偏高岭土在水泥及混凝土领域研究进展.doc

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1、偏高岭土在水泥及混凝土领域的研究进展《广西大学学报(自然科学版)》　中国混凝土与水泥制品网　　[2007-8-30]　　摘要:重点介绍了高岭土及煅烧高岭土在水泥、混凝土等建筑材料领域国内外的应用现状和研究进展.关键词:高岭土;偏高岭土;土聚水泥;混凝土中图分类号:TD873.2　　　文献标识码:A　　我国是世界上最早发现并在工业中利用高岭土的国家之一.我国非煤建造型高岭土,资源储量居世界第五位,截至2003年底,对我国21个省市232处产地统计,基础储量为5.46亿吨.而我国含煤建造沉积型高岭土资源

2、储量占世界首位,探明远景储量及推算储量180.5亿吨,主要分布在东北、西北和石炭-二叠纪煤系中,以煤层中夹矸、顶底板或单独形成矿层独立存在,其中以内蒙古准格尔煤田的资源最多,达8.1亿吨.我国是世界上主要的高岭土生产国,产量占世界总产量的78%;目前我国高岭土矿点有700多处,从表1数据可知,2003年,中国高岭土的总产量达到360万吨,其中机选土达到了50%[1].　　　自然产出的高岭土矿石,根据其质量、可塑性和砂质(石英、长石、云母等矿物径>50Lm)的含量,可划分为煤系高岭土、软质高岭土和砂质

3、高岭土三种类型.根据加工的方式可划分为煅烧高岭土、水洗高岭土两种类型;一般来说,国内的煤系高岭土(硬高岭土)比较适合开发为煅烧高岭土,主要应用于各种用途的填料方面;非含煤高岭土(软质高岭土和砂质高岭土),主要应用于造纸涂料和陶瓷行业方面[2].我国软质高岭土的消费结构为:陶瓷和电瓷55%,造纸22%,其它为23%.煤系高岭土的消费结构:油漆涂料65%～85%,造纸5%～15%,橡塑及电缆5%～10%,陶瓷3%～8%,精细化工3%～5%.煅烧高岭土在涂料工业的消费量增长较快.　　偏高岭土(Metaka

4、olinite,简称MK)是高岭土(Kaolinite,Al2O3·2SiO2·2H2O)在一定温度(500～900℃)下煅烧、脱水形成的无水硅酸铝(Al2O3·2SiO2)白色粉末,平均粒径1～2Lm,SiO2和Al2O3含量在90%以上,特别是Al2O3含量较高.偏高岭土中原子排列是不规则的,呈现热力学介稳状态,此时具有强烈的火山灰活性,有超级火山灰(Super2Pozzolan)之称[2].当温度升至950℃时则出现重结晶的尖晶石,温度继续升高到1150℃以上时开始结晶并转化为莫来石和方石英,

5、此时就失去了水硬活性.偏高岭土与水泥水化产物Ca(OH)2和水反应后生成的水化产物主要是CSH凝胶,以及水化铝酸钙和水化硫铝酸钙,因此被大量应用于混凝土掺和料来代替硅灰[2～6].　　最近30多年以来,国外对高岭土的研究,特别是在建筑材料领域的应用研究走到了我们的前面,在利用高岭土研制水泥基材料方面取得了很大的进展.高岭土在有些国家已广泛应用于建筑材料的生产和建筑工程中,为国民经济的建设和可持续发展起着重要的作用.本文根据国内外高岭土应用现状,就其在建筑材料领域的应用与研究进展进行阐述.1　高岭土在

6、建筑材料领域的应用1.1　新型胶凝材料——土聚水泥1.1.1　土聚水泥的基本原理与特性　　土聚水泥是最近30年发展起来的新材料,是一种不同于普通硅酸盐水泥的新型胶凝材料.20世纪70年代末,法国Davidovits教授[8,10～12]开发了一类新型的碱激活胶凝材料——土聚水泥(Geopolymericcement).因在其水化产物中含有大量与一些构成地壳物质相似的化合物——含硅铝链的“无机聚合物”而得名.土聚水泥是以高岭土为原料经较低温度(500～900℃)煅烧,发生如下反应:2n[Si2O5,A

7、l2(OH)4]2(Si2O5,Al2O2)n+4nH2O(1)该反应使Al的配位数从6配位转化为4或5配位,高岭石结构转化为无定型结构的偏高岭土,有较高的火山灰活性.处于介稳状态的偏高岭土等无定型硅铝化合物经碱性激活剂及促硬剂的作用,硅铝氧化合物经历了一个由解聚到再聚合的过程,形成类似地壳中一些天然矿物的铝硅酸盐网络状结构.土聚水泥具有有机高聚物的链接结构,但其基本结构为无机的硅氧四面体和铝氧四面体,其中负电荷由碱金属和碱土金属等阳离子来平衡.　　土聚水泥在成型、反应过程中必须有水作为传质介质及反

8、应媒介,凝固后部分自由水作为结构水存在于反应物当中,但土聚水泥不存在硅酸钙那样的水化反应;与高分子聚合物相比,土聚水泥聚合反应开始前,不存在绝对意义上的单体.其终产物以离子键和共价键为主,范德华键为辅,而传统水泥则以范德华键及氢键为主,因此其性能优于传统水泥.　　土聚水泥是一种火山灰类的物质,化学组成也与某些天然火山灰接近.表2为土聚水泥与意大利火山灰化学成分分析结果比较.　　土聚水泥在矿物组成上完全不同于硅酸盐水泥,其主要成份由无定形矿物组成:(1)高活性偏高岭土;