～－２０ ℃之间），与标养对比，
抗压强度平均 50.5 46.3 42.4 42.8
46.1 45.2
47.1
50.2
52.0 43.3
47.5
质量损失/%
3
2.5
2
1.5
1
0.5
0
0
1
2
3
试块代号
图6 抗腐蚀质量损失对比
由图６分析，经硫酸盐浸泡的掺偏高岭土的混凝土的
质量损失率在偏高岭土为２０％左右时最大。
前者阻止硫酸盐渗入，后者降低钙矾石和石膏的形
成。硫酸盐腐蚀的结果是硫酸盐与水泥中的含铝相、含钙
6.4
ห้องสมุดไป่ตู้
7.2
14.4
21.6
21.4
43.0
29.6
72.6
21.4
94.0
6.0
100.0
２．５ 外加剂 江苏博特ＪＭ－Ⅱ减水剂（减水效率１８％）。 ２．６ 拌和用水 自来水。
３ 掺加偏高岭土的混凝土配合比试验
本试验以一定比例的偏高岭土代替水泥，０号为标准 对比试块，１号、２号、３号为按一定比例偏高岭土取代水 泥的试验试块。
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
3 2.5
2
1.5
1 0.5
0
0
1
2
3
试块代号
劈烈抗拉强度／MPa
图4 混凝土试块抗折强度值
５．３ 抗腐蚀性能测试
快速腐蚀的方法，腐蚀溶液为１５％的Ｎａ２ＳＯ４，浸４ ｄ
烘１ ｄ（烘干温度为８０￣１００ ℃），循环３次，同条件与在 标养对比质量和强度损失见表１１￣表１３。
砂，筛分分析见表４。
３／２００９ 粉煤灰
１７
塌落度数值/mm 抗压强度／MPa
表3 方筛孔/mm
31.5 26.5 19.0 16.0 9.5 4.75 ＜ 4.75
石子的筛分分析试验结果
分计筛余/g
分计筛余率/%
100
1.0
400
4.0
1 340
13.4
2 400
24.0
3 280
32.8
2 460
9.6 0.39 6.5 0.26 0.84 45.6 1.86 30.7 1.25 34.6 1.43 1.05 11.8 0.48 21.5 0.88 12.1 0.48 0.52 5. 2 0.21 2.3 0.09 5.5 0.22 0.24 9.7 0.40
表15 试块代号
0 1 2 3
对比组抗压强度值 抗压强度/MPa 50.5 33.3 51.5 43.2 49.7 45.9 40.1 45.2 41.9 41.3 43.6 42.7
不
同
Ａ
Ｓ２
／
Ｃ
Ｈ
比
率
下
的反
应
式
如
下［
１
］
：
ＡＳ２／ＣＨ＝０．５， ＡＳ２＋６ＣＨ＋９Ｈ→Ｃ４ＡＨ１３＋２ＣＳＨ （１） ＡＳ２／ＣＨ＝０．６， ＡＳ２＋５ＣＨ＋３Ｈ→Ｃ３ＡＨ６＋２ＣＳＨ （２） ＡＳ２／ＣＨ＝１．０， ＡＳ２＋３ＣＨ＋６Ｈ→Ｃ２ＡＳＨ８＋ ＣＳＨ （３）
文章编号：１００７－０４６Ｘ（２００９）０３－００１７－０４
实验研究
偏高岭土对混凝土性能的影响
Simple Analysis of Effect of Metakaolin on High-Performance Concrete Properties
石力，陆小军，傅国才，等
（镇江市建筑科学研究院, 镇江 212003）
0 34.5 52.5 42.7
43.2
2.75
1 37.5 22.5 35.5
31.8
2.03
2 37.0 48.0 45.0
43.3
2.76
3 33.5 42.0 51.5
42.3
2.69
由图４和５可以得出结论：当偏高岭土的添加量在１０％ ～２０％时，可取得相对较高的抗折破坏强度和劈裂抗拉强 度值，此时的混凝土力学性质比较好。
表5
试验配合比
试验编号 水泥 偏高岭土 细集料 粗集料 水
0
1
0
2.15 3.23 0.52
1
0.9
0.1
2.15 3.23 0.52
2
0.8
0.2
2.15 3.23 0.52
3
0.7
0.3
2.15 3.23 0.52
外加剂 0.007 0.007 0.007 0.007
４ 掺加偏高岭土的混凝土工作性能试验
表6
试块编号 塌落度 初始 1 h
塌落度及扩展度
扩展度 初始 1 h
mm
扩展度平均值 初始 1 h
0
175 72
400×380 210×200
390 205
1
155 42
220×220 190×190
220 190
2
90 35
190×220 210×210
215 210
3
37.5 20.5 200×200 190×200
0 12.68 13.28 10.47
12.14
5.46
1 11.76 14.32 10.91
12.33
5.55
2 16.52 14.42 14.41
15.12
6.80
3 14.07 12.54 13.10
13.24
5.96
表10
抗拉性能测试
试块编号 劈裂抗拉/kN 平均劈裂抗拉/kN 劈裂抗拉强度/MPa