專利名稱：與水泥混合的活性高嶺土粉末物料及其制備方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種與水泥混合的高嶺土粉末物料。更確切地說，本發(fā)明涉及一種與水泥混合以便形成在強度、透水性等方面具有好的物理性能的砂漿或混凝土的活性高嶺土粉末物料。本發(fā)明還涉及一種制備該活性高嶺土粉末物料的方法。
使用水泥的砂漿或混凝土通常需要優(yōu)良的強度和透水性。為了制備在強度、透水性等方面具有優(yōu)良的物理性能的砂漿或混凝土已經(jīng)進行了許多不同的研究。出于這種目的，在水泥領(lǐng)域和與水泥一起使用的其它混合組份的領(lǐng)域中，繼續(xù)進行了許多研究。作為混合組份之一的硅灰(silica fume)與水泥一起使用時，硅灰被用于制備在強度、透水性等方面具有優(yōu)良的物理性能的砂漿或混凝土。然而，硅灰特別昂貴，目前不能廣泛地使用。
因此，本發(fā)明者研制出一種與水泥一起使用的活性高嶺土粉末物料，這樣由該水泥和活性高嶺土粉末的組合物制備的砂漿或混凝土在強度、透水性方面顯示出好的物理性能。高嶺土是天然埋在地底下的，與硅灰相比能夠以非常低的成本得到。
本發(fā)明的目的是提供一種可以與水泥一起使用的活性高嶺土粉末物料。
本發(fā)明的另一目的是當(dāng)活性高嶺土粉末物料與水泥一起使用時，提供一種制備在強度、透水性方面具有好的物理性能的砂漿或混凝土的活性高嶺土粉末物料。
本發(fā)明的又一目的是提供一種由天然存在的高嶺土制備活性高嶺土粉末物料的方法。
本發(fā)明再一個目的在于提供一種具有優(yōu)良的強度和透水性的砂漿或混凝土，其是通過使用本發(fā)明的成本較低的活性高嶺土粉末物料制備的。
本發(fā)明的上述和其它的目的將通過下面的描述實現(xiàn)。
該活性高嶺土粉末物料是由天然存在的高嶺土(以下稱為“天然高嶺土”)制備的。該活性高嶺土粉末物料是這樣制備的，即在至多1小時內(nèi)將天然高嶺土加熱到480℃，通過加熱到980℃至少1小時以上從而在高溫下煅燒加熱的高嶺土，使用水或空氣急冷煅燒的高嶺土，并粉化急冷的高嶺土以使顆粒尺寸為2μm或更小。
在制備砂漿或水泥時活性高嶺土粉末物料的使用量是水泥重量的約5～15％。
包含活性高嶺土粉末物料的水泥組合物可以提供一種在抗壓強度、抗彎強度和透水性方面具有優(yōu)良性能的砂漿或混凝土。
附圖的簡要描述當(dāng)結(jié)合附圖閱讀時參考下面詳細描述的本發(fā)明優(yōu)選的實施方案將更充分地理解本發(fā)明。
附

圖1是表示在制備本發(fā)明的活性高嶺土粉末物料的過程中溫度與加熱和煅燒時間的關(guān)系的示意圖；附圖2是表示未活化的高嶺土粉末(天然高嶺土粉末)的X射線衍射圖；附圖3是表示本發(fā)明的活性高嶺土粉末的X射線衍射圖；附圖4是用于試驗根據(jù)本發(fā)明制備的砂漿透水性的砂漿試樣剖視圖。
本發(fā)明使用大量埋在地下的天然高嶺土。在本發(fā)明中天然高嶺土被活化以便與水泥混合使用。天然高嶺土已經(jīng)被用于制備陶器、瓷器、陶瓷等。在本發(fā)明中，活性高嶺土粉末由天然高嶺土演變而來，其可以用作砂漿或混凝土的復(fù)合材料之一。活性高嶺土粉末是這樣制備的，即加熱天然高嶺土至一定的溫度，在高溫下煅燒加熱的高嶺土，用水或空氣急冷煅燒的高嶺土和將急冷的高嶺土粉化成粉末形式。
礦物化合物的活化通常是指一種狀態(tài)，在該狀態(tài)中，當(dāng)能量施加在礦物化合物上然后急冷該礦物急冷時大量結(jié)晶能量保留在礦物化合物的分子結(jié)構(gòu)中，以及在該狀態(tài)中當(dāng)在該礦物化合物上施加外力時由于保留的結(jié)晶能量造成礦物化合物處于具有強化學(xué)鍵合能力的游離狀態(tài)中。
當(dāng)在高溫下煅燒天然高嶺土并急冷時，高嶺土在分子結(jié)構(gòu)中保留了大量的結(jié)晶能量并具有潛在的水硬性(latent hydraulicity)，因為高嶺土分子處于游離狀態(tài)。也就是說，雖然活性高嶺土具有高的反應(yīng)活性并且與水接觸時不會造成水化，但是高嶺土在一定條件下例如在堿性狀態(tài)下表面出明顯的水硬性。這種水硬性被稱為“潛在水硬性”。本發(fā)明將提供一種通過活化具有潛在水硬性的天然高嶺土和在一定條件例如在砂漿或在混凝土中引起活性高嶺土的水化和火山灰反應(yīng)的機理。
本發(fā)明的活性高嶺土和來自于水泥的Ca(OH)2引起火山灰反應(yīng)，而且使用該活性高嶺土的砂漿或混凝土由于潛在的水硬性具有優(yōu)良的強度和透水性。
當(dāng)在砂漿或混凝土中加入細顆粒組份時可以改善泌水(bleeding)或離析現(xiàn)象，這被稱為“穩(wěn)定效應(yīng)”。在本發(fā)明中，活性高嶺土粉末引起穩(wěn)定效應(yīng)。當(dāng)在砂漿或混凝土中加入活性高嶺土粉末時，可以減少組合物的泌水和離析現(xiàn)象。因此，當(dāng)本發(fā)明的活性高嶺土粉末與砂漿或水泥一起使用時可以產(chǎn)生優(yōu)良的穩(wěn)定效應(yīng)。這被認為是因為活性高嶺土粉末填充水泥顆粒的孔隙或降低孔隙尺寸，以及是因為活性高嶺土粉末提高水泥漿和集料的表面并因此提高砂漿或水泥的鍵合力的結(jié)果。
活性高嶺土粉末物料是由天然高嶺土制備的?；钚愿邘X土粉末物料是這樣制備的，即在至多1小時內(nèi)將天然高嶺土加熱到480℃，通過加熱到980℃至少1小時以上從而在高溫下煅燒加熱的高嶺土，使用水或空氣急冷煅燒的高嶺土，和將急冷的高嶺土粉化以使顆粒尺寸為2μm或更小。
附圖1是表示在制備本發(fā)明的活性高嶺土粉末物料的過程中溫度與加熱和煅燒時間的關(guān)系的示意圖。
正如附圖1所示的一樣，將在環(huán)境溫度下干燥的天然高嶺土加熱到480℃。考慮到熱效率和能量消耗優(yōu)選是在1小時內(nèi)加熱該天然高嶺土。
將加熱的高嶺土通過緩慢加熱煅燒至980℃。在該煅燒步驟中，優(yōu)選是在至少1小時上煅燒加熱的高嶺土以便均勻地煅燒高嶺土的內(nèi)部。為了活性高嶺土粉末物料的優(yōu)良的物理性能，煅燒步驟應(yīng)該進行1小時或更多。然而，應(yīng)該考慮熱效率和所使用的能量。在該煅燒步驟中，溫度應(yīng)該低于980℃，因為在高于980℃的溫度下物理性能將受到不利影響。
使用水或空氣急冷煅燒的高嶺土。使用水的急冷步驟與使用空氣的步驟相比在成本方面更有效。通過急冷步驟，高嶺土處于在其中保留結(jié)晶能的活性狀態(tài)。
急冷的高嶺土被粉化成粉末形式以使顆粒尺寸為2μm或更小。優(yōu)選使用大約1μm的高嶺土顆粒。粉化的高嶺土粉末的比重大約是1.5～3.0。
在制備砂漿或混凝土中活性高嶺土粉末物料的用量大約是水泥重量的5～15％。優(yōu)選的是活性高嶺土粉末物料的使用量大約是水泥重量的10％。
活性高嶺土粉末物料用于制備具有優(yōu)良的強度和透水性的并可以以經(jīng)濟的成本制備的砂漿或混凝土。
參照下面的目的在于說明的實施例可以較好地理解本發(fā)明，但該實施例并不是對本發(fā)明范圍的限制，本發(fā)明的范圍限定在后面所附的權(quán)利要求書中。
實施例活性高嶺土粉末的制備在加熱爐中在40分鐘內(nèi)將500克在環(huán)境溫度下干燥的天然高嶺土加熱到480℃。加熱的高嶺土在90分鐘內(nèi)被煅燒到980℃。使用水急冷煅燒的高嶺土以制備活性高嶺土化合物。使用粉化劑粉化活性高嶺土粉末。得到平均顆粒尺寸為1.2μm和比重為2.55的活性高嶺土粉末。
活性高嶺土和天然高嶺土的分析對上述的活性高嶺土和天然高嶺土進行高嶺土與堿溶液的反應(yīng)試驗和X射線衍射圖分析。(1)高嶺土與Ca(OH)2溶液和酚酞溶液的反應(yīng)試驗在Ca(OH)2的飽和溶液中加入活性高嶺土，用酚酞溶液的顯示劑試驗?；钚愿邘X土與Ca(OH)2反應(yīng)。因為Ca(OH)2已不再在該溶液中存在，所以通過酚酞溶液反應(yīng)的該溶液呈白色。
在Ca(OH)2的飽和溶液中加入未活化的高嶺土，用酚酞溶液的顯示劑試驗。未活化的高嶺土與Ca(OH)2紅色。
從這些反應(yīng)試驗中，可以認為本發(fā)明的高嶺土被活化。(2)X射線的衍射分析將未活化(天然)的高嶺土和本發(fā)明的活化高嶺土粉末的進行X射線的衍射分析。附圖2是表示未活化的高嶺土粉末(天然高嶺土粉末)的X射線衍射圖和附圖3是表示本發(fā)明的活性高嶺土粉末的X射線衍射圖。由X射線衍射圖知道活性高嶺土處于非結(jié)晶的游離狀態(tài)，其將顯示出潛在的水硬性能力。砂漿試樣的制備將上述制備的活性高嶺土粉末、水泥、砂和增塑劑混合得到砂漿。砂漿的組成描述在下面的實施例和對比實施例中。水泥的比表面積是3200且比重是3.28，砂子的比重是2.61和細度模量是2.71。增塑劑是比重為1.25的萘化合物。
實施例1將450克水泥、50克活性高嶺土、1,500克砂、250克水和5克增塑劑混合在一起。由該混合物制備40×40×160mm的砂漿試樣。在3合1模子中濕養(yǎng)護(wet-cured)該試樣24小時，且水養(yǎng)護(water-cured)28天。制備三個試樣(試樣I、II和III)。
對比實施例1制備常規(guī)的砂漿。將500克水泥、1,500克砂、250克水和5克增塑劑混合在一起。由該混合物制備40×40×160mm的砂漿試樣。在3合1模子中濕養(yǎng)護該試樣24小時，且水養(yǎng)護28天。制備三個試樣(試樣I、II和III)。
對比實施例2同實施例1一樣進行對比實施例2，但是使用50克未活化的高嶺土代替50克活性高嶺土。制備三個試樣(試樣I、II和III)。
物理性能的測定測定實施例1和對比實施例1和2的試樣的抗彎強度、抗壓強度和透水性。
(1)抗彎強度根據(jù)韓國工業(yè)標(biāo)準(zhǔn)KSL5105測定抗彎強度。點的距離是100mm和施加的力是5千克力/秒。試樣的強度列于表1中。
表1單位千克/平方厘米試樣I試樣II試樣III平均實施例1 85.6 89.1 86.6 87.1對比實施例1 75.8 76.4 75.3 75.8對比實施例2 55.4 53.1 56.7 55.1正如表1中所示的那樣，本發(fā)明的砂漿(實施例1)在抗彎強度上比常規(guī)砂漿(對比實施例1)提高14.9％。使用未活化高嶺土的砂漿(對比實施例2)在抗彎強度上比常規(guī)砂漿(對比實施例1)下降27.3％。
(2)抗壓強度根據(jù)KSL5105測定抗壓強度。施加的力是80千克力/秒。在測定抗彎強度之后，每個實施例測定6個試樣。試樣的抗壓強度列于表2中。
表2單位千克/平方厘米
正如表2中所示的那樣，本發(fā)明的砂漿(實施例1)在抗壓強度上比常規(guī)砂漿(對比實施例1)提高25.8％。使用未活化高嶺土的砂漿(對比實施例2)在抗壓強度上比常規(guī)砂漿(對比實施例2)下降8.9％。
(3)透水性的試驗在該透水試驗中，使用氯化鈉溶液測定氯離子滲透的滲透面積。根據(jù)日本混凝土協(xié)會(JCI)的使用方法進行該試驗。在20℃下將40×40×160mm的試樣浸入在2.5％的氯化鈉溶液中7天。將該試樣分割為兩部分。在分割的表面上，噴灑0.1％的氟酸鈉溶液中和0.1N的硝酸銀溶液。分割表面上的發(fā)熒光的部分被認為是滲透面積。附圖4是用于試驗根據(jù)本發(fā)明制備的砂漿試樣的透水性的試樣的剖視圖。使用環(huán)氧樹脂涂覆上表面和下表面以便使氯離子不能滲透。因此，氯離子通過側(cè)表面滲入到試樣的內(nèi)部。在位置A～F上測定試樣表面的深度。在各位置上的試樣面積的深度列于表3中。
表3單位毫米
正如表3中所示的那樣，本發(fā)明的砂漿(實施例1)在滲透表面的深度上比常規(guī)砂漿(對比實施例1)下降35.8％。使用未活化高嶺土的砂漿(對比實施例2)在滲透表面的深度上比常規(guī)砂漿(對比實施例1)提高3.4％。由透水性試驗已知，由于優(yōu)良的透水性，使用根據(jù)本發(fā)明制備的活性高嶺土粉末的砂漿或水泥可以有效地防止雜質(zhì)例如氯離子。
從上述內(nèi)容可以明顯地看出只要不偏離本發(fā)明宗旨和范圍進行許多改進和變化是可能的。
權(quán)利要求
1.一種制備與水泥混合的活性高嶺土粉末物料的方法，其包括將天然高嶺土加熱到480℃；通過加熱到980℃至少1小時以上從而在高溫下煅燒加熱的高嶺土；急冷煅燒的高嶺土；和粉化急冷的高嶺土以使顆粒尺寸為2μm或更小。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的制備活性高嶺土粉末物料的方法，其中加熱步驟在1小時內(nèi)進行。
3.根據(jù)權(quán)利要求1的制備活性高嶺土粉末物料的方法，其中使用水或空氣進行急冷步驟。
4.根據(jù)權(quán)利要求1的制備活性高嶺土粉末物料的方法，其中粉化的高嶺土粉末的顆粒尺寸是大約0.5～1.5μm。
5.一種與水泥混合制備砂漿或混凝土的活性高嶺土粉末物料，顆粒尺寸是2μm或更小和比重大約是1.5～3.0，其是這樣制備的，即將天然高嶺土加熱到480℃，通過加熱到980℃至少1小時以上從而在高溫下煅燒加熱的高嶺土，急冷煅燒的高嶺土和粉化急冷的高嶺土。
6.一種制備砂漿或混凝土的水泥混合物，其包括水泥和一種顆粒尺寸是2μm或更小和比重大約是1.5～3.0的活性高嶺土粉末物料，該活性高嶺土粉末物料是這樣制備的，即將天然高嶺土加熱到480℃，通過加熱到980℃至少1小時以上從而在高溫下煅燒加熱的高嶺土，且急冷煅燒的高嶺土和粉化急冷的高嶺土，其中活性高嶺土粉末物料的使用量大約是水泥重量的5～15％。
全文摘要
活性高嶺土粉末物料是由天然存在的高嶺土(以下稱為“天然高嶺土”)制備的。該活性高嶺土粉末粉料是這樣制備的,即在至多1小時內(nèi)將天然高嶺土加熱到480℃,通過加熱到980℃至少1小時以上從而在高溫下煅燒加熱的高嶺土,使用水或空氣急冷煅燒的高嶺土,和粉化急冷的高嶺土以使顆粒尺寸為2μm或更小。在制備砂漿或水泥時活性高嶺土化合物的使用量大約是水泥重量的5～15重量%。包含活性高嶺土粉末物料的水泥組合物可以提供一種在抗壓強度、抗彎強度和透水性方面具有優(yōu)良性能的砂漿或混凝土。
文檔編號C04B18/02GK1184777SQ9712055
公開日1998年6月17日 申請日期1997年9月9日 優(yōu)先權(quán)日1996年9月9日
發(fā)明者金文漢, 黃惠株, 黃正夏, 車熙成, 金光春, 李鐘國 申請人:金文漢, 郭正煥