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1、第6期矿产保护与利用.61998年12月CONSERVATIONANDUTILIZATIONOFMINERALRESOURCESDec.1998非金属矿开发利用超细粉体在复合材料中的功能作用及加工技术丁浩(清华大学土木工程系,北京,100084)摘要矿物超细粉体作为高性能混凝土、塑料、纸张等复合材料的填充组分,具有降低成本、改善制品性能的作用。论述了矿物超细粉体的功能作用及产生原因和超细粉碎、表面改性技术。关键词矿物超细粉体功能作用高性能混凝土塑料纸张超细粉碎表面改性超细粉体一般指小于10m的颗粒集合别。[1]体,是某些天然矿物和人造矿物的主要利1超细粉体
2、的功能作用及产生原因用形式。矿物超细粉体作为复合材料的组分,具有明显改善材料各种性能的功能作用,1.1高性能混凝土中使用的矿物超细粉体同时还使材料的加工成本降低,价值提高,加高性能混凝土(HPC)是具有高强度、高工过程易于进行。多年来,随着粉体工程和抗渗性、高工作性和体积稳定性的优异混凝矿物加工技术的日益进步,各类复合材料用土,它是混凝土技术进入高科技时代的产物。的功能性矿物粉体不断研制成功和投入生产其中,作为活性矿物掺合料的超细粉与降低使用,为高新技术和新功能材料的发展起到混凝土水灰比的高性能减水剂一起被认为是[4]了不可替代的作用。另外,矿物超细粉体的混凝土达到高性能的最重的技术手
3、段。使用,还提高了矿产资源和工业废料的综合根据HPC的理论研究,混凝土为了达到利用价值。高强度与高耐久性,必须具有足够的抗渗性,超细粉体在复合材料中的作用,即使用必须改善水泥石与骨料之间的界面结构以达[4]功能既取决于矿物的自身性质,也取决于矿到整体增强。矿物超细粉的加入,正是通[2]物原料加工后的改进。除超细粉碎外,表过达到这些目的而起到功能作用的。面处理和原料间的复合也往往是其产生功能矿物超细粉在HPC中的功能作用可表作用的重要途径。述为活性效应和微颗粒效应两种机理。活性矿物超细粉体在各类复合材料中的作用效应是指超细粉参与和促进HPC增强反应可简单表述为降低成本、改进功能和改善制所体
4、现出的作用;微颗粒效应则指借助颗粒[3]品加工工艺三大作用。不过,由于不同复的物理性质改善HPC的某些结构或改善反合材料间性质的差异,矿物超细粉体的作用应环境而起到的增强作用。无疑也具有明显差异与不同侧重,因而,对其矿物超细粉的活性效应首先表现为火山质量要求和相应的加工手段也往往有所差灰效应,即矿物超细粉体与水泥水化释放的收稿日期:19980619丁浩,清华大学土木工程系建筑材料专业博士后第6期丁浩:超细粉体在复合材料中的功能作用及加工技术∀15∀Ca(OH)2反应,生成水合硅酸钙,提高水泥石矿物粉体在塑料制品中的功能作用体现[5]在以下四方面:改善制品的热性能(
5、提高导热强度。超细粉体的火山灰效应及其程度取决于组成粉体的矿物组分与化学成分,以系数,降低热膨胀性等)、光性能、刚性和耐磨活性SiO2为主要成分的硅灰、粉煤灰以及炉性等;提高塑料制品的化学稳定性;改善(或渣和天然沸石等,均具有显著的火山灰效不降低)塑料制品的力学性能;改善制品的加[6~8]工性,如提高熔体流动速率等[3]。应;矿物超细粉的活性效应还表现为它在粉碎等加工过程中因产生机械力化学效应矿物粉体改善制品热性能、光性能、刚性而体现出的对反应的促进。矿物在粉碎,特和耐磨性等作用取决于矿物的自身性质,如[3]别是超细粉碎条件下,伴随着颗粒的细化,还密度、硬度、白度、光性和吸油性等;提高通
6、过产生晶格缺陷在矿物表面贮存能量生成塑料制品化学稳定性的作用与矿物化学成分活性点,因此提高相间反应的机会与程和晶体结构有关,如在PVC树脂中,不宜加[5]含铁离子的矿物粉体,否则会造成树脂解聚,度。矿物超细粉在HPC中的微颗粒效应表结构破坏。矿物粉体的这两种功能作用是矿现为填充作用、级配调节作用和调节水化产物自身性质决定的。[4、5]矿物粉体改善制品力学性能的功能作用物分布的晶核作用!。填充作用是由于微细颗粒的粒径远小于水泥粒子,所以前者主要是其加工后获得的,导致因素主要有:外可填充在后者的空隙中提高水泥石的密实观形状、粒度(包括粒度分布)和表面性[10~12]度,降低用水量。调节级配作
7、用是指超细粉质。体与HPC中其它固体组分存在粒径上的差粉体颗粒的外观形状对填充塑料制品的异,可改善胶凝材料系统的颗粒粒径分布,导力学性能有很大影响,不同形状矿物对制品致系统的颗粒堆积更紧密,更合理。晶核作的补强作用顺序依次为:纤维状>片状>粒用是指微颗粒在系统中均匀分散,在水泥水状,块状>立方体>圆柱体,即长径比越大,化中起到类似晶核效应!的作用,提高凝胶补强作用越好。矿物颗粒的外观形状取决于体形成数量并使水化产物在整个界面过渡层矿
