大同高岭岩生产偏高岭土系列产品的可行性评价-本科论文(编辑修改稿)

大同高岭岩生产偏高岭土系列产品的可行性评价-本科论文(编辑修改稿)内容摘要：

低 [5]。 高岭土的煅烧方法通常采用回转窑或流化床，煅烧时间从几分钟到几小时。 Salvador等的研究称，采用粉尘悬 浮煅烧法可将时间缩短到几秒钟，煅烧过程包括加热、煅烧和冷却 [20]。 对结构性能影响的研究 A. 对孔结构影响的研究 混凝土中加入 MK 后，微观结构有了一定的改善。 硬化后的水泥中， CH 含量大大减少， CSH（水化硅酸钙）的含量相应增多。 在胶砂试块中掺入 20％ MK 的水泥浆，其硬化后平均孔径的减少最为显著。 掺入 MK 的水泥浆的结构优于纯水泥浆体，掺入 30％MK 的水泥浆水化后的孔几乎接近收缩孔。 总的孔体积随养护时间的增加而减小，而同时随 MK 掺量的增加而增大。 B. 对化学收缩 值和自收缩值影响的研究 MK 的加入可以延缓混凝土的自收缩和化学收缩。 含有 10％ MK 的混凝土在 24h 内的自收缩值低于普通混凝土的自收缩值。 Wild 等的研究发现，当 MK 含量为 15％ 和 10％以下时，化学收缩和自收缩值随 MK 的增加而增加，随后随 MK 的增加而减少。 这可能550～ 750℃ 925℃ 1100℃ 1300℃ 河南理工大学本科毕业论文 高岭土的研究应用现状 6 是由于高 MK 含量的浆体在水中相应的膨胀引起的，当 MK 含量增加时， C2ASH8（水化钙铝黄长石）的形成量增加，而 C4AH13（水化铝酸四钙） 的总量减少，反应产物的总体积相对增加的结果。 C. 对力学性能影响的研究 有关 MK 对混凝土力学性能影响方 面的研究较多。 这些研究都显示 MK 对混凝土的强度有较大贡献。 加入 MK 的混凝土或胶砂试块后期强度不断增加，可能赶上甚至超过硅灰（ SF）的作用。 Khatib 等认为这主要是由于填充效应、水泥水化的加速和火山灰胶凝反应等 3 个因素的影响，影响主要发生在最初的 714d 内。 丁铸等的实验显示，单独将偏高岭土加入硅酸盐水泥时，可使水泥的抗压强度提高 10MPa。 钱小倩的研究发现，混凝土中加入 10％ 15％的 MK 时，其抗拉、抗压和抗弯性能都有所提高，冲韧性也有一定的提高。 D. 对耐久性影响的研究 MK 的加入对孔结构有很 大的改善。 据文献报道， MK 的加入会减少孔径为 ～10181。 m 的 毛细孔的体积，这使混凝土抗有害溶液侵蚀和离子扩散的能力得到提高，抗冻性能得以改善。 对高活性偏高领土（ HRM）的研究发现，掺入 MK 的混凝土的耐久性得到显著提高。 掺入 8％和 12％的 HRM 的 Cl 离子扩散系数明显低于控制试样。 而且抗硫酸盐的能力和抑制碱集料反应的能力有一定改善，对混凝土的裂纹和表面破损也有较好的抑制作用。 E. 对混凝土工作性的影响研究 通常认为含有 MK 的混凝土的流动性会降低，需水量会增大。 但 Caldarone 等的研究发现， 加入 10％ MK 的混凝土虽然坍落度减少，但其比加等量 SF、相同坍落度的混凝土节约高效减水剂（ HRWR）达 25％～ 35％，这可能是由于 MK 混凝土比 SF 混凝土的黏滞性小的缘故。 Lota 等的研究发现，将 MK 作为添加剂和一种聚合物混合使用，可以大大改善胶砂试样的工作性。 丁铸等对 MK 和高效减水剂相容性的研究发现，单独加入 MK 的硅酸盐水泥，水泥的需水量略有增加、凝结时间缩短，水泥和高效减水剂的相容性降低，但将其与适量超细矿渣复掺后，水泥和高效减水剂的相容性会大幅度改善。 MK 对混凝土的流动性的影响较小，只需适当增加高效减水 剂的掺量即可保持与基准混凝土相同，且能显著改善混凝土的黏聚性和保水性。 河南理工大学本科毕业论文 高岭土的研究应用现状 7 偏高岭土的应用现状 偏高岭土在高性能混凝土中的应用 A. 偏高岭土对水泥石和混凝土力学性能的影响 高强度是高性能的标志之一，掺加偏高岭土的一个主要目的，就是提高水泥砂浆和混凝土的强度，因此偏高岭土对水泥石和混凝土力学性能的影响是众多研究者关心的一个主要问题。 a. 水泥浆体和砂浆强度 偏高岭土作为一种火山灰质材料，掺入水泥中自然会影响水泥石的结构和强度。 Poon 等对用 0～ 20％（ 质量分数，下同）偏高岭土和硅粉取代硅酸盐水泥制备的水胶比为 的水泥浆体 3， 7， 28d 和 90d 的抗压强度试验结果表明：含 5％～ 20％ 偏高岭土水泥各龄期的强度均高于基准水泥，其中含 10％ 偏高岭土水泥 28d 和 90d 的强度均比基准水泥提高 20％ ，含 5％～ 10％ 硅粉的水泥其 28d 和 90d 的强度与偏高岭土水泥相当，但早期强度低于基准水泥， Poon 认为，这可能与其所使用的硅粉团聚严重、在水泥浆体中未充分分散有关。 Curcio 等研究了用 15％不同来源和细度的偏高岭土及硅粉取代硅酸盐水泥制备砂浆的强度，发现掺有偏高岭土 的砂浆抗压强度与掺有硅粉的相当或更高，尤其是早期强度明显高于掺有硅粉的砂浆。 He 等也研究了用 30％掺合料（偏高岭石、硅粉、矿渣粉）取代水泥对砂浆的抗压强度的影响，其中掺加偏高岭石和硅粉的砂浆 28d 抗压强度分别达到基准水泥砂浆的 121％和 112％。 众多研究结果表明，就水泥净浆和砂浆的强度而言，掺加偏高岭石的效果可以达到甚至超过掺加硅粉的效果 [12]。 b. 水泥混凝土强度 Caldarone 等研究了外掺偏高岭土对水泥混凝土强度的影响，结果表明，掺加偏高岭土可提高混凝土的早期强度和后期强度，其中外掺偏高岭土 10％时，混凝土的 3， 7，28， 90d 和 365d 抗压强度分别为基准混凝土的 173％， 158％ ， 154％ ， 125％和 122％，强度增长高于相同掺量硅粉混合水泥制备的混凝土，后者对应龄期的抗压强度分别为基准混凝土的 160％ ， 133％ ， 141％ ， 124％和 116％。 需要指出的是，该实验中在掺加偏高岭土和硅粉时实际单位混凝土的胶结料用量增加，但用水量不变，使得使用混合水泥时水胶比降低，如掺量为 10％时，基准混凝土和偏高岭土水泥混凝土、硅粉水泥混凝土的水胶比分别为 ， 和 ，这也是掺河南理工大学本科毕业论文 高岭土的研究应用现状 8 加偏高岭土和硅粉 后混凝土强度增长率较大的原因之一。 Wild等研究了相同水胶比时用 0～ 30％偏高岭土取代水泥制备混凝土的强度发展情况，除了取代量超过 20％时混凝土 1d 强度较基准混凝土有所降低外，整个取代量范围内 7d 至 90d 的混凝土抗压强度均有不同程度的提高。 其中取代量为 10％和 20％的混凝土的 1， 7， 14， 28， 90d 的抗压强度分别为基准混凝土的 118％ ， 124％ ， 121％ ， 113％ ，111％和 101％ ， 132％ ， 121％ ， 132％ ， 116％。 Zhang 等研究了掺加 10％偏高岭土和硅粉对混凝土的抗压强度的影响，结果表明两者 均能大幅度提高混凝土的抗压强度，其中偏高岭土对混凝土早期强度较为有利，而硅粉对后期强度较为有利。 蒋林 华用与 Zhang相同的偏高岭土和硅粉进行了对比试验，也得到了类似结果。 钱晓倩等研究了 0％ ， 5％， 10％ ， 15％偏高岭土混凝土的轴向拉伸应力 应变关系，发现随着偏高岭土掺量的增加，混凝土的轴向拉伸强度的峰值应变相应提高，抗压强度比则相应下降。 其中掺量为 15％时混凝土的抗拉和抗压强度分别为基准比混凝土的128％和 184％ [12]。 多数研究结果表明，偏高岭土在水泥砂浆或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。 此外，从掺加偏高岭土对水泥净浆、砂浆和混凝土的强度影响研究结果看，偏高岭土在混凝土中的掺加效果优于在水泥净浆和砂浆中的掺加效果，这可能与水泥石 集料界面结构得到改善有关。 B. 偏高岭土对水泥浆体和混凝土收缩和徐变的影响 掺加偏高岭土对水泥浆体和混凝土收缩的影响是众多研究者关心的问题。 Wild 等研究了 5％～ 25％偏高岭土水泥浆体的化学收缩和自收缩，发现在 1～ 45d 龄期内，加入偏高岭土可使水泥浆体的自收缩和化学收缩均增加，前者在掺量为 10％时达到最大，后 者在 15％时最大，随后随掺量增加，两者均降低。 有研究者将高偏高岭土掺量水泥浆体自收缩和化学收缩降低归因于水化产物中 C2ASH8（水化钙铝黄长石）的增加和 C4AH13（水化铝酸四钙）的减少。 Ding 等研究了用 5％～ 15％偏高岭土取代水泥制备的混凝土的自收缩和限制收缩。 取代量为 5％ ， 10％ ， 15％时 28d 自由收缩较基准混凝土分别降低 15％ ， 25％和 40％。 在受限情况下，随着取代量增加，混凝土稳定裂纹宽度减小，但开始出现裂纹的时间提前。 Brooks 等测定了用 0～ 15％偏高岭土取代水泥制备的混凝土 200d 龄期的 总的收缩和自收缩值，发现随着偏高岭土取代量的增加，混凝土的总收缩降低；对于自收缩，偏高岭土取代较少（ 5％）时使得混凝土早期（从初凝开始测定）和后期（ 24h 以后测定）河南理工大学本科毕业论文 高岭土的研究应用现状 9 自收缩均增大，特别是后期自收缩增加幅度较大；但随着取代量的增加，早期和后期自收缩又逐渐减小，其中取代量为 10％和 15％的混凝土的早期自收缩值已低于基准混凝土，而后期自收缩值扔高于基准混凝土。 实验结果还表明，掺加偏高岭土，特别是在掺量较高时，混凝土的总徐变、基本徐变和干燥徐变均显著降低。 如取代量为 15％的混凝土 200d 总徐变（含干燥徐变）和基本徐变 （不含干燥比徐变）分别较基准混凝土 降 低63％和 69％。 有研究者将徐变的降低归因于偏高岭土的填充效应和火山灰反应形成的产物导致水泥石结构致密、强度提高、水泥浆体与骨料界面改善。 C. 偏高岭土对混凝土耐久性的影响 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 a. 抗渗性 Boddy 和 Gruber 等研究了偏高岭土取代量为 0％， 8％和 12％，水胶比为 和 的混凝土氯离子渗透性，结果表明偏高岭土 可以大大降低混凝土的氯离子渗透性，水灰比为 的掺加 8％和 12％偏高岭土的水泥混凝土中 Cl的扩散系数低于水灰比为 的基准混凝土中 Cl的扩散系数。 Zhang 和蒋林华分别研究了掺加偏高岭土和硅粉的混凝土的抗氯离子渗透性，在水胶比相同的情况下，用 8％～ 10％偏高岭土取代水泥可使 28d和 90d 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。 b. 抗冻性 相对于偏高岭土对混凝土其它性能的影响，其对混凝土抗冻性的影响方面已有的研究结果较少。 Caldarone 等对 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，所有试样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看，掺加偏高岭土后混凝土抗冻性略有提高。 如含偏高岭土混凝土和基准混凝土的耐久性指数分别为 ％和 ％，前者与掺加硅粉的相当。 c. 耐蚀性 偏高岭土在高性能混凝土中的另一个重要作用是其可以显著提高混凝土的耐蚀性。 Khatib 等研究了偏高岭土对不同 C3A 含量水泥砂浆抗 Na2SO4溶液侵蚀性的影响。 在 5％Na2SO4溶液中浸泡至 520d 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；耐蚀性河南理工大学本科毕业论文 高岭土的研究应用现状 10 随取代量的增大而增加，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 15％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。 d. 碱 — 氧化硅反应 如同硅粉、矿渣和粉煤灰等火山灰质材料一样，偏高岭土具有抑制混凝土碱集料反应的作用。 Aquino 等研究了偏高岭土和硅粉对用高碱（ ％ Na2O， ％ K2O， ％Na2Oe）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，结果表明偏高岭土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。