天然沸石是一种架状结构的铝硅酸盐材料,常被用作水泥混凝土的辅助性胶凝材料。由于我国建筑规模巨大,造成了硅灰、矿渣、粉煤灰等辅助性胶凝材料的价格越来越高。沸石粉是天然沸石岩经磨细后形成的一种火山灰质材料,具有很大内外比表面积(35~45m2/g) ,含有大量活性SiO2和Al2O3,可与水泥水化放出的 Ca(OH)2反应生成更多的C- S- H 凝胶和水化铝酸盐,从而很好的改善了硬化水泥浆体的微观结构。虽然大部分火山灰质材料(硅灰、粉煤灰等)是玻璃体或无定形体,但具有晶体结构的天然沸石也同样具有火山灰性,其火山灰活性仅次于硅灰,优于粉煤灰和矿渣。

大量资料表明沸石粉可增大混凝土的粘度,从而消除了离析和泌水,通过沸石粉的填充效应和火山灰反应,可减小了混凝土总空隙率,改善水泥浆体与集料间的界面过渡区,大幅度提高混凝土力学性能。我国发现沸石矿床和矿点400多处,己探明储量达 100亿吨,预测天然沸石储量可达500亿吨。沸石作为一种成本较低的天然矿物,适合用作混凝土的矿物掺合料。

试验结果分析:

天然沸石粉能否作为混凝土辅助性胶凝材料?-国投盛世

沸石粉与粉煤灰火山灰活性测定结果见图1。

与硅灰相比,水化早期沸石粉结合 Ca(OH)2 的量较低,说明沸石粉早期火山灰活性较低。水化1天后沸石粉结合Ca(OH)2的量大幅度增加,3d后沸石粉的Ca(OH)2结合量可超过硅灰结合量的60%,养护28 天后可达到100%,表明沸石粉后期火山灰活性较高。

以沸石粉分别替代 5%、10%、15%、20%水泥,按照下表中配比制备的混凝土工作性能如下。达到相同坍落度(170mm)时,沸石粉混凝土的减水剂掺量高于参比样和硅灰混凝土,且随沸石粉掺量的增加,沸石粉混凝土所需减水剂掺量大幅度增加。与参比样相比,沸石粉混凝土的含气量较高,且随沸石粉掺量的增加,混凝土的含气量逐渐增加。其原因在于沸石粉具有多孔架状结构和巨大的内比表面积,可吸附较多拌合水和外加剂,甚至比硅灰的吸附量还高。因此,沸石粉混凝土需水量较大,拌合物的粘聚性好,含气量较高,不易泌水和离析,非常适合配制泵送混凝土。

总之,沸石粉具有多孔架状结构和巨大的内比表面积,可吸附大量的拌合水和外加剂,导致沸石粉混凝土需水量较大,含气量稍高, 拌合物的粘聚性好,不易泌水和离析。通过沸石粉的吸附作用、离子交换作用和二次水化作用,掺加10~20%的沸石粉可有效控制碱集料反应引起的有害膨胀,因此值得推广与应用。