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一、高活性偏高嶺土的概念
高嶺土是以高嶺石為主要組分的礦產(chǎn)（化學(xué)式是Al2O3·SiO2·H2O）。高嶺土資源主要有兩類：一類是煤系地層中比較堅(jiān)硬的巖石，叫高嶺巖或焦寶石；另一類是風(fēng)化成因的土狀巖石，如蘇州土。
偏高嶺土(metakaolin)是用高嶺土作原料，經(jīng)過選礦、配伍、煅燒等工序生產(chǎn)的一種具有*火山灰活性的物質(zhì)，主要成分是無定型的Al2O3和SiO2。主要應(yīng)用領(lǐng)域在混凝土行業(yè)，也叫做高性能混凝土礦物外加劑（High Reactivity Meta-kaolin）。
國(guó)內(nèi)有多個(gè)生產(chǎn)偏高嶺土的廠家，由于各廠家的生產(chǎn)技術(shù)不同，使得偏高嶺土質(zhì)量差別很大（主要指火山灰活性），嚴(yán)重影響了偏高嶺土下游產(chǎn)品的性能和推廣應(yīng)用，所以，我們把具有很高火山灰活性（活性指數(shù)大于110）的偏高嶺土叫做高性能偏高嶺土。
影響偏高嶺土活性的主要因素有：原料（高嶺石含量和結(jié)晶程度）、選礦工藝與技術(shù)、磨礦條件（細(xì)度、顆粒結(jié)構(gòu)和粒度分布）、煅燒條件（溫度、時(shí)間、氣氛、升溫速度、保溫時(shí)間和外加劑）。
自然界形成的高嶺土原料的質(zhì)量變化很大，肉眼又很難辨別其質(zhì)量的優(yōu)劣，所以，產(chǎn)品質(zhì)量快速測(cè)試技術(shù)成了產(chǎn)品質(zhì)量控制的關(guān)鍵。焦作市煜坤礦業(yè)有限公司擁有當(dāng)今快速、準(zhǔn)確的快速測(cè)試技術(shù)，保障了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定性。
二、偏高嶺土的用途
凡是使用硅酸鹽水泥的產(chǎn)品中，都能用得上偏高嶺土，能否*得到應(yīng)用，主要看性能價(jià)格比。依據(jù)初步研究和應(yīng)用實(shí)踐，以下產(chǎn)品中可以使用偏高嶺土產(chǎn)品。
1.高性能混凝土礦物外加劑，例如預(yù)應(yīng)力混凝土、輕質(zhì)混凝土、*混凝土、修復(fù)混凝土等。
2.特種砂漿外加劑，例如保溫砂漿、防水砂漿、粘結(jié)砂漿、抹面砂漿、外墻防水膩?zhàn)?、單雙組份聚合物水泥防水砂漿、修復(fù)砂漿、自流平砂漿等。
3.聚合物水泥防水漿料、雙組份聚合物改性陶瓷耐磨地坪涂料等。
4.生產(chǎn)地質(zhì)聚合物的原料，例如地質(zhì)聚合物涂料、地質(zhì)聚合物注漿材料、地質(zhì)聚合物仿瓷磚材料、地質(zhì)聚合物水泥、地質(zhì)聚合物人造大理巖等。
5.耐火材料添加劑。
6.聚氨酯防水涂料的填料。
7.合成分子。。
8.橡膠填料、塑料填料、電纜填料、油漆填料.
9. 白（彩）色水泥的礦物外加劑等。
三、偏高嶺土在水泥基制品中的作用
?、倨邘X土能*提高混凝土、砂漿等水泥基制品的早期強(qiáng)度和28天強(qiáng)度。
?、谄邘X土能夠擬制混凝土、砂漿等水泥基制品的堿骨料反應(yīng)。
?、燮邘X土能夠擬制混凝土、砂漿等水泥基制品的泛堿傾向。
?、芷邘X土能夠減小混凝土的自收縮，提高穩(wěn)定性。
⑤偏高嶺土能夠提高混凝土、砂漿等水泥基制品的抗?jié)B性、抗氯離子腐蝕性和抗硫酸鹽腐蝕性。
⑥偏高嶺土能*提高水泥基漿料的強(qiáng)度、懸浮性、穩(wěn)定性和結(jié)石率。
⑦偏高嶺土具有一定的保水性，即防干裂（開裂）的能力。
四、偏高嶺土的作用原理
1 增強(qiáng)原理
?。?） 改變混凝土礦物組成的增強(qiáng)原理
普通硅酸鹽水泥是制備混凝土的主要材料，它的主要礦物成分是硅酸三鈣（3CaO·SiO2，簡(jiǎn)寫成C3S）、硅酸二鈣（2CaO·SiO2，簡(jiǎn)寫成C2S）、鋁酸三鈣（3CaO·Al2O3，簡(jiǎn)寫成C3A）和鐵鋁三鈣（2CaO·Fe2O3-8CaO·3Al2O3·Fe2O3，簡(jiǎn)寫成C2F-C8A3F）,其中前三個(gè)成分是主要的，他們的水化反應(yīng)如下：
2(3CaO·SiO2)+6H2O=3CaO·2 SiO2·3H2O + Ca(OH)2
2(2CaO·SiO2)+4H2O =3CaO·2 SiO2·3H2O + Ca(OH)2
3CaO·Al2O3+6H2O = Al2O3·3H2O +3Ca(OH)2
由上述化學(xué)反應(yīng)方程式可以看出，普通混凝土在水泥水化以后，要多出一部分Ca(OH)2，所以，水泥水化產(chǎn)物可以看作是水泥石（水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣）和熟石灰的混合物。
高性能噴射混凝土中添加的MK-1*增強(qiáng)劑的主要成分是具有很高火山灰活性的Al2O3和SiO2，它們?cè)俸虲a(OH)2反應(yīng)，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，反應(yīng)方程式如下：
Al2O3+nCaO+mH2O → nCaO﹒Al2O3﹒mH2O（水化鋁酸鈣）
xCaO+SiO2+yH2O → xCaO﹒SiO2﹒yH2O+(3-x)Ca(OH)2(水化硅酸鈣)
也就是說，MK-1*增強(qiáng)劑可以是普通混凝土中的Ca(OH)2轉(zhuǎn)變成化硅酸鈣和水化鋁酸鈣等水泥石礦物，從而提高混凝土的強(qiáng)度。
?。?）改善混凝土結(jié)構(gòu)的增強(qiáng)原理
在普通混凝土中，特別是在以石灰石為骨料的地區(qū)（華北地區(qū)多如此），由于石灰石的成分是碳酸鈣，它和Ca(OH)2有比較大的表面親和力，所以，Ca(OH)2主要賦存在骨料周圍，在混凝土中形成一個(gè)力學(xué)薄弱界面，影響混凝土的強(qiáng)度。
在高性能混凝土中的MK-1增強(qiáng)劑消耗了大量的Ca(OH)2，骨料周圍的力學(xué)薄弱界面減少或消失，從而提高混凝土的強(qiáng)度。
2.降低噴射回彈率的原理
在噴射砂漿和噴射混凝土中，偏高嶺土具有降低噴射回彈率的作用，其原因是普通混凝土由石子、砂和水泥組成，水泥凈漿填充砂的空隙，砂漿又填充石子的空隙，這樣的填充結(jié)果似乎很科學(xué)，但是，水泥的細(xì)度是250目，顆粒直徑為80μm，粘結(jié)性也很有限，而偏高嶺土的粒徑是10μm，結(jié)構(gòu)為片狀，粘結(jié)性和結(jié)合性非常高，所以，它可以把噴射混凝土和噴射砂漿中的各種組分結(jié)合成一個(gè)整體，使得噴射回彈率明顯降低。
3.抗?jié)B原理（提高混凝土或砂漿密實(shí)性的原理）
（1）填充密實(shí)的抗?jié)B原理
混凝土和砂漿主要由砂（石子）和水泥組成，從結(jié)構(gòu)上分析，石子的空隙由砂充填，砂的空隙由水泥凈漿填充，但是，水泥的細(xì)度是250目左右，顆粒直徑為80μm，它的空隙相對(duì)于水分子而言仍然是很大的，是水滲透的良好通道；偏高嶺土的粒徑是10μm，對(duì)水泥顆粒形成的空隙進(jìn)一步充填，從而提高了密實(shí)性，減弱了水的滲透作用。
?。?）消除次生通道的抗?jié)B原理
在普通混凝土和砂漿中，約含有水泥重量20-30%的Ca(OH)2，它溶于水后形成滲水通道，特別是在以石灰石為骨料的地區(qū)（如華北地區(qū)），由于石灰石的成分是碳酸鈣，它和Ca(OH)2有比較大的表面親和力，Ca(OH)2主要賦存在骨料周圍，形成一個(gè)可溶性薄層，當(dāng)Ca(OH)2被溶蝕以后，形成一個(gè)滲水能力及強(qiáng)的滲水通道，嚴(yán)重影響噴射混凝土的密實(shí)性。而添加偏高嶺土以后，偏高嶺土消耗了Ca(OH)2，也就起到了增加密實(shí)性，減少水的滲漏的作用。
4.早強(qiáng)規(guī)律與早強(qiáng)原理
在標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)條件下，偏高嶺土具有明顯提高砂漿早期強(qiáng)度的作用，其變化規(guī)律是環(huán)境溫度越高，早強(qiáng)作用越*，環(huán)境溫度降到大約10℃以下時(shí)，偏高嶺土早強(qiáng)作用消失，使早期強(qiáng)度有所降低。
偏高嶺土具有早強(qiáng)作用的機(jī)理是偏高嶺土中含比較多的Al2O3，使砂漿中的水化鋁酸鈣（早強(qiáng)礦物）數(shù)量增加；低溫下早強(qiáng)作用消失的原因是偏高嶺土本身沒有水化熱。
5．提高混凝土或砂漿制品耐久性的原理
（1）凍融破壞原理分析
混凝土處于飽和狀態(tài)，在某一凍結(jié)溫度下，毛細(xì)孔中水結(jié)冰，膠凝孔中水處于過冷狀態(tài)。水結(jié)成冰，使混凝土發(fā)生膨脹，另外由于膠凝孔中處于過冷狀態(tài)的水分子向壓力毛細(xì)孔中冰的界面處滲透，于是在毛細(xì)孔中叉產(chǎn)生一種滲透壓力。此外膠凝水向毛細(xì)孔滲透的結(jié)果必然使毛細(xì)iL中冰體積進(jìn)一步膨脹。由此可見，處于飽和狀態(tài)的混凝土受凍時(shí)，其毛細(xì)孔壁同時(shí)承受膨脹壓力和滲透壓力兩種壓力，當(dāng)這兩種壓力超過混凝土的抗拉強(qiáng)度時(shí)混凝土就會(huì)開裂，反復(fù)凍融循環(huán)后，混凝土中的裂縫會(huì)相互貫通，其強(qiáng)度也會(huì)逐漸降低，可能會(huì)*喪失，使混凝士由表及里遭受破壞?；炷粱w是非勻質(zhì)材料，其內(nèi)部存在大量的微裂縫。當(dāng)承受拉力時(shí)，截面上各個(gè)質(zhì)點(diǎn)受力極不均勻，有大量的不規(guī)則的應(yīng)力集中點(diǎn)，再*拉力，這些應(yīng)力集中點(diǎn)首先達(dá)到極限應(yīng)力狀態(tài)，導(dǎo)致新的微裂縫的產(chǎn)生和原有微裂縫的發(fā)展。
在凍融循環(huán)過程中，當(dāng)混凝土基體凍脹開裂以后，摻人混凝土基體的鋼纖維開始發(fā)揮限裂作用，分擔(dān)了截面上的一部分拉力，并能緩和混凝土內(nèi)部缺陷處的應(yīng)力集中現(xiàn)象，從而提高了混凝土的變形能力和韌性，達(dá)到阻止裂縫產(chǎn)生和發(fā)展的目的。另外，跨越裂縫的鋼纖維仍能傳遞應(yīng)力，繼續(xù)抵抗外力。由于鋼纖維與水泥砂漿的緊密結(jié)合，*了鋼纖維對(duì)水泥砂漿的影響，水灰比越低，界面粘結(jié)越強(qiáng)，鋼纖維對(duì)混凝土的影響范圍也越大，阻裂能力也相應(yīng)得到提高。但是鋼纖維的體積率是有范圍性的。過多的鋼纖維體積率，大大增加了鋼纖維與水泥砂漿的界面，而這些界面是混凝土內(nèi)部的薄弱環(huán)節(jié)，超過一定界限，就可能產(chǎn)生不利影響。
?。?）氯離子滲透原理分析
當(dāng)混凝土暴露于海水、除冰鹽(氯化鈉、氯化鈣)、采礦污水等情況都將受到氯化物的侵蝕。在此條件下的高性能混凝土要保持耐久性要求，*具有相當(dāng)?shù)目節(jié)B透性。Cl-在濃度低的作用下由環(huán)境擴(kuò)散進(jìn)入混凝土中，如果滲透到混凝土中的Cl-達(dá)到臨界濃度時(shí)，就會(huì)破壞鋼筋表面的鈍化膜，引起鋼筋銹蝕，可能導(dǎo)致結(jié)構(gòu)破壞。海洋環(huán)境中氯化物滲透混凝土的速度決定鋼筋去鈍化時(shí)間。對(duì)長(zhǎng)期暴露的混凝土結(jié)構(gòu)而言，氯化物的滲透主要靠混凝土毛細(xì)孔液的氯離子濃度差的擴(kuò)散作用。混凝土氯離子擴(kuò)散系數(shù)越小對(duì)混凝土的破壞作用越小。
（3）硫酸鹽侵蝕原理分析
混凝土的硫酸鹽侵蝕是一個(gè)復(fù)雜的物理化學(xué)過程，多年以來，國(guó)內(nèi)外許多學(xué)者在侵蝕原理方面作了大量的研究，形成了一些結(jié)論。
一般而言，硫酸鹽侵蝕有以下化學(xué)反應(yīng)：
?。?）形成鈣礬石。SO2-4與水泥石中的氫氧化鈣和水化鋁酸鈣反應(yīng)生成三硫型水化硫鋁酸鈣（鈣礬石），固相體積*94%，引起混凝土的膨脹、開裂、解體，這種破壞一般會(huì)在構(gòu)件表面出現(xiàn)比較粗大的裂縫。另一方面，鈣礬石生長(zhǎng)過程中的內(nèi)應(yīng)力也進(jìn)一步加劇了膨脹。這和液相的堿度密切相關(guān)，堿度低時(shí)，形成的鈣礬石為大的板條狀晶體，此類鈣礬石一般不帶來有害的膨脹，堿度高時(shí)如在純硅酸鹽水泥混凝土中形成的鈣礬石為針狀或片狀，可能呈凝膠狀析出，形成*的結(jié)晶應(yīng)力，因此合理控制液相的堿度是減輕鈣礬石危害性膨脹的有效途徑之一。
?。?）形成石膏。如果硫酸鹽濃度較高時(shí)，則不僅生成鈣礬石，而且還會(huì)有石膏結(jié)晶析出。一方面石膏的生成使固相體積*124%，引起混凝土膨脹開裂，另一方面，消耗了CH，而水泥水化生成的CH不僅是C-S-H等水化礦物穩(wěn)定存在的基礎(chǔ)，而且它本身以波特蘭石的形態(tài)存在于硬化漿體中，對(duì)混凝土的力學(xué)強(qiáng)度有貢獻(xiàn)，因此導(dǎo)致混凝土的強(qiáng)度損失和耐久性下降。根據(jù)濃度積規(guī)則，只有當(dāng)SO42-和Ca2+ 的濃度積大于或等于CaSO4的濃度積時(shí)才能有石膏結(jié)晶析出。有些專家認(rèn)為當(dāng)侵蝕溶液中SO42-的濃度在1000mg/L以下時(shí)，只有鈣礬石結(jié)晶形成，當(dāng)SO42-濃度逐漸提高時(shí)，開始平等地發(fā)生鈣礬石-石膏復(fù)合結(jié)晶，在SO2-4濃度非常高時(shí)，石膏結(jié)晶侵蝕才起*作用。但事實(shí)上，若混凝土處于干濕交替狀態(tài)，即使環(huán)境溶液中SO2-4濃度不高，也往往會(huì)因?yàn)樗值恼舭l(fā)而使侵蝕溶液濃縮，石膏結(jié)晶侵蝕有可能成為主要因素。我國(guó)八盤峽水電站和劉家峽水電站等工程的硫酸鹽侵蝕破壞都具有此特點(diǎn)。
?。?）形成堿金屬硫酸鹽晶體。混凝土孔隙中的堿金屬硫酸鹽濃度高時(shí)結(jié)晶析出，產(chǎn)生*結(jié)晶應(yīng)力和體積膨脹而使混凝土破壞。特別是當(dāng)結(jié)構(gòu)物的一部分侵入鹽液，另一部分暴露在干燥空氣中時(shí)，鹽液在毛細(xì)管作用下升到水線以上部分然后蒸發(fā)，鹽液濃縮而析晶。
6.擬制泛堿的原理
泛堿問題在彩色砂漿、抹面砂漿、耐火澆注料（耐火材料）、柔性瓷磚和混凝土預(yù)制件等產(chǎn)品中普遍存在，并且影響大的是耐火澆注料（泛堿可以使耐火澆注料掉皮或崩潰！）。
堿的來源主要是普通硅酸鹽水泥或高鋁水泥和*配料。泛堿的成分主要是硫酸鈉、碳酸鈉、碳酸鈣、石膏等。堿從砂漿（或其它產(chǎn)品）內(nèi)部向外運(yùn)移的方式主要是鈉鹽、鈣鹽或氫氧化鈉、氫氧化鈣等，既泛堿的物質(zhì)在溶液狀態(tài)時(shí)主要有鈉鹽（堿）和鈣鹽（堿）兩種形式。
從理論上分析，偏高嶺土可以有效地?cái)M制鈣鹽（堿）的運(yùn)移和泛堿現(xiàn)象的發(fā)生，原理是偏高嶺土可以和鈣鹽（堿）形成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣，使其沉淀。在澆注耐火材料行業(yè)，已經(jīng)有幾個(gè)廠家使用了我們的產(chǎn)品，它們反映可以減弱泛堿現(xiàn)象，但不能消除泛堿現(xiàn)象。
我們知道，鈉和鉀的鹽（堿）的溶解度都非常高（正是由于這個(gè)原因，地表的鉀鈉才大量地溶入水中，流入大海，使海水成為咸水）。我們很難找到一種在常溫下使鉀鈉沉淀的物質(zhì)。
為此，我們?cè)噲D尋找一種具有內(nèi)部空間域的礦物材料，利用離子交換的原理，把鉀鈉離子交換到礦物內(nèi)部，并由晶體結(jié)構(gòu)特性將其禁錮起來，以消除泛堿現(xiàn)象。研究已經(jīng)取得了初步進(jìn)展。
泛堿是多個(gè)行業(yè)長(zhǎng)期存在的老大難問題，我已經(jīng)把該課題列入研究生的論文選題。研究有*進(jìn)展后，會(huì)及時(shí)與你溝通，也希望你能夠?yàn)榉簤A問題的解決出謀劃策，參與研究工作。
7.偏高嶺土和硅灰性能的比較
?、倨邘X土的火山灰活性高于硅灰。
?、谄邘X土儲(chǔ)運(yùn)便利。
?、燮邘X土產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定。
?、芷邘X土產(chǎn)品供貨能力更強(qiáng)。
?、萜邘X土對(duì)人體更*。
8.焦作市煜坤礦業(yè)公司產(chǎn)品介紹
?。?）成分與性能
煜坤公司偏高嶺土產(chǎn)品的成分和性能
煜坤公司偏高嶺土于硅灰性能的比較
?。?）生產(chǎn)技術(shù)
我們使用的高活性偏高嶺土生產(chǎn)技術(shù)是河南理工大學(xué)與焦作市煜坤礦業(yè)有限公司合作承擔(dān)的河南省*攻關(guān)項(xiàng)目“高活性偏高嶺土制備技術(shù)研究”研究成果成果。該項(xiàng)目于2008年通過河南省科技廳組織的鑒定，技術(shù)達(dá)到國(guó)際*水平。該項(xiàng)目于2010年獲河南省教育廳科技進(jìn)步一等獎(jiǎng)，并獲河南省科技進(jìn)步三等獎(jiǎng)。
?。?）產(chǎn)品質(zhì)量穩(wěn)定性
偏高嶺土產(chǎn)品是以高嶺土礦石為原料，經(jīng)過破碎—磨礦—煅燒等工序制作而成。原料質(zhì)量、磨礦方式、磨礦細(xì)度、煅燒溫度、煅燒時(shí)間、煅燒設(shè)備性能等諸多因素都影響著偏高嶺土產(chǎn)品的性能。在上述諸多因素中，只要有一個(gè)因素出現(xiàn)異常，產(chǎn)品質(zhì)量就會(huì)受到嚴(yán)重影響。所以，產(chǎn)品質(zhì)量的檢測(cè)技術(shù)就顯得尤為重要。國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的活性指數(shù)測(cè)試方法需要28天，不能用于生產(chǎn)企業(yè)的產(chǎn)品質(zhì)量控制；國(guó)內(nèi)外現(xiàn)行的其它快速測(cè)試方法準(zhǔn)確度低，控制精度差。我們使用了國(guó)際*水平的快速測(cè)試技術(shù)，可以在6小時(shí)內(nèi)測(cè)得偏高嶺土的活性，測(cè)試結(jié)果與國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)中規(guī)定的活性指數(shù)的相關(guān)系數(shù)達(dá)到了0.95，有力地保證了產(chǎn)品質(zhì)量的穩(wěn)定。
（4）產(chǎn)品系列化與發(fā)展
偏高嶺土有細(xì)度、白度、化學(xué)反應(yīng)活性、容重、填充性、和易性、親水性等諸多技術(shù)指標(biāo)，并有很多用途。就同一個(gè)性能指標(biāo)而言，對(duì)于一個(gè)用途是優(yōu)點(diǎn)，對(duì)另一個(gè)用途就可能是缺點(diǎn)。為了更好地適應(yīng)不同行業(yè)和不同用途的需要，我們從原料選擇、磨礦方式、煅燒制度等環(huán)節(jié)入手，并對(duì)偏高嶺土產(chǎn)品進(jìn)行適當(dāng)?shù)膹?fù)配，開發(fā)了針對(duì)性很強(qiáng)的偏高嶺土系列產(chǎn)品，可以滿足不同客戶和不同用途的需求。
?。?）售后服務(wù)
我們與河南理工大學(xué)建立了密切的產(chǎn)學(xué)研合作關(guān)系，經(jīng)歷了“高活性偏高嶺土制備技術(shù)研究”科研項(xiàng)目研究的全過程，有能力對(duì)產(chǎn)品性能進(jìn)行改進(jìn)和提高，可以滿足客戶在應(yīng)用過程中對(duì)偏高嶺土的特殊要求。我們將利用我們的研發(fā)優(yōu)勢(shì)，竭誠為用戶服務(wù)。
?。?）聯(lián)系方式
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