天然沸石是一种具有骨架结构的硅铝酸盐材料,通常用作水泥混凝土的辅助胶凝材料。2018年,住房和城乡建设部公布了行业标准“用于水泥和砂浆的天然沸石粉”,规定应将沸石材料用作混凝土的组成部分。并且相关研究人员也通过实验表明,与沸石粉的混合物具有良好的内聚性,不易渗出和偏析,并且沸石粉混凝土的结构更致密,吸水率和氯离子渗透系数大大降低,电阻率可以显著上升。另外,有学者通过试验证明,加入10-20%的沸石粉可有效控制碱-骨料反应引起的有害膨胀,这表明沸石粉混凝土具有较好的耐久性,因此值得推广与应用。

一、沸石粉可辅助添加于混凝土中

随着我国建设项目愈来愈多,硅粉、矿渣、粉煤灰等辅助胶凝材料的价格越来越高。沸石粉是通过研磨天然沸石岩石形成的火山灰材料,其具有较大的内部和外部比表面积(35〜45m2/g),并且包含大量的活性SiO2和Al2O3,可以从水泥水化中释放Ca(OH)2。该反应能够生成更多的CSH凝胶和水合铝酸盐,从而可以改善硬化水泥浆的微观结构,提高建筑强度与质量。

尽管大多数火山灰材料(硅灰,粉煤灰等)为玻璃质或无定形,但具有晶体结构的天然沸石由于也具有火山灰性质,并且其火山灰活性仅次于硅灰,比粉煤灰和矿渣要优质。大量数据表明,沸石粉可以提高混凝土的粘度,从而消除偏析和渗出。通过沸石粉的填充作用和火山灰反应,可以降低混凝土的总孔隙率,并改善水泥浆与骨料之间的界面转变,大大提高了混凝土的力学性能。

二、试验过程与结果

实验中使用的水泥为某水泥厂生产的PII42.5硅酸盐水泥,其强度在3天和28天分别为29MPa和51MPa。混合物使用由某公司生产的天然沸石粉末(沸石含量超过90%),由某公司生产的硅粉和电厂生产的二次粉煤灰。化学成分和物理性质示于表1和表2。

天然沸石作为混凝土辅助性胶凝材料的效果-国投盛世

天然沸石作为混凝土辅助性胶凝材料的效果-国投盛世

用沸石粉分别代替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。当达到相同坍落度(170mm)时,用于沸石粉混凝土的减水剂含量高于参考样品和硅粉混凝土,并且随着沸石粉含量的增加,用于沸石粉混凝土的减水剂的含量大大增加。与参考样品相比,沸石粉末混凝土的空气含量较高,并且随着沸石粉末含量的增加,混凝土的空气含量逐渐增加,原因在于该沸石粉末具有多孔的框架结构和巨大的内部比表面积,其可以吸附更多的混合水和添加剂,甚至高于硅粉的吸附能力。因此,该沸石粉末混凝土需要大量的水分,其具有良好的内聚力,高的空气含量,并且不容易渗出和离析,因此非常适合于泵送混凝土的制备。

天然沸石作为混凝土辅助性胶凝材料的效果-国投盛世

由于沸石粉末具有多孔的框架结构和巨大的内部比表面积,因此它可以吸收大量的混合水和添加剂,从而导致沸石粉末混凝土的水需求量大,空气含量稍高,并且其内聚力良好。混合物。另外,通过沸石粉的吸附,离子交换和二次水合,添加10-20%的沸石粉可以有效地控制由碱-骨料反应引起的有害溶胀。