专利名称：与水泥混合的活性高岭土粉末物料及其制备方法
技术领域：
本发明涉及一种与水泥混合的高岭土粉末物料。更确切地说，本发明涉及一种与水泥混合以便形成在强度、透水性等方面具有好的物理性能的砂浆或混凝土的活性高岭土粉末物料。本发明还涉及一种制备该活性高岭土粉末物料的方法。
使用水泥的砂浆或混凝土通常需要优良的强度和透水性。为了制备在强度、透水性等方面具有优良的物理性能的砂浆或混凝土已经进行了许多不同的研究。出于这种目的，在水泥领域和与水泥一起使用的其它混合组份的领域中，继续进行了许多研究。作为混合组份之一的硅灰(silica fume)与水泥一起使用时，硅灰被用于制备在强度、透水性等方面具有优良的物理性能的砂浆或混凝土。然而，硅灰特别昂贵，目前不能广泛地使用。
因此，本发明者研制出一种与水泥一起使用的活性高岭土粉末物料，这样由该水泥和活性高岭土粉末的组合物制备的砂浆或混凝土在强度、透水性方面显示出好的物理性能。高岭土是天然埋在地底下的，与硅灰相比能够以非常低的成本得到。
本发明的目的是提供一种可以与水泥一起使用的活性高岭土粉末物料。
本发明的另一目的是当活性高岭土粉末物料与水泥一起使用时，提供一种制备在强度、透水性方面具有好的物理性能的砂浆或混凝土的活性高岭土粉末物料。
本发明的又一目的是提供一种由天然存在的高岭土制备活性高岭土粉末物料的方法。
本发明再一个目的在于提供一种具有优良的强度和透水性的砂浆或混凝土，其是通过使用本发明的成本较低的活性高岭土粉末物料制备的。
本发明的上述和其它的目的将通过下面的描述实现。
该活性高岭土粉末物料是由天然存在的高岭土(以下称为“天然高岭土”)制备的。该活性高岭土粉末物料是这样制备的，即在至多1小时内将天然高岭土加热到480℃，通过加热到980℃至少1小时以上从而在高温下煅烧加热的高岭土，使用水或空气急冷煅烧的高岭土，并粉化急冷的高岭土以使颗粒尺寸为2μm或更小。
在制备砂浆或水泥时活性高岭土粉末物料的使用量是水泥重量的约5～15％。
包含活性高岭土粉末物料的水泥组合物可以提供一种在抗压强度、抗弯强度和透水性方面具有优良性能的砂浆或混凝土。
附图的简要描述当结合附图阅读时参考下面详细描述的本发明优选的实施方案将更充分地理解本发明。
附
图1是表示在制备本发明的活性高岭土粉末物料的过程中温度与加热和煅烧时间的关系的示意图；附图2是表示未活化的高岭土粉末(天然高岭土粉末)的X射线衍射图；附图3是表示本发明的活性高岭土粉末的X射线衍射图；附图4是用于试验根据本发明制备的砂浆透水性的砂浆试样剖视图。
本发明使用大量埋在地下的天然高岭土。在本发明中天然高岭土被活化以便与水泥混合使用。天然高岭土已经被用于制备陶器、瓷器、陶瓷等。在本发明中，活性高岭土粉末由天然高岭土演变而来，其可以用作砂浆或混凝土的复合材料之一。活性高岭土粉末是这样制备的，即加热天然高岭土至一定的温度，在高温下煅烧加热的高岭土，用水或空气急冷煅烧的高岭土和将急冷的高岭土粉化成粉末形式。
矿物化合物的活化通常是指一种状态，在该状态中，当能量施加在矿物化合物上然后急冷该矿物急冷时大量结晶能量保留在矿物化合物的分子结构中，以及在该状态中当在该矿物化合物上施加外力时由于保留的结晶能量造成矿物化合物处于具有强化学键合能力的游离状态中。
当在高温下煅烧天然高岭土并急冷时，高岭土在分子结构中保留了大量的结晶能量并具有潜在的水硬性(latent hydraulicity)，因为高岭土分子处于游离状态。也就是说，虽然活性高岭土具有高的反应活性并且与水接触时不会造成水化，但是高岭土在一定条件下例如在碱性状态下表面出明显的水硬性。这种水硬性被称为“潜在水硬性”。本发明将提供一种通过活化具有潜在水硬性的天然高岭土和在一定条件例如在砂浆或在混凝土中引起活性高岭土的水化和火山灰反应的机理。
本发明的活性高岭土和来自于水泥的Ca(OH)2引起火山灰反应，而且使用该活性高岭土的砂浆或混凝土由于潜在的水硬性具有优良的强度和透水性。
当在砂浆或混凝土中加入细颗粒组份时可以改善泌水(bleeding)或离析现象，这被称为“稳定效应”。在本发明中，活性高岭土粉末引起稳定效应。当在砂浆或混凝土中加入活性高岭土粉末时，可以减少组合物的泌水和离析现象。因此，当本发明的活性高岭土粉末与砂浆或水泥一起使用时可以产生优良的稳定效应。这被认为是因为活性高岭土粉末填充水泥颗粒的孔隙或降低孔隙尺寸，以及是因为活性高岭土粉末提高水泥浆和集料的表面并因此提高砂浆或水泥的键合力的结果。
活性高岭土粉末物料是由天然高岭土制备的。活性高岭土粉末物料是这样制备的，即在至多1小时内将天然高岭土加热到480℃，通过加热到980℃至少1小时以上从而在高温下煅烧加热的高岭土，使用水或空气急冷煅烧的高岭土，和将急冷的高岭土粉化以使颗粒尺寸为2μm或更小。
附图1是表示在制备本发明的活性高岭土粉末物料的过程中温度与加热和煅烧时间的关系的示意图。
正如附图1所示的一样，将在环境温度下干燥的天然高岭土加热到480℃。考虑到热效率和能量消耗优选是在1小时内加热该天然高岭土。
将加热的高岭土通过缓慢加热煅烧至980℃。在该煅烧步骤中，优选是在至少1小时上煅烧加热的高岭土以便均匀地煅烧高岭土的内部。为了活性高岭土粉末物料的优良的物理性能，煅烧步骤应该进行1小时或更多。然而，应该考虑热效率和所使用的能量。在该煅烧步骤中，温度应该低于980℃，因为在高于980℃的温度下物理性能将受到不利影响。
使用水或空气急冷煅烧的高岭土。使用水的急冷步骤与使用空气的步骤相比在成本方面更有效。通过急冷步骤，高岭土处于在其中保留结晶能的活性状态。
急冷的高岭土被粉化成粉末形式以使颗粒尺寸为2μm或更小。优选使用大约1μm的高岭土颗粒。粉化的高岭土粉末的比重大约是1.5～3.0。
在制备砂浆或混凝土中活性高岭土粉末物料的用量大约是水泥重量的5～15％。优选的是活性高岭土粉末物料的使用量大约是水泥重量的10％。
活性高岭土粉末物料用于制备具有优良的强度和透水性的并可以以经济的成本制备的砂浆或混凝土。
参照下面的目的在于说明的实施例可以较好地理解本发明，但该实施例并不是对本发明范围的限制，本发明的范围限定在后面所附的权利要求书中。
实施例活性高岭土粉末的制备在加热炉中在40分钟内将500克在环境温度下干燥的天然高岭土加热到480℃。加热的高岭土在90分钟内被煅烧到980℃。使用水急冷煅烧的高岭土以制备活性高岭土化合物。使用粉化剂粉化活性高岭土粉末。得到平均颗粒尺寸为1.2μm和比重为2.55的活性高岭土粉末。
活性高岭土和天然高岭土的分析对上述的活性高岭土和天然高岭土进行高岭土与碱溶液的反应试验和X射线衍射图分析。(1)高岭土与Ca(OH)2溶液和酚酞溶液的反应试验在Ca(OH)2的饱和溶液中加入活性高岭土，用酚酞溶液的显示剂试验。活性高岭土与Ca(OH)2反应。因为Ca(OH)2已不再在该溶液中存在，所以通过酚酞溶液反应的该溶液呈白色。
在Ca(OH)2的饱和溶液中加入未活化的高岭土，用酚酞溶液的显示剂试验。未活化的高岭土与Ca(OH)2红色。
从这些反应试验中，可以认为本发明的高岭土被活化。(2)X射线的衍射分析将未活化(天然)的高岭土和本发明的活化高岭土粉末的进行X射线的衍射分析。附图2是表示未活化的高岭土粉末(天然高岭土粉末)的X射线衍射图和附图3是表示本发明的活性高岭土粉末的X射线衍射图。由X射线衍射图知道活性高岭土处于非结晶的游离状态，其将显示出潜在的水硬性能力。砂浆试样的制备将上述制备的活性高岭土粉末、水泥、砂和增塑剂混合得到砂浆。砂浆的组成描述在下面的实施例和对比实施例中。水泥的比表面积是3200且比重是3.28，砂子的比重是2.61和细度模量是2.71。增塑剂是比重为1.25的萘化合物。
实施例1将450克水泥、50克活性高岭土、1,500克砂、250克水和5克增塑剂混合在一起。由该混合物制备40×40×160mm的砂浆试样。在3合1模子中湿养护(wet-cured)该试样24小时，且水养护(water-cured)28天。制备三个试样(试样I、II和III)。
对比实施例1制备常规的砂浆。将500克水泥、1,500克砂、250克水和5克增塑剂混合在一起。由该混合物制备40×40×160mm的砂浆试样。在3合1模子中湿养护该试样24小时，且水养护28天。制备三个试样(试样I、II和III)。
对比实施例2同实施例1一样进行对比实施例2，但是使用50克未活化的高岭土代替50克活性高岭土。制备三个试样(试样I、II和III)。
物理性能的测定测定实施例1和对比实施例1和2的试样的抗弯强度、抗压强度和透水性。
(1)抗弯强度根据韩国工业标准KSL5105测定抗弯强度。点的距离是100mm和施加的力是5千克力/秒。试样的强度列于表1中。
表1单位千克/平方厘米试样I试样II试样III平均实施例1 85.6 89.1 86.6 87.1对比实施例1 75.8 76.4 75.3 75.8对比实施例2 55.4 53.1 56.7 55.1正如表1中所示的那样，本发明的砂浆(实施例1)在抗弯强度上比常规砂浆(对比实施例1)提高14.9％。使用未活化高岭土的砂浆(对比实施例2)在抗弯强度上比常规砂浆(对比实施例1)下降27.3％。
(2)抗压强度根据KSL5105测定抗压强度。施加的力是80千克力/秒。在测定抗弯强度之后，每个实施例测定6个试样。试样的抗压强度列于表2中。
表2单位千克/平方厘米
正如表2中所示的那样，本发明的砂浆(实施例1)在抗压强度上比常规砂浆(对比实施例1)提高25.8％。使用未活化高岭土的砂浆(对比实施例2)在抗压强度上比常规砂浆(对比实施例2)下降8.9％。
(3)透水性的试验在该透水试验中，使用氯化钠溶液测定氯离子渗透的渗透面积。根据日本混凝土协会(JCI)的使用方法进行该试验。在20℃下将40×40×160mm的试样浸入在2.5％的氯化钠溶液中7天。将该试样分割为两部分。在分割的表面上，喷洒0.1％的氟酸钠溶液中和0.1N的硝酸银溶液。分割表面上的发荧光的部分被认为是渗透面积。附图4是用于试验根据本发明制备的砂浆试样的透水性的试样的剖视图。使用环氧树脂涂覆上表面和下表面以便使氯离子不能渗透。因此，氯离子通过侧表面渗入到试样的内部。在位置A～F上测定试样表面的深度。在各位置上的试样面积的深度列于表3中。
表3单位毫米
正如表3中所示的那样，本发明的砂浆(实施例1)在渗透表面的深度上比常规砂浆(对比实施例1)下降35.8％。使用未活化高岭土的砂浆(对比实施例2)在渗透表面的深度上比常规砂浆(对比实施例1)提高3.4％。由透水性试验已知，由于优良的透水性，使用根据本发明制备的活性高岭土粉末的砂浆或水泥可以有效地防止杂质例如氯离子。
从上述内容可以明显地看出只要不偏离本发明宗旨和范围进行许多改进和变化是可能的。
权利要求
1.一种制备与水泥混合的活性高岭土粉末物料的方法，其包括将天然高岭土加热到480℃；通过加热到980℃至少1小时以上从而在高温下煅烧加热的高岭土；急冷煅烧的高岭土；和粉化急冷的高岭土以使颗粒尺寸为2μm或更小。
2.根据权利要求1的制备活性高岭土粉末物料的方法，其中加热步骤在1小时内进行。
3.根据权利要求1的制备活性高岭土粉末物料的方法，其中使用水或空气进行急冷步骤。
4.根据权利要求1的制备活性高岭土粉末物料的方法，其中粉化的高岭土粉末的颗粒尺寸是大约0.5～1.5μm。
5.一种与水泥混合制备砂浆或混凝土的活性高岭土粉末物料，颗粒尺寸是2μm或更小和比重大约是1.5～3.0，其是这样制备的，即将天然高岭土加热到480℃，通过加热到980℃至少1小时以上从而在高温下煅烧加热的高岭土，急冷煅烧的高岭土和粉化急冷的高岭土。
6.一种制备砂浆或混凝土的水泥混合物，其包括水泥和一种颗粒尺寸是2μm或更小和比重大约是1.5～3.0的活性高岭土粉末物料，该活性高岭土粉末物料是这样制备的，即将天然高岭土加热到480℃，通过加热到980℃至少1小时以上从而在高温下煅烧加热的高岭土，且急冷煅烧的高岭土和粉化急冷的高岭土，其中活性高岭土粉末物料的使用量大约是水泥重量的5～15％。
全文摘要
活性高岭土粉末物料是由天然存在的高岭土(以下称为“天然高岭土”)制备的。该活性高岭土粉末粉料是这样制备的,即在至多1小时内将天然高岭土加热到480℃,通过加热到980℃至少1小时以上从而在高温下煅烧加热的高岭土,使用水或空气急冷煅烧的高岭土,和粉化急冷的高岭土以使颗粒尺寸为2μm或更小。在制备砂浆或水泥时活性高岭土化合物的使用量大约是水泥重量的5～15重量%。包含活性高岭土粉末物料的水泥组合物可以提供一种在抗压强度、抗弯强度和透水性方面具有优良性能的砂浆或混凝土。
文档编号C04B18/02GK1184777SQ9712055
公开日1998年6月17日 申请日期1997年9月9日 优先权日1996年9月9日
发明者金文汉, 黄惠株, 黄正夏, 车熙成, 金光春, 李钟国 申请人:金文汉, 郭正焕