偏高岭土火山灰活性的研究与利用.doc

硅酸盐通报 1997年第4期偏高岭土火山灰活性的研究与利用丁铸张德成王向东(山东建筑材料工业学院材料系济南250022) (山东省水泥质量监督检验站)摘要:本文综述了偏高岭土火山灰活性的研究进展,如水化产物、影响活性的因素对水泥混凝土结构与性能的影响,并介绍了在胶凝材料中的应用,对其应用前景作了展望。关键词:偏高岭土,火山灰活性,水泥,,用其做成的混凝土抗压强度高、用途广泛且成本低廉。但是该水泥在制造过程中要消耗大量能源,因而成本较高。在近几十年里,人们使用了许多混合材,特别是工业废渣的应用,降低了水泥的制造成本,并能改善水泥的某些性能,同时又保护了生态环境。基于环境保护这一观点,工业废渣如矿渣、粉煤灰等的利用得到了鼓励,而曾被广泛使用的天然火山灰及烧粘土质混合材的使用量在下降。但稻壳灰、硅灰、或钙质填充料(如石灰石)、窑灰以及偏高岭土(Metakaolin-MK)则是近十几年来研究最多的混合材,现在对其水化机理和性能已有了更好的了解,生产和应用方面也取得了较好的结果。偏高岭土是由高岭土在适当温度下脱水形成的产物,而高岭土又是粘土矿物。因此偏高岭土属于人工火山灰中的烧结粘土材料,但它又不是一般意义上的烧粘土材料。由于其水化活性高,国外许多国家已对其进行了较广泛的研究,并用其制造出各种胶凝材料制品,而国内还未见有关该主题的研究与应用的文献。本综述中引用文献范围涉及1980年至1995年,近5年来文献增长较快,特别是94、95两年中该主题的文献报导数量较多。这也说明国外对其研究与应用越来越多。。高岭土(Al2O3・2SiO2・2H2O—AS2H2)是一种用途广泛的矿物原料,矿物结构呈层状,由范德华键结合在一起,OH在其中结合得较牢固。温度升至400~450℃开始脱水,脱水后虽然仍保持原先的层状结构,但原子间已发生了较大的位错,形成了结晶度很差的过渡相,即偏高岭土(Al2O3・2SiO2—AS2)。由于偏高岭土中原子排列是不规则的,所以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980℃以上时,就会形成莫来石与方石英,此时就失去了水化活性。因其形成了晶格稳定的结构。图1是高岭土在不同温度下脱水产物的X射线衍射,图2是由核磁共振分析结果得出的偏高岭土结构示意图[1]。(MK)的水化产物MK是一种高活性人工火山灰材料,它可与氢氧化钙(Ca(OH)2—CH)和水反应,生成的水化产物与硅酸盐水泥水化产物的组成、结构相似,同时也可用碱、硫酸盐进行激发,生成类似的水化产物。法国的Davidovits曾研究了用NaOH或KOH与偏高岭土制备沸石类矿物的反应,并制造出了高早强矿物胶凝材料,申请了专利,将其称为“地质聚合物”。[2,3]-硅酸盐通报 1997年第4期图1 不同温度下高岭土脱水产物的XRD图。图2 偏高岭土结构示意图○—硅原子●—铝原子o—氧原子・—层面上的氧原子法国的Murat研究了偏高岭土、CH与水的反应,发现水化产物主要是托勃莫来石CSH—Ⅰ、水化钙铝黄长石C2ASH8及少量水化铝酸钙。这几种水化产物的形成主要取决于AS2/CH之比。其反应式如下:AS2/CH= AS2+6CH+9H→C4AH13+2CSHA