定义偏高岭土(metakaolin ,简称MK) 是以高岭土(Al2O3·2SiO2·2H2O ,AS2H2) 为原料,在适当温度下(600～900 ℃) 经脱水形成的无水硅酸铝(Al2O3 · 2SiO2 ,AS2) 。高岭土属于层状硅酸盐结构,层与层之间由范德华键结合,OH- 离子在其中结合得较牢固。高岭土在空气中受热时,会发生几次结构变化, 加热到大约600 ℃时,高岭土的层状结构因脱水而破坏,形成结晶度很差的过渡相———偏高岭土。由于偏高岭土的分子排列是不规则的,呈现热力学介稳状态,在适当激发下具有胶凝性。
反应机理偏高岭土是一种高活性的人工火山灰材料,可与Ca (OH) 2 (CH) 和水发生火山灰反应,生成与水泥类似的水化产物。利用这一特点,在用作水泥的掺合料时,与水泥水化过程中产生的CH 反应,可改善水泥的某些性能。偏高岭土用作混凝土矿物掺合料时,主要是AS2 、CH 与水的反应,随AS2/ CH 的比率及反应温度的不同,会生成不同的水化产物,包括托勃莫来石(CSH - Ⅰ) 、水化钙铝黄长石(C2ASH8) 、水化铝酸四钙(C4AH13) 和水化铝酸三钙(C3AH6) [1 ] 。不同AS2/ CH 比率下的反应式如下:
AS2/ CH= 0. 5 , AS2 + 6CH+ 9H→C4AH13 + 2CSH (1)
AS2/ CH= 0. 6 , AS2 + 5CH+ 3H→C3AH6 + 2CSH (2)
AS2/ CH= 1. 0 , AS2 + 3CH+ 6H→C2ASH8 + CSH (3)
处于介稳状态的偏高岭土无定形硅铝化合物, 经碱性或硫酸盐等激活剂及促硬剂的作用,硅铝化合物由解聚到再聚合后,会形成类似于地壳中一些天然矿物的铝硅酸盐网络状结构。其在成型反应过程中由水作传质介质及反应媒介,最终产物不像传统的水泥那样以范德华键和氢键为主,而是以离子键和共价键为主、范德华键为辅,因而具有更优越的性能。根据这一矿物特征,作者称这种经激发得到的类似于水泥的产物为麦特林水泥(Metakaolin Cement) 。该水泥具有早期强度高的特点,20 ℃养护4 h 的抗压强度达15～20 MPa ,而且具有较强的耐腐蚀性和良好的耐久性,在5 %酸性条件下,其强度损失仅为硅酸盐水泥的1/ 13 。
