高岭土经过高温煅烧后内部晶体结构遭到破坏,形成无序结构,从而获得了火山灰活性,故煅烧工艺对偏高岭土火山灰活性有***影响。研究表明,偏高岭土的活性与硅灰类似,作为一种人工合成的活性矿物掺合料,原料高岭土来源广泛,且在碱激发胶凝材料中也展现出良好的应用前景。
目前,国内外关于偏高岭土在水泥材料中应用的已取得丰富的成果。本文介绍了偏高岭土火山灰活性及煅烧工艺的理论,综合评述了偏高岭土对水泥基材料水化过程、孔结构、力学性能、耐久性、收缩性能的研究进展,展望了应用趋势,希望为实现我国偏高岭土矿物掺合料的工业化应用提供参考。
偏高岭土在水泥基材料内部发挥火山灰活性的过程实际上是高岭土经过高温煅烧后,内部玻璃体中SiO2,Al2 O3 等氧化物与水泥水化产物 Ca( OH) 2 反应的过程,故偏高岭土的火山灰活性与高岭土的煅烧温度和时间有密切关系。过程如下:
(1)<100℃时,表面和微孔中吸附的水少量失去;
(2)~100~400℃ 时,出现预先脱羟基质量损失,高岭石中八面体结构重组,首先发生在靠近表面的OH-;
(3)~400~650 ℃时,高岭石脱羟基过程和偏高岭石形成过程,大约 10%羟基残存在偏高岭土中。
Al2SiO5 (OH)4→Al2SiO5(OH)xO2-x + ( 2-x /2) H2O
Shvarzman 等***: 在 450 ~ 570 ℃之间,高岭土已基本转变为偏高岭土,脱羟基系数达到 0.95~1.0而过高的煅烧温度(>900℃) 导致偏高岭土内部重结晶形成尖晶石和莫来石,降低内部无序度。Kakali等也认为: 高岭土的火山灰活性与原料高岭土的结晶程度存在直接关系; 高岭石高温下的脱羟基过程也可用等温线方程表示。Ortega 等发现高岭石在高温下脱羟基过程分为两个阶段: 一阶段: 活化能从100 kJ /mol 下降至 75 kJ /mol,偏高岭土结晶成核,脱羟基过程从高岭石表明分子开始逐步向内部发展。***阶段: 活化能从 75 kJ /mol 上升至 120 kJ /mol,偏高岭土继续生长的同时,水分子扩散至反应界面,完全脱离基体完成脱羟基过程。
由此可见,偏高岭土的火山灰活性与高岭土的组成,结晶程度,煅烧的时间和温度有密切联系,判定标准也有所差异,若获得火山灰活性的偏高岭土矿物掺合料,应充分考虑上述因素。