混凝土是应用最为广泛的建筑材料之一，每年会消耗掉大量的水泥，年中国的水泥产量为24×t.生产水泥会消耗大量的原材料和能源，且每生产1t水泥大约会向大气中排放0.8t二氧化碳，生产过程中产生的二氧化碳、氮氧化物和硫氧化物会造成温室效应和酸雨，引起严重的环境污染.为了减少水泥工业对环境的影响，可用偏高岭土或其他矿物掺和料来代替一部分水泥，以生产水泥基材料.偏高岭土和水泥水化产物氢氧化钙发生二次水化，形成改良的浆体微结构，可用于制备高性能的水泥基复合材料。

1材料制备

1.1原材料

水泥采用江南小野田生产的P·Ⅱ52.5R硅酸盐水泥.超细粉煤灰采用南京热电厂生产的Ⅰ级超细粉煤灰。偏高岭土由湖南超牌公司提供，颗粒形貌和粒径分布见图1.硅灰由埃肯公司提供。水泥、粉煤灰、硅灰和偏高岭土的化学组成见表1.细集料采用最大粒径为2.36mm的普通河砂，细度模数为2.26连续级配.外加剂采用西卡公司生产的聚羧酸系高效减水剂，减水率为40%。

1.2配合比

以流动度相同为标准，进行偏高岭土和硅灰火山灰活性指数试验，配合比见表2，研究了偏高岭土掺量w(偏高岭土)=0%，6%，10%，14%时高性能砂浆的性能，配合比见表3。

1.3试验方法

1.3.1成型工艺

成型过程中先将称量好的胶凝材料和河砂缓慢搅拌5min，然后加入水和减水剂，继续搅拌。当混合料进入黏流状态后快速搅拌3min，振动成型，标准养护(温度为(20±2)℃，湿度大于95%)1d后拆模。

1.3.2流动度

按照《水泥胶砂流动度测定方法》(GB/T—)中的规定，将拌和好的水泥胶砂分2层迅速装入模内，开动跳桌跳动25次.跳动完毕后，用卡尺测量胶砂底面互相垂直的2个方向的直径，计算得到的平均值即为流动度。

1.3.3同步热分析

将相应龄期的样品在无水乙醇中浸泡3d取出，干燥、研磨后过80μm方孔筛待测.试验采用德国耐驰公司STAC型综合热分析仪(TG-DSC)，温度选取为20～℃，升温速率为10℃/min。制样过程中样品碳化会消耗掉一部分氢氧化钙，故残余氢氧化钙的质量应考虑到碳化的部分。设氢氧化钙残余质量分数为X，考虑到偏高岭土或硅灰与氢氧化钙的质量比为1∶1，故可设活性指数n=-2X.

1.3.4力学性能测试

参照《水泥胶砂强度检验方法(ISO法)》进行砂浆抗折强度和抗压强度的测试和试验结果评定.

1.3.5电通量测试

将试件切割成直径为(±1)mm、高度为(50±2)mm的圆柱体试件，每组3个试件.试件真空饱水完毕后需继续泡在水中。安装、密封试件后进行测试。将3个试件于(60±0.1)V的直流恒电压下通电6h，其间通过试件的电荷量平均值即为电通量.

1.3.6SEM分析

SEM分析所用仪器为Sirion场发射扫描电镜.样品制备过程如下:取尺寸为8mm×8mm×5mm的样品，在无水酒精溶液中浸泡3d后取出，于(60±2)℃下干燥48h，然后将样品表面喷金以待测试。

2试验结果及讨论

2.1偏高岭土活性

高岭土在～℃下煅烧脱羟基后生成结晶度较低的偏高岭土.不同地域的高岭土化学组成不同，其最佳煅烧温度也不相同.研究表明，℃下煅烧3h或℃煅烧2h是较为合适的选择.高岭土高温脱羟基生成偏高岭土的反应方程式为：

Al2O3·2SiO2·2H2O(s)→Al2O3·2SiO2(s)+2H2O(g)

偏高岭土的活性成分主要为SiO2和Al2O3。由图3(a)可知，偏高岭土和氢氧化钙反应有絮凝状物质和板状晶体生成.文献指出，常温下偏高岭土与氢氧化钙反应生成C-S-H凝胶、C4AH13晶体和C2ASH8晶体。铁合金在冶炼硅铁和工业硅(金属硅)时，矿热电炉内产生大量挥发性强SiO2和Si气体，气体排放后与空气迅速氧化冷凝沉淀便生成了硅灰，其成分大部分为活性SiO2，与氢氧化钙反应主要生成C-S-H凝胶(见图3(b))。

采用TG-DSC方法分析了反应龄期T=3，7，28，56d时偏高岭土和硅灰的火山灰反应活性指数.图4给出了T=7，28d时的差示扫描量热分析图。由图可知，7d龄期的偏高岭土和硅灰样品中均有氢氧化钙残余;28d龄期的偏高岭土试样中氢氧化钙基本全部反应，硅灰样品中仍有氢氧化钙剩余.偏高岭土试样在℃以下的质量损失大于硅灰，这是因为偏高岭土与氢氧化钙的反应产物除了C-S-H凝胶外，还有C4AH13和C2ASH8晶体。

偏高岭土和硅灰的火山灰活性指数见表4.由表可知，T=3d时两者的反应活性指数较低;T=56d时其火山灰活性指数接近；T=7，28d时偏高岭土的火山灰活性指数较硅灰分别高出14.3和22.6。说明偏高岭土的反应活性指数明显高于硅灰。

2.2偏高岭土掺量对流动度的影响

不同偏高岭土掺量对砂浆流动度的影响见图5，由图可知，新拌砂浆的流动度随着偏高岭土掺量的增加而降低.硅灰、粉煤灰是具有光滑表面的球形颗粒;而偏高岭土的颗粒形状不规则，从而导致其不具备粉煤灰和硅灰所具有的微滚珠效应，相反会因为增大胶凝材料之间的摩擦力而降低流动度.这与文献中偏高岭土的掺入会降低流动性能的试验结果一致.

2.3偏高岭土掺量对力学性能的影响

2.3.1抗折强度

不同偏高岭土掺量对水泥砂浆抗折强度的影响见图6.由图可知，掺入偏高岭土后砂浆的抗折强明显降低;90d龄期时，w(偏高岭土)=10%时的砂浆抗折强度较w(偏高岭土)=6%，14%时高，其抗折强度为16.66MPa.这与文献中结果相似;但与文献不同，原因在于试验中水胶比和偏高岭土的化学组分不同。

2.3.2抗压强度

不同偏高岭土掺量对砂浆抗压强度的影响见图7。由图可知，当T=7d时，w(偏高岭土)=6%，10%的砂浆抗压强度较w(偏高岭土)=0%时低，这主要是因为7d龄期内偏高岭土的火山灰活性没有充分发挥，且水泥用量减少导致砂浆密实度降低;w(偏高岭土)=14%时的砂浆抗压强度最高，这是因为此时偏高岭土的微集料填充效应使得砂浆的密实度较高.T≥28d时，偏高岭土的火山灰活性得到了充分的激发，导致水泥基复合材料的抗压强度有较大提升;w(偏高岭土)=10%时的砂浆抗压强度最大90d龄期可达96.3MPa.这与文献中的研究结果不一致，可能是由于偏高岭土性质和配合比不同导致的。

2.4偏高岭土掺量对电通量的影响

不同偏高岭土掺量对电通量的影响见图8。由图可知，56d龄期时不同配比的砂浆试件电通量都较低;MK0，MK6，MK10，MK14的电通量分别为，，，C;MK6和MK10比基准组高，MK14比基准组低.文献中指出，w(偏高岭土)=0%，5%，10%，15%时，混凝土氯离子扩散系数分别为1.29×10-12，4.71×10-12，3.31×10-12，1.23×10-12，试验结果趋势和本文试验结果一致，即随着偏高岭土掺量的增大，水泥基复合材料的抗氯离子渗透性能先降低后升高。

3结论

1)偏高岭土的火山灰活性高于硅灰.

2)偏高岭土颗粒形貌的不规则性降低了新拌砂浆的流动度.

3)偏高岭土的掺入导致砂浆的抗折强度降低.90d养护龄期时掺入10%偏高岭土的砂浆抗折强度高于掺入6%和14%偏高岭土的砂浆抗折强度.掺入10%偏高岭土的砂浆的后期抗压强度最高90d养护龄期时可达96.3MPa。

4)56d龄期时掺入0%，6%，10%，14%偏高岭土的砂浆试件的氯离子渗透性都较低，电通量分别为，，，C。