膨润土改性胶凝材料在建筑材料中的应用-山东埃尔派粉体科技超微粉碎设备

　　水泥、石灰等传统胶凝材料在生产、施工、性能方面存在许多不足，如生产能耗大、成本高，造成环境压力；施工过程易泌水、离析；硬化后易产生裂缝，且吸湿保温性不良。膨润土是一种常见的工业粘土，属于天然火山灰质材料，其由于独特的矿物结构、结晶化学性质，具有阳离子交换性、膨胀性、触变性、稳定性、可塑性、粘结性、吸附性、分散性。膨润土改性水泥、石灰等胶凝材料在土木工程、岩土工程、水利工程、矿山充填等领域的应用越来越多。

　　膨润土改性胶凝材料应用于建筑材料的研究

　　膨润土制备水泥

　　在水泥被发明之时，人们就懂得在原材料中加入粘土来提高水泥的水化硬化性能，两百年以来，相关学者尝试了用不同种类、不同地区、不同掺量、不同活化方式的粘土来制备水泥。

　　通常情况下，煅烧膨润土具有火山灰活性，可以用来制备水泥，且水泥的强度、耐久性等均符合标准，未经煅烧的膨润土不能作为火山灰质混合材料用于生产水泥。但对于个别未经热处理的膨润土，由于其本身具有微活性，不经煅烧可直接掺入水泥中，但其允许掺量远小于煅烧膨润土。此外，某些煅烧膨润土具有火山灰活性，但其掺入水泥中反而会降低水泥的抗压强度。膨润土种类繁多，在用于制备水泥前应经充分验证。

　　Tironi等对阿根廷两个不同地区的膨润土进行煅烧，通过火山灰性实验、石灰消耗、电导率三种火山灰活性实验，均表明两种煅烧膨润土具有火山灰活性。将两种煅烧膨润土作为活性添加剂替代30%水泥，并分别制备两种砂浆，两种砂浆相同龄期(7d、28d、90d)的抗压强度相差不大，且均较未掺入煅烧膨润土的对照水泥砂浆强度低10%以上。

　　膨润土改性砂浆类材料

　　葡萄牙的土制建筑历史悠久，目前还存在大量土制建筑，但是材料退化已经影响了土制建筑的外饰面。葡萄牙属于伊比利亚半岛，是典型的亚热带地中海气候区，夏季受副热带高气压带控制，导致夏季陆地上炎热干燥，缺乏湿度。而膨润土是一种天然火山灰质矿物材料，成本较低，具有高吸附能力和保水能力，能够在低湿度条件下发挥其火山灰活性。

　　葡萄牙学者Andrejkovicova将膨润土作为石灰砂浆天然添加剂用于修复该国老旧的粘土坯建筑表面。用膨润土替代质量分数为5%的石灰制得膨润土石灰砂浆(BAL)，通过对28d、90d、180d的BAL分别进行X射线衍射(XＲD)分析，均未检测到火山灰产物，但这并不能证明膨润土没有火山灰活性，只能说明膨润土和氢氧化钙之间的反应发展水平比较低。因为，通过扫描电镜(SEM)对28d龄期BAL进行观察，发现有针状硅铝酸钙颗粒形成，并通过X射线能谱分析(EDS)可知，存在Ca、Si、Al、Mg、O等元素，证实针状物为硅铝酸钙。硅铝酸钙产物表明膨润土具有火山灰活性，X射线衍射未分析出火山灰活性产物是由于膨润土和氢氧化钙之间的反应发展水平较低造成的。

　　膨润土改性混凝土类材料

　　在混凝土生产过程中，为节省水泥、减少二氧化碳排放，往往会在混凝土生产过程中加入粉煤灰、高炉矿渣等工业废料作为辅助胶凝材料，进而减少水泥的消耗。

　　早在2009年，巴基斯坦学者Mirza为降低该国的混凝土生产成本，尝试将该国喀拉克地区膨润土掺入普通硅酸盐水泥砂浆或混凝土中，同时研究了膨润土在砂浆和混凝土中的反应活性，并对膨润土在砂浆和混凝土中的最佳替代水平进行耐久性评价。X射线衍射图谱表明，膨润土具有结晶相和非晶相，非晶相成分使膨润土具有火山灰活性。掺入经过150℃煅烧的膨润土的混凝土强度高于掺入未经过煅烧的膨润土的混凝土。掺入膨润土，砂浆的抗硫酸盐侵蚀性得到了持续的改善。随着膨润土取代率由20%提高到40%，混凝土的断裂模量均呈下降趋势，但延性增加，地震时能够耗散能量，利于建筑抗震。结果表明，将膨润土作为水泥的替代品掺入砂浆和混凝土中，降低了成本、能源消耗、温室气体排放，将自然资源的消耗降到最低，同时改善了材料的抗震性能。

　　膨润土制备陶粒等烧结类材料

　　烧结陶粒作为一种轻集料，轻质高强、保温隔热性能好，在轻质混凝土、轻质砖瓦等建材领域、污水过滤方面都有着广泛应用。目前主要采用粉煤灰、页岩、废水污泥等与粘土混合制备陶粒。随着国家大力发展固废利用，部分学者开始研究以金属尾矿材料、废玻璃、珍珠岩、膨润土等制备轻质高强陶粒。

　　鉴于膨润土具有粒度细、粘结性好的特性，常被用作粘结剂或用于调节拌合物的硅铝比，保证了混合料具有足够的塑性制粒。张雪华等以珍珠岩尾矿、高岭土、膨润土和废玻璃为主要原料，制备了轻质高强陶粒。李晓光等以低硅铁尾矿、膨润土及铝矾土制备轻质陶粒，其中，膨润土作为粘结剂、辅助材料。大部分研究是通过正交试验得出材料的预热温度和时间、烧结温度和时间、升温速率等最佳制备条件，并对陶粒堆积密度、吸水率和颗粒强度等结构及性能进行了表征。

　　膨润土改性相变材料和保温材料

　　相变材料是一种储能材料，加热时能够吸热并储存热量，停止加热后又能释放热量。最初用在建筑中的相变材料是作为一种墙体材料来吸收太阳能，后来又将相变材料进行封装用于地板及其他围护结构中，调节建筑温度，改善房屋舒适度并节约能源。膨润土具有吸附能力强，与水泥、砂浆、混凝土具有良好的相容性和化学惰性等优点，另外，丰富的膨润土储量使其成本低廉，故膨润土是生产膨润土基定型复合相变材料的理想基质。

　　Sar 选取癸酸(CA)、聚乙二醇-600(PEG600)、十二烷醇(DD)和十七烷(HD)四种有机相变材料与膨润土复合，开发了四种新型膨润土基定型复合相变材料(Bb-FSPCMs)，由热重分析(图9)可知，四种膨润土基相变材料的耐热性明显高于不含膨润土成分的纯有机相变材料。相变材料的导热系数是影响相变蓄热系统蓄能和释能功率的重要因素之一。由于传统相变材料的导热系数较低，需要更多的时间来储存和释放热能。这就意味着热能存储装置在蓄放热过程中工作的时间更长，也会导致更多的能源消耗，从而增加成本。此外，这一缺点限制了相变蓄热系统在大规模热能存储应用中的有效性。

　　Li等利用预饱和膨润土的富水凝胶具有多尺度的孔隙结构特性，将预饱和膨润土作为孔隙重整剂，在不需要任何增气剂的情况下制备超轻聚苯乙烯(EPS)多孔混凝土，在相同密度下，超轻EPS多孔混凝土的保温性能比普通泡沫混凝土提高了14.31%。

　　来源：刘益良,苏幼坡,殷尧,赵江山,王硕,莫宗云.膨润土改性胶凝材料的研究进展[J].材料导报,2021,35(05):5040-5052。本文由中国非金属矿信息平台编辑整理，转载请注明出处。