为探索沸石粉对砂浆性能的影响,研究测量了25组不同水胶比、不同沸石粉掺量水泥砂浆的孔隙率和抗压强度。由于沸石粉的掺入主要改变材料的填充密度与比表面积,本研究采用水膜厚度综合两方面的作用,计算出各砂浆试样配比的水膜厚度,研究水膜厚度对沸石粉砂浆强度的影响。试验结果表明,试块孔隙率会随着水膜厚度的增加而提高,孔隙率是影响砂浆强度的主要因素,砂浆的抗压强度随孔隙率增大而逐渐降低。

一、沸石可用作混凝土掺合料

 沸石是一种不可多得的天然矿物,在我国的储量大且分布广,可以替代部分水泥的使用,减少能源消耗和二氧化碳排放,适合用作混凝土的矿物掺合料。沸石粉具有很大的内外比表面积,其主要矿物成分为SiO2和Al2O3,可以与水泥水化产物Ca(OH)2进行二次水化反应。国内外众多学者对沸石粉在混凝土中的应用做出了研究。武铁明等认为在水泥浆或混凝土中掺入适量沸石粉可以提高强度和密实度,抑制碱骨料反应并提高其耐久性。Markiva T等认为沸石粉替代一部分水泥会提高减水剂的需量,但会降低混凝土渗水性和干缩性,并且提高混凝土抗冻性。Zhang J等认为掺入沸石粉可以降低混凝土收缩。曹雄认为沸石粉掺合料混凝土的早龄期抗裂性较好。

沸石粉作为掺合料对混凝土性能影响已得到较多,但沸石粉影响砂浆强度的根本因素研
究仍不明确,由于沸石粉活性低于水泥,会影响早期水泥水化作用,降低混凝土早期强度。但后期沸石粉可以与水泥水化产物Ca(OH)2进行二次水化反应,提高混凝土强度,因此试验主要研究了沸石粉对砂浆70d强度的影响。由于沸石粉的掺入改变材料的填充密度与比表面
积,研究采用水膜厚度综合两方面的作用,测量得到沸石粉对砂浆填充密度的影响,从而进一步计算出水膜厚度。

二、试验分析与论证

本试验为研究沸石粉对水泥砂浆性能的影响,分别测量了不同水胶比下掺沸石粉砂浆70d的孔隙率和70d抗压强度。研究中试样的水胶比和矿物掺合料掺量均以体积计算,砂浆的水胶比从1.0到1.4变化,以0.1为一级差;沸石粉掺量范围由0到20%变化,以5%为一级差。根据此试验方案,研究共配制了25组砂浆配比,配比以“Z-沸石粉量-水胶比”为编号,其中Z代表沸石粉,各砂浆试样的详细配比和孔隙率、抗压强度测试结果见表1。

孔隙率测量结果列于表1中,70d孔隙率随沸石粉掺量变化情况如图1所示。由孔隙率结果可知,沸石粉掺量为0时试块孔隙率最小。当水胶比为1.2时,孔隙率会随着沸石粉的增加而增大;水胶比低于1.2时,沸石粉掺量由0增大到10%,孔隙率也随之增大,沸石粉掺量为10%时,孔隙率达到最大,继续增大沸石粉掺量,孔隙率会先减小再增大;当水胶比大于1.2时,加入沸石粉会使孔隙率增大,但沸石粉掺量对试块孔隙率影响比较复杂,孔隙率随沸石粉掺量的改变波动较小。试验结果表明,沸石粉掺量并非改变试块孔隙率的唯一因素。

基于水膜厚度的沸石粉砂浆孔隙率和强度-国投盛世

  基于水膜厚度的沸石粉砂浆孔隙率和强度-国投盛世

由于沸石粉的掺入主要改变材料的填充密度与比表面积,本研究采用水膜厚度综合两方面的作用,研究其对孔隙率和强度的影响。当胶凝材料与砂加入水形成砂浆时,加入的水分首先填充固相材料颗粒之间的孔隙,填充完材料颗粒孔隙后,剩余的水分会形成一层水膜,包裹材料颗粒,其厚度即为水膜厚度。过往研究已经表明水膜厚度为决定流变性能的最主要参量,其物理意义为颗粒间的平均距离,亦可能为影响孔隙率以至强度的因素。

填充密度随沸石粉掺量变化的情况如图3所示。结果表明,随着沸石粉掺量的增加,固相材料的填充密度先增大后减小,因为沸石粉颗粒粒径小于水泥颗粒粒径,当掺入沸石粉量较小时,可以填补水泥颗粒之间的孔隙,从而提高填充密度。当水泥颗粒孔隙完全被沸石粉颗粒填满时,固相材料的填充密度达到最大,继续掺入沸石粉将取代一部分水泥,导致固相材料填充密度下降。

基于水膜厚度的沸石粉砂浆孔隙率和强度-国投盛世

总之,通过试验论证,沸石粉的掺入会提高试块孔隙率,但沸石粉掺量并非影响孔隙率的唯一因素。沸石粉掺量为20%会明显降低砂浆70d强度,减小幅度最大为17.8%。掺量低于20%时,沸石粉的掺入对强度影响幅度较小。固相材料的填充密度随着沸石粉掺量的增加先增大后减小,当沸石粉掺量一定时,水膜厚度与浆膜厚度随水胶比的增大而增大。砂浆的水膜厚度和浆膜厚度可在测得胶凝材料的填充密度后,水膜厚度是影响砂浆孔隙率的主要因素,水膜厚度越大,孔隙率越高。孔隙率是影响试块强度的主要因素,二者呈线性关系,孔隙率越大,强度越低。