超細(xì)粉體在復(fù)合材料中的功能作用及加工技術(shù)

超細(xì)粉體一般指小于10um的顆粒集合體，是某些天然礦物和人造礦物的主要利用形式。礦物超細(xì)粉體作為復(fù)合材料的組成部分，具有明顯改善材料各種性能的功能作用，同時(shí)還使材料的加工成本降低，價(jià)值提高，加工過程易于進(jìn)行。多年來,隨著粉體工程和礦物加工技術(shù)的日益進(jìn)步，各類復(fù)合材料用的功能性礦物粉體不斷研制成功和投入生產(chǎn)使用，為高新技術(shù)和新功能材料的發(fā)展起到了不可替代的作用。另外，礦物超細(xì)粉體的使用，還提高了礦產(chǎn)資源和工業(yè)廢料的綜合利用價(jià)值。

　　超細(xì)粉體在復(fù)合材料中的作用，即使用功能既取決于礦物的自身性質(zhì)，也取決于礦物原料加工后的改進(jìn)。除超細(xì)粉碎外，表面處理和原料間的復(fù)合也往往是其產(chǎn)生功能作用的重要途徑。

　　礦物超細(xì)粉體在各類復(fù)合材料中的作用可簡單表述為降低成本、改進(jìn)功能和改善制品加工工藝三大作用。不過,由于不同復(fù)合材料間性質(zhì)的差異,礦物超細(xì)粉體的作用無疑也具有明顯差異與不同側(cè)重，因而，對(duì)其質(zhì)量要求和相應(yīng)的加工手段也往往有所差別。

　　超細(xì)粉體的功能作用及產(chǎn)生原因

　　高性能混凝土（HPC）是具有高強(qiáng)度、高抗?jié)B性、高工作性和體積穩(wěn)定性的優(yōu)異混凝土，它是混凝土技術(shù)進(jìn)入高科技時(shí)代的產(chǎn)物。其中，作為活性礦物摻合料的超細(xì)粉與降低混凝土水灰比的高性能減水劑一起被認(rèn)為是混凝土達(dá)到高性能的最重要的技術(shù)手段。

　　根據(jù)HPC的理論研究，混凝土為了達(dá)到高強(qiáng)度與高耐久性，必須具有足夠的抗?jié)B性，必須改善水泥石與骨料之間的界面結(jié)構(gòu)以達(dá)到整體增強(qiáng)。礦物超細(xì)粉的加入，正是通過達(dá)到這些目的而起到功能作用的。

　　礦物超細(xì)粉在HPC中的功能作用可表述為活性效應(yīng)和微顆粒效應(yīng)兩種機(jī)理?；钚孕?yīng)是指超細(xì)粉參與和促進(jìn)HPC增強(qiáng)反應(yīng)所體現(xiàn)出的作用；微顆粒效應(yīng)則指借助顆粒的物理性質(zhì)改善HPC的某些結(jié)構(gòu)或改善反應(yīng)環(huán)境而起到的增強(qiáng)作用。

　　礦物超細(xì)粉的活性效應(yīng)首先表現(xiàn)為火山灰效應(yīng)，即礦物超細(xì)粉體與水泥水化釋放的Ca（OH）2反應(yīng)，生成水合硅酸鈣，提高水泥石強(qiáng)度。超細(xì)粉體的火山灰效應(yīng)及其程度取決于組成粉體的礦物組分與化學(xué)成分，以活性SiO2為主要成分的硅灰、粉煤灰以及爐渣和天然沸石等，均具有顯著的火山灰效應(yīng)；礦物超細(xì)粉的活性效應(yīng)還表現(xiàn)為它在粉碎等加工過程中因產(chǎn)生機(jī)械力化學(xué)效應(yīng)而體現(xiàn)出的對(duì)反應(yīng)的促進(jìn)。礦物在粉碎，特別是超細(xì)粉碎條件下，伴隨著顆粒的細(xì)化，還通過產(chǎn)晶格缺陷在礦物表面貯存能量生成活性點(diǎn)，因此提高相間反應(yīng)的機(jī)會(huì)與程度。

　　礦物超細(xì)粉在HPC中的微顆粒效應(yīng)表現(xiàn)為填充作用、級(jí)配調(diào)節(jié)作用和調(diào)節(jié)

　　水化產(chǎn)物分布的“晶核作用”。填充作用是由于微細(xì)顆粒的粒徑遠(yuǎn)小于水泥粒子，所以前者可填充在后者的空隙中提高水泥石的密實(shí)度，降低用水量。調(diào)節(jié)級(jí)配作用是指超細(xì)粉體與HPC中其它固體組分存在粒徑上的差異，可改善膠凝材料系統(tǒng)的顆粒粒徑分布，導(dǎo)致系統(tǒng)的顆粒堆積更緊密，更合理。晶核作用是指微顆粒在系統(tǒng)中均勻分散，在水泥水化中起到類似“晶核效應(yīng)”的作用，提高凝膠體形成數(shù)量并使水化產(chǎn)物在整個(gè)界面過渡層內(nèi)分布趨于均勻。研究表明，在HPC中加入超細(xì)沸石粉可提高過濾層中SiO 2/CaO比例和C—S—H相，因而界面結(jié)構(gòu)得到改善，力學(xué)性能得以明顯提高。

　　礦物超細(xì)粉在HPC中的功能作用還包括抵抗硫酸鹽和各種離子侵蝕的耐久性作用。某些粉體（水淬礦渣和磷渣等）還具有減水效應(yīng)。