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焦作市煜坤礦業有限公司

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偏高嶺土簡介

發布時間:2019-05-30 17:16:08 文章來源:jzykky 點擊次數:217次

  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(化學式是Al2O3·SiO2·H2O)。高嶺土資源主要有兩類:一類是煤系地層中比較堅硬的巖石,叫高嶺巖或焦寶石;另一類是風化成因的土狀巖石,如蘇州土。

  偏高嶺土(metakaolin)是用高嶺土作原料,經過選礦、配伍、煅燒等工序生產的一種具有極高火山灰活性的物質,主要成分是無定型的Al2O3和SiO2。主要應用領域在混凝土行業,也叫做高性能混凝土礦物外加劑(High Reactivity Meta-kaolin)。

  國內有多個生產偏高嶺土的廠家,由于各廠家的生產技術不同,使得偏高嶺土質量差別很大(主要指火山灰活性),嚴重影響了偏高嶺土下游產品的性能和推廣應用,所以,我們把具有很高火山灰活性(活性指數大于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(高嶺石含量和結晶程度)、選礦工藝與技術、磨礦條件(細度、顆粒結構和粒度分布)、煅燒條件(溫度、時間、氣氛、升溫速度、保溫時間和外加劑)。

  自然界形成的高嶺土原料的質量變化很大,肉眼又很難辨別其質量的優劣,所以,產品質量快速測試技術成了產品質量控制的關鍵。焦作市煜坤礦業有限公司擁有當今快速、準確的快速測試技術,保障了產品質量的穩定性。

  二、偏高嶺土的用途

  凡是使用硅酸鹽水泥的產品中,都能用得上偏高嶺土,能否真正得到應用,主要看性能價格比。依據初步研究和應用實踐,以下產品中可以使用偏高嶺土產品。

  1.高性能混凝土礦物外加劑,例如預應力混凝土、輕質混凝土、高強度混凝土、修復混凝土等。

  2.特種砂漿外加劑,例如保溫砂漿、防水砂漿、粘結砂漿、抹面砂漿、外墻防水膩子、單雙組份聚合物水泥防水砂漿、修復砂漿、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.生產地質聚合物的原料,例如地質聚合物涂料、地質聚合物注漿材料、地質聚合物仿瓷磚材料、地質聚合物水泥、地質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

  ①偏高嶺土能顯著提高混凝土、砂漿等水泥基制品的早期強度和28天強度。

  ②偏高嶺土能夠擬制混凝土、砂漿等水泥基制品的堿骨料反應。

  ③偏高嶺土能夠擬制混凝土、砂漿等水泥基制品的泛堿傾向。

  ④偏高嶺土能夠減小混凝土的自收縮,提高穩定性。

  ⑤偏高嶺土能夠提高混凝土、砂漿等水泥基制品的抗滲性、抗氯離子腐蝕性和抗硫酸鹽腐蝕性。

  ⑥偏高嶺土能顯著提高水泥基漿料的強度、懸浮性、穩定性和結石率。

  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 增強原理

  (1) 改變混凝土礦物組成的增強原理

  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,簡寫成C3S)、硅酸二鈣(2CaO·SiO2,簡寫成C2S)、鋁酸三鈣(3CaO·Al2O3,簡寫成C3A)和鐵鋁三鈣(2CaO·Fe2O3-8CaO·3Al2O3·Fe2O3,簡寫成C2F-C8A3F),其中前三個成分是主要的,他們的水化反應如下:

  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

  由上述化學反應方程式可以看出,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高效增強劑的主要成分是具有很高火山灰活性的Al2O3和SiO2,它們再和Ca(OH)2反應,生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣,反應方程式如下:

  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高效增強劑可以是普通混凝土中的Ca(OH)2轉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度。

  (2)改善混凝土結構的增強原理

  在普通混凝土中,特別是在以石灰石為骨料的地區(華北地區多如此),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力學薄弱界面,影響混凝土的強度。

  在高性能混凝土中的MK-1增強劑消耗了大量的Ca(OH)2,骨料周圍的力學薄弱界面減少或消失,從而提高混凝土的強度。

  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,這樣的填充結果似乎很科學,但是,水泥的細度是250目,顆粒直徑為80μm,粘結性也很有限,而偏高嶺土的粒徑是10μm,結構為片狀,粘結性和結合性非常高,所以,它可以把噴射混凝土和噴射砂漿中的各種組分結合成一個整體,使得噴射回彈率明顯降低。

  3.抗滲原理(提高混凝土或砂漿密實性的原理)

  (1)填充密實的抗滲原理

  混凝土和砂漿主要由砂(石子)和水泥組成,從結構上分析,石子的空隙由砂充填,砂的空隙由水泥凈漿填充,但是,水泥的細度是250目左右,顆粒直徑為80μm,它的空隙相對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,對水泥顆粒形成的空隙進一步充填,從而提高了密實性,減弱了水的滲透作用。

  (2)消除次生通道的抗滲原理

  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(如華北地區),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,形成一個可溶性薄層,當Ca(OH)2被溶蝕以后,形成一個滲水能力及強的滲水通道,嚴重影響噴射混凝土的密實性。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性,減少水的滲漏的作用。

  4.早強規律與早強原理

  在標準養護條件下,偏高嶺土具有明顯提高砂漿早期強度的作用,其變化規律是環境溫度越高,早強作用越顯著,環境溫度降到大約10℃以下時,偏高嶺土早強作用消失,使早期強度有所降低。

  偏高嶺土具有早強作用的機理是偏高嶺土中含比較多的Al2O3,使砂漿中的水化鋁酸鈣(早強礦物)數量增加;低溫下早強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,在某一凍結溫度下,毛細孔中水結冰,膠凝孔中水處于過冷狀態。水結成冰,使混凝土發生膨脹,另外由于膠凝孔中處于過冷狀態的水分子向壓力毛細孔中冰的界面處滲透,于是在毛細孔中叉產生一種滲透壓力。此外膠凝水向毛細孔滲透的結果必然使毛細iL中冰體積進一步膨脹。由此可見,處于飽和狀態的混凝土受凍時,其毛細孔壁同時承受膨脹壓力和滲透壓力兩種壓力,當這兩種壓力超過混凝土的抗拉強度時混凝土就會開裂,反復凍融循環后,混凝土中的裂縫會相互貫通,其強度也會逐漸降低,可能會完全喪失,使混凝士由表及里遭受破壞。混凝土基體是非勻質材料,其內部存在大量的微裂縫。當承受拉力時,截面上各個質點受力極不均勻,有大量的不規則的應力集中點,再增大拉力,這些應力集中點首先達到極限應力狀態,導致新的微裂縫的產生和原有微裂縫的發展。

  在凍融循環過程中,當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揮限裂作用,分擔了截面上的一部分拉力,并能緩和混凝土內部缺陷處的應力集中現象,從而提高了混凝土的變形能力和韌性,達到阻止裂縫產生和發展的目的。另外,跨越裂縫的鋼纖維仍能傳遞應力,繼續抵抗外力。由于鋼纖維與水泥砂漿的緊密結合,增大了鋼纖維對水泥砂漿的影響,水灰比越低,界面粘結越強,鋼纖維對混凝土的影響范圍也越大,阻裂能力也相應得到提高。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部的薄弱環節,超過一定界限,就可能產生不利影響。

  (2)氯離子滲透原理分析

  當混凝土暴露于海水、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,必須具有相當的抗滲透性。Cl-在濃度低的作用下由環境擴散進入混凝土中,如果滲透到混凝土中的Cl-達到臨界濃度時,就會破壞鋼筋表面的鈍化膜,引起鋼筋銹蝕,可能導致結構破壞。海洋環境中氯化物滲透混凝土的速度決定鋼筋去鈍化時間。對長期暴露的混凝土結構而言,氯化物的滲透主要靠混凝土毛細孔液的氯離子濃度差的擴散作用。混凝土氯離子擴散系數越小對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復雜的物理化學過程,多年以來,國內外許多學者在侵蝕原理方面作了大量的研究,形成了一些結論。

  一般而言,硫酸鹽侵蝕有以下化學反應:

  (1)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生成三硫型水化硫鋁酸鈣(鈣礬石),固相體積增大94%,引起混凝土的膨脹、開裂、解體,這種破壞一般會在構件表面出現比較粗大的裂縫。另一方面,鈣礬石生長過程中的內應力也進一步加劇了膨脹。這和液相的堿度密切相關,堿度低時,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,形成極大的結晶應力,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。

  (2)形成石膏。如果硫酸鹽濃度較高時,則不僅生成鈣礬石,而且還會有石膏結晶析出。一方面石膏的生成使固相體積增大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等水化礦物穩定存在的基礎,而且它本身以波特蘭石的形態存在于硬化漿體中,對混凝土的力學強度有貢獻,因此導致混凝土的強度損失和耐久性下降。根據濃度積規則,只有當SO42-和Ca2+ 的濃度積大于或等于CaSO4的濃度積時才能有石膏結晶析出。有些專家認為當侵蝕溶液中SO42-的濃度在1000mg/L以下時,只有鈣礬石結晶形成,當SO42-濃度逐漸提高時,開始平等地發生鈣礬石-石膏復合結晶,在SO2-4濃度非常高時,石膏結晶侵蝕才起主導作用。但事實上,若混凝土處于干濕交替狀態,即使環境溶液中SO2-4濃度不高,也往往會因為水分的蒸發而使侵蝕溶液濃縮,石膏結晶侵蝕有可能成為主要因素。我國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。

  (3)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結晶析出,產生極大結晶應力和體積膨脹而使混凝土破壞。特別是當結構物的一部分侵入鹽液,另一部分暴露在干燥空氣中時,鹽液在毛細管作用下升到水線以上部分然后蒸發,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制件等產品中普遍存在,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有機配料。泛堿的成分主要是硫酸鈉、碳酸鈉、碳酸鈣、石膏等。堿從砂漿(或其它產品)內部向外運移的方式主要是鈉鹽、鈣鹽或氫氧化鈉、氫氧化鈣等,既泛堿的物質在溶液狀態時主要有鈉鹽(堿)和鈣鹽(堿)兩種形式。

  從理論上分析,偏高嶺土可以有效地擬制鈣鹽(堿)的運移和泛堿現象的發生,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,已經有幾個廠家使用了我們的產品,它們反映可以減弱泛堿現象,但不能消除泛堿現象。

  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。

  為此,我們試圖尋找一種具有內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部,并由晶體結構特性將其禁錮起來,以消除泛堿現象。研究已經取得了初步進展。

  泛堿是多個行業長期存在的老大難問題,我已經把該課題列入研究生的論文選題。研究有顯著進展后,會及時與你溝通,也希望你能夠為泛堿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

  ①偏高嶺土的火山灰活性高于硅灰。

  ②偏高嶺土儲運便利。

  ③偏高嶺土產品質量穩定。

  ④偏高嶺土產品供貨能力更強。

  ⑤偏高嶺土對人體更安全。

  8.焦作市煜坤礦業公司產品介紹

  (1)成分與性能

  煜坤公司偏高嶺土產品的成分和性能

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  煜坤公司偏高嶺土于硅灰性能的比較

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  (2)生產技術

  我們使用的高活性偏高嶺土生產技術是河南理工大學與焦作市煜坤礦業有限公司合作承擔的河南省重點攻關項目“高活性偏高嶺土制備技術研究”研究成果成果。該項目于2008年通過河南省科技廳組織的鑒定,技術達到國際先進水平。該項目于2010年獲河南省教育廳科技進步一等獎,并獲河南省科技進步三等獎。

  (3)產品質量穩定性

  偏高嶺土產品是以高嶺土礦石為原料,經過破碎—磨礦—煅燒等工序制作而成。原料質量、磨礦方式、磨礦細度、煅燒溫度、煅燒時間、煅燒設備性能等諸多因素都影響著偏高嶺土產品的性能。在上述諸多因素中,只要有一個因素出現異常,產品質量就會受到嚴重影響。所以,產品質量的檢測技術就顯得尤為重要。國家標準規定的活性指數測試方法需要28天,不能用于生產企業的產品質量控制;國內外現行的其它快速測試方法準確度低,控制精度差。我們使用了國際先進水平的快速測試技術,可以在6小時內測得偏高嶺土的活性,測試結果與國家標準中規定的活性指數的相關系數達到了0.95,有力地保證了產品質量的穩定。

  (4)產品系列化與發展

  偏高嶺土有細度、白度、化學反應活性、容重、填充性、和易性、親水性等諸多技術指標,并有很多用途。就同一個性能指標而言,對于一個用途是優點,對另一個用途就可能是缺點。為了更好地適應不同行業和不同用途的需要,我們從原料選擇、磨礦方式、煅燒制度等環節入手,并對偏高嶺土產品進行適當的復配,開發了針對性很強的偏高嶺土系列產品,可以滿足不同客戶和不同用途的需求。

  (5)售后服務

  我們與河南理工大學建立了密切的產學研合作關系,經歷了“高活性偏高嶺土制備技術研究”科研項目研究的全過程,有能力對產品性能進行改進和提高,可以滿足客戶在應用過程中對偏高嶺土的特殊要求。我們將利用我們的研發優勢,竭誠為用戶服務。

  (6)聯系方式

  公司地址:河南省焦作市西部工業園

  公司網站:http//www.pwtkn.tw

  總 經 理:李金隆13839107868

  技術顧問:李凱琦13938189918

  銷售部電話:0391-2626199

  銷售經理:宋中華18336863999

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