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掺入煅烧高岭土对硅酸盐水泥砂浆和混凝土的强度和耐久性方面的影响
作者：D.D Vu， P Stroeven , V.B Bui
摘要
基于经济和可持续性的论点，我们需要认真评估当地的资源做为建筑业生产砂浆和混凝土的原材料潜力。对于越南来说，应在城市发展、海岸保护和港口建设等方面作出重大努力。在越南-荷兰联合合作项目中，我们对越南北部相关资源的实际使用情况进行了实验评估。本文以高岭土为研究对象，高岭土在该地区广泛分布。本文研究的关键问题是煅烧高岭土在砂浆和混凝土中部分替代硅酸盐水泥对砂浆和混凝土混合料抗压强度以及近海环境下的水泥耐久性特性的影响，还提到了可操作性措施。因此，本文提供了水灰比在0.40至0.53之间的混合料，在最大180天养护期的抗压强度发展的数据。此外，我们设计的实验中煅烧高岭土替代水泥质量的0%到30%的。研究结果为评估烧高岭土对硅酸盐水泥的最佳替代率提供了可能，并且会伴随着强度的增益。此外，本文还给出了在低浓度硫酸钠溶液中保存一年的与掺偏高岭土类似的砂浆和混凝土试件的相关性能。可以得出的结论是，在这种环境下，煅烧高岭土的部分替代不仅增加了强度也提高了其耐久性。
关键字：拌合砂浆;抗压强度;混凝土;耐用性;高岭土;火山灰;砂浆;抗硫酸盐性能
1. 介绍
在世界上许多国家，高岭土和粘土被用来生产活性火山灰掺合料。这些火山灰掺合料用于减少砂浆和混凝土产品中硅酸盐水泥的用量。这类火山灰掺合料对硅酸盐水泥砂浆和混凝土性能的积极影响以在多项研究中被提出过。结果表明，该掺合料除了能提高强度外，还能提高硅酸盐水泥砂浆和混凝土的抗硫酸盐性能。然而，在特定的情况下可以达到的效果将取决于矿物掺合料的矿物学组成和化学组成。
就目前而言，可以使用到的本地资源，如富含氧化铝的粘土和高岭土，在越南北部的许多地区是丰富和广泛的。表1对越南北部的这种矿物资源作了有限的调查。因此，本次研究着重于研究高岭土在砂浆和混凝土生产中取代波特兰水泥的程度。问题的关键在于开发掺有高岭土的混凝土在低浓度硫酸钠溶液中的抗压强度和耐久性的潜力。掺有高岭土混合浆料的砂浆和混凝土的强度试验早有报道。关于高岭土作为一种合适的火山灰材料的特性的更多细节，读者可以参考这些出版物[3]，[4]，[10]。有关耐久性方面更详细的报告以及挠曲试验和更浓的硫酸盐溶液环境侵蚀养护，请参见[10]。这些试验在越南仍在继续，尤其是在混凝土方面。这项调查的结果将在之后加以综述。
表1：越南当地矿产资源化学组成:高岭土(K)、粘土(C)
|
Composition (%) |
Region in Northern Vietnam |
|||||
|
Hai Hung (K) |
Quang Ninh (K) |
Thanh Hoa (K) |
Son Tay (K) |
Tuyen Quang (C) |
Vinh Phu (C) |
|
|
SiO2 |
45–63 |
43–70 |
48 |
54–55 |
50–60 |
44–46 |
|
Al2 O3 |
24–35 |
21–33 |
31 |
27–29 |
36–42 |
34–37 |
|
Fe2 O3 |
0.8–1.3 |
0.1–0.7 |
1.8 |
0.8–0.9 |
2.5–3.5 |
0.9–3.0 |
|
CaO |
0.3 |
0.5–1.2 |
1.3 |
1.1–1.5 |
0.5 |
0.6–0.7 |
|
MgO |
0.4–1.2 |
0.2 |
0.7 |
0.3–0.6 |
1.5–1.8 |
0.5 |
|
K2O |
1.3–3.5 |
0.2 |
3.1 |
0.8–5.9 |
0.6–0.8 |
– |
|
TiO2 |
0 |
1.0 |
– |
– |
0.8–3.0 |
– |
|
LOI |
7.0 |
14 |
15.5 |
13–15 |
9–11 |
14 |
本文旨在通过试验项目的结果来评估越南部的这些自然资源用做掺合料的可能性,即研究在耐低硫酸盐溶液环境的砂浆和混凝土产品中，高岭土掺加到硅酸盐水泥的程度
2. 材料
在越南，多数这类的研究是以碎石(花岗岩、石灰石等)的粗骨料、非常细的河流砂和类似于ASTM I型(和CEM I 32R)的硅酸盐水泥(P)为基础原料的。由于目前的实验是在荷兰进行的，所以一些越南本土原料用荷兰当地的资源所替代。级配砂的粒径在0.15-0.60 mm范围内，采用的萘磺酸盐型（SP，superplasticizer）减水剂TM ot -3可以降低砂浆和混凝土混合料的需水量。SP用量占总胶材的0.4% ~ 2.0%。
煅烧高岭土(K)是将高岭土加热到800°C的高温，然后在电煅烧两小时后产生的。为了达到实验要求，高岭土粉从常温开始加热，烧成后需要完全冷却。实验所用硅酸盐水泥和煅烧高岭土的组成明细和粒径分布分别见表2、表3。我们研究了最多达到代替硅酸盐水泥40%水平的标准稠度和凝结时间。结果如表4所示。按照ASTM C595-81测定煅烧高岭土(即93.5%)的火山灰指数。
表2：波特兰水泥和高岭土的化学和矿物组成
|
Composition |
Content K(%) |
Content P(%) |
|
Free water at 105°C |
1.1 |
|
|
LOI at 800°C |
11.9 |
|
|
SiO2 |
46.6 |
21.0 |
|
Al2O3 |
35.7 |
5.0 |
|
Fe2O3 |
0.5 |
3.0 |
|
CaO |
0.35 |
64.0 |
|
MgO |
0.35 |
2.0 |
|
K2O |
1.65 |
0.6 |
|
TiO2 |
0.26 |
|
|
P2O5 |
0.11 |
|
|
Na2O |
0.07 |
|
|
C3S |
63 |
|
|
C2S |
13 |
|
|
C3A |
8.8 |
|
|
C4AF |
9.0 |
|
|
SO3 |
3.0 |
表3：骨料和煅烧高岭土的粒度分布
|
Sieve size (mm) |
Accumulated percentage by weight retained |
||
|
Crushed granite |
Sand |
Calcined kaolin |
|
|
16 |
1.92 |
||
|
8 |
88.42 |
||
|
4 |
99.03 |
||
|
2 |
100.0 |
||
|
0.6 |
4.2 |
||
|
0.425 |
40.2 |
||
|
0.3 |
65.1 |
||
|
0.15 |
82.7 |
||
|
0.08 |
5.68 |
||
|
0.06 |
8.28 |
||
|
0.045 |
11.78 |
||
|
0.02 |
28.74 |
||
|
0.01 |
40.48 |
||
|
0.005 |
57.18 |
||
表4：煅烧高岭土硅酸盐水泥浆体的正常稠度和凝结时间
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资料编号：[2049]
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Code |
P (%) |
K (%) |
W/(P K) |
Setting time (min) |
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Initial |
Final |
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