作为新型环保材料的沸石粉已经被广泛应用于各大领域,但是如何在使用中计算其用量,需要我们大家了解,小编以其在混凝土中用量为例,为大家介绍下如何计算沸石粉用量。

      一、天然沸石的成份和结构

      沸石粉是天然的沸石岩磨细而成,颜色为白色。沸石是火山熔岩形成的一种架状结构的铝硅酸盐矿物,主要由SiO2 、Al2O3 、H2O 和碱金属、碱土金属离子四部分组成,其中硅氧四面体和铝氧四面体构成了沸石的三维空间架状结构,碱金属、碱土金属和水分子结合的松散、易置换,使得沸石具有特殊的应用性能:吸附作用,离子交换作用等。

      1.离子交换特性

      沸石的离子交换特性是其重要性能之一,它可以调节晶体结构内的电场、表面酸性,从而可改变沸石的性质,调节沸石的吸附特性等。
      沸石与某种金属盐的水溶液相接触时,溶液中的金属阳离子可以进入沸石中,而沸石中的阳离子可被交换下来进入溶液中。
      沸石中的阳离子都以相对固定的位置分布于沸石结构中,在不同位置上的阳离子势能不同,在离子交换过程中,其反应速度受扩散速度控制。在应用研究中,需要了解离子交换平衡关系,离子交换平衡常数的计算,离子交换等温线的测定和热力学函数的计算等有关基础数据。

      2.离子交换选择性

      天然沸石在离子交换时,有些阳离子容易交换到沸石上,而另外一些阳离子则不容易交换到沸石上,或者某些阳离子交换到沸石上后,很容易被其他阳离子替代,说明沸石的离子交换过程有选择性。它和沸石的晶体结构有关,也和阳离子的有关特性(电荷数、离子半径、水合度等) 以及交换条件有关。

      3.吸附特性

      由于沸石孔穴内部的电场和极性作用,使得沸石即使在较高的温度和较低的吸附质分压下,仍有较高的吸附容量特点。在吸附过程中,沸石的孔径大小不是唯一的因素,含有极性基团或者含可极化的基团的分子等,能与沸石表面发生强烈的作用,这是因为阳离子和带负电荷的硅铝氧格架所构成的沸石,本身也是一种极性物质,其中阳离子给出一个强的局部正电荷,吸引极性分子的负极中心,或是通过静电诱导使可极化的分子极化,极性愈强的或愈易被极化的分子,也就愈易被沸石吸附。水是极性很强的分子,沸石对水有很大的亲合力,无论在较低的水分压,较高的温度、较大的线速条件下,它仍具有一定的吸水能力,且吸水效率、吸水量较高。

      二、天然沸石粉的技术要求

      为指导天然沸石在混凝土中的应用,住建部颁布了建筑工业行业标准《混凝土和砂浆用天然沸石粉》(JG/T3048)和《天然沸石粉在混凝土和砂浆中应用技术规范》(JGJ/T112)。配制高强高性能混凝土选用磨细天然沸石粉,GB/T18736标准对其质量提出了更严格的技术要求。

      1.细度

      细度对沸石粉的活性和混凝土的物理性能影响很大。大量试验表明,只有将沸石磨到平均粒径<15μm(相当于比表面积50 m2/kg~700m2/kg)时,才能使掺加沸石粉的混凝土早期强度和后期强度增长较快。鉴于这种情况,GB/T18736标准规定Ⅰ级品的比表面积为700m2/kg,Ⅱ级品的比表面积为500m2/kg。

      2.需水量

      由于沸石是一种多孔的材料,需水量比随沸石掺量的减少而明显下降,活性指数明显提高。磨细天然沸石的需水量比见表2。在生产高强度高性能混凝土时,磨细天然沸石粉的掺量一般不宜超过10%。

表2  磨细天然沸石需水量比和活性指数

产地 掺量
(%)
抗压强度比(%) 需水量比(%)
3d 7d 28d
内蒙古 10 75 82 97 106
山东诸城 10 79 85 90 108
河北独石口 30 39 45 57 117
锦州 10 80 86 86 105

       3.沸石粉活性指数测定试验

      测定试验胶砂和对比胶砂的抗压强度,以二者抗压强度之比确定沸石粉试样的活性指数。试验胶砂和对比胶砂材料用量如表3。

表3  测定沸石粉活性指数试验中试验胶砂和对比胶砂材料用量

胶砂种类 水泥(g) 沸石粉(g) 标准砂(g) 水(ml) 28d强度
对比胶砂 450 —— 1350 225 R0=50
试验胶砂 405 45 1350 225 R3=48

      (1)沸石粉活性指数的国家标准计算方法:

      沸石粉28d活性指数按下式计算:沸石粉应该怎样计算?-国投盛世

      式中:
      A28——28d活性指数(%);
      R0——对比砂浆28d抗压强度(MPa);
      R4——试验砂浆28d抗压强度(MPa)。
      计算结果精确至1%
      2)沸石粉活性系数的准确计算方法(定义为活性系数)
      根据对比胶砂可知,450克水泥提供强度50MPa,则405克水泥提供的强度为0.9R0=45MPa;那么,试验胶砂提供的强度包括405克水泥提供的强度(即0.9R0=45MPa45克沸石粉提供的强度(即R4-0.9R0=30MPa);
      这样,本例中我们在混凝土配合比设计过程中可以用1千克沸石粉可以取代6千克与对比试验相同的水泥,或者用0.17千克沸石粉取代1千克与对比试验相同的水泥。这种设计思路在水泥和沸石粉用量的计算方面实现了适量取代,比传统观念中沸石粉5%~30%取代水泥的观念更加科学,准确合理地使用了沸石粉。

      (三)吸铵值和碱含量

      吸铵值是沸石特有的物化性能,它反映了沸石含量的大小。因为沸石中的碱和碱土金属很容易被铵离子所交换,可以用铵离子净交换来检验吸铵值,测试时间较短,可以再2 h内完成、斜发沸石的吸铵值为218mmol/100g,丝光沸石的为223 mmol/100g、吸铵值越高,沸石的纯度越高,其活性指数也越高。考虑到高强高性能混凝土的需要,GB/T18736标准将磨细天然沸石分为Ⅰ级和Ⅱ级,并规定Ⅰ级吸铵值为130mmol/100g(相当于沸石含量约在60%左右),Ⅱ级为100mmol/100g(相当于沸石含量约在48%左右)。

      试验结果表明,产地不同,沸石的碱含量相差较大,约为0.21%~5.96%;吸铵值相差也很大,高的近250mmol/100g,低的只有30mmol/100g,这说明,沸石的性能会有很大的差异,生产高强高性能混凝土时,应尽可能选择吸铵值高的磨细天然沸石。

      总之,天然沸石作为混凝土的一种矿物外加剂,在C45以上的混凝土中取代水泥的取代率宜在10%以下。它既能改善混凝土拌合物的均匀性与和易性、降低水化热,又能提高混凝土的抗渗性与耐久性,还能抑制水泥混凝土中碱-集料反应的发生。=天然沸石适宜配制泵送混凝土、大体积混凝土、抗渗防水混凝土、抗硫酸盐和抗软水侵蚀混凝土,以及高强混凝土,也适用于蒸养混凝土、轻集料混凝土、地下和水下工程混凝土,值得推广与应用。