天然沸石是一種具有骨架結構的硅鋁酸鹽材料,通常用作水泥混凝土的輔助膠凝材料。2018年,住房和城鄉建設部公布了行業標準“用于水泥和砂漿的天然沸石粉”,規定應將沸石材料用作混凝土的組成部分。并且相關研究人員也通過實驗表明,與沸石粉的混合物具有良好的內聚性,不易滲出和偏析,并且沸石粉混凝土的結構更致密,吸水率和氯離子滲透系數大大降低,電阻率可以顯著上升。另外,有學者通過試驗證明,加入10-20%的沸石粉可有效控制堿-骨料反應引起的有害膨脹,這表明沸石粉混凝土具有較好的耐久性,因此值得推廣與應用。

一、沸石粉可輔助添加于混凝土中

隨著我國建設項目愈來愈多,硅粉、礦渣、粉煤灰等輔助膠凝材料的價格越來越高。沸石粉是通過研磨天然沸石巖石形成的火山灰材料,其具有較大的內部和外部比表面積(35?45m2/g),并且包含大量的活性SiO2和Al2O3,可以從水泥水化中釋放Ca(OH)2。該反應能夠生成更多的CSH凝膠和水合鋁酸鹽,從而可以改善硬化水泥漿的微觀結構,提高建筑強度與質量。

盡管大多數火山灰材料(硅灰,粉煤灰等)為玻璃質或無定形,但具有晶體結構的天然沸石由于也具有火山灰性質,并且其火山灰活性僅次于硅灰,比粉煤灰和礦渣要優質。大量數據表明,沸石粉可以提高混凝土的粘度,從而消除偏析和滲出。通過沸石粉的填充作用和火山灰反應,可以降低混凝土的總孔隙率,并改善水泥漿與骨料之間的界面轉變,大大提高了混凝土的力學性能。

二、試驗過程與結果

實驗中使用的水泥為某水泥廠生產的PII42.5硅酸鹽水泥,其強度在3天和28天分別為29MPa和51MPa。混合物使用由某公司生產的天然沸石粉末(沸石含量超過90%),由某公司生產的硅粉和電廠生產的二次粉煤灰。化學成分和物理性質示于表1和表2。

天然沸石作為混凝土輔助性膠凝材料的效果-國投盛世

天然沸石作為混凝土輔助性膠凝材料的效果-國投盛世

用沸石粉分別代替5%,10%,15%和20%的水泥,按表3的比例配制的混凝土的性能如表5所示。當達到相同坍落度(170mm)時,用于沸石粉混凝土的減水劑含量高于參考樣品和硅粉混凝土,并且隨著沸石粉含量的增加,用于沸石粉混凝土的減水劑的含量大大增加。與參考樣品相比,沸石粉末混凝土的空氣含量較高,并且隨著沸石粉末含量的增加,混凝土的空氣含量逐漸增加,原因在于該沸石粉末具有多孔的框架結構和巨大的內部比表面積,其可以吸附更多的混合水和添加劑,甚至高于硅粉的吸附能力。因此,該沸石粉末混凝土需要大量的水分,其具有良好的內聚力,高的空氣含量,并且不容易滲出和離析,因此非常適合于泵送混凝土的制備。

天然沸石作為混凝土輔助性膠凝材料的效果-國投盛世

由于沸石粉末具有多孔的框架結構和巨大的內部比表面積,因此它可以吸收大量的混合水和添加劑,從而導致沸石粉末混凝土的水需求量大,空氣含量稍高,并且其內聚力良好。混合物。另外,通過沸石粉的吸附,離子交換和二次水合,添加10-20%的沸石粉可以有效地控制由堿-骨料反應引起的有害溶脹。