约束条件下,由于化学收缩、自收缩、干燥收缩等原因,混凝土结构内部会产生拉应力,当混凝土的抗拉强度小于该拉应力时就会产生裂缝,裂缝的存在严重影响混凝土结构的力学性能和耐久性能,给建筑工程造成巨大的隐患。利用膨胀剂产生的体积膨胀补偿混凝土收缩是控制混凝土结构开裂的技术措施之一,氧化镁膨胀剂由于需水量少、膨胀性能稳定且持续产生微膨胀而被广泛应用于补偿收缩大体积混凝土的温降收缩和干燥收缩。矿物掺合料的广泛应用是现代混凝土的主要特点之一,粉煤灰、矿粉、硅灰等掺合料在混凝土工程中也得到了广泛的应用,不同种类的掺合料会对氧化镁膨胀剂的膨胀性能产生不同程度的影响,因此针对不同类型的掺合料,探究其对氧化镁膨胀性能的影响对于指导氧化镁膨胀剂的工程应用具有重要意义。

沸石粉是天然沸石岩磨细后形成的一种火山灰质掺合料,含有大量活性SiO2和Al2O3,其火山灰活性次于硅灰但优于粉煤灰。沸石粉中含有SiO2和Al2O3在碱激发下与水泥析出的Ca(OH)2发生反应生成水化硅酸钙胶体,促进水泥水化反应进行;另一方面天然沸石具有多孔结构,磨细后具有较大的比表面积,能吸附大量的水分和气体,可克服混凝土经时泌水性,增加混凝土粘度,改善混凝土工作性能。我国的沸石矿藏分布量大面广、价廉且易于开发,用作高性能混凝土的矿物掺和料具有较大的适用性和经济性,但目前关于沸石粉的相关研究较少,限制了沸石粉在混凝土中的推广应用。

本文从力学性能和限制膨胀率两个方面探讨了沸石对氧化镁膨胀性能的影响,为沸石粉和氧化镁在实际工程中的应用提供参考。沸石粉本身没有明显的膨胀性能,氧化镁膨胀剂存在的情况下,掺加沸石粉可以适当提高限制膨胀率,说明沸石粉掺入可以促进氧化镁膨胀性能的发挥,相同龄期内可以提高试件的限制膨胀率。

将天然沸石粉作为一种水泥基材料加入泥凝土中进行研究,结果表明:天然沸石粉与粉煤灰一样具有火山灰效应;用天然沸石粉取代部分水泥,混凝土的力学性能和耐久性得到加强;掺入沸石粉具有减少收缩膨胀的效果。研究了沸石粉作为一种高火山灰活性材料掺入混凝土中,可以提高混凝土的强度和耐久性,同时干燥收缩也减少。因此,沸石粉对氧化镁膨胀性能的提高并不是通过降低基体强度来实现的。

沸石粉本身具有网格装结构,内部充满大小均匀的孔穴和通道,具有较大的内表面积,自然状态下能吸附大量的水分子和离子交换,沸石粉的亲水性强,在浆体中起到蓄水作用,这与图1中掺加沸石粉后胶砂流动度有一定程度下降的结果相一致。随着水泥和氧化镁水化程度的不断提高,内部湿度逐渐降低,氧化镁的水化程度逐渐降低,而沸石粉中储存的自由水会逐渐释放,减缓内部湿度的降低速率,提高氧化镁的水化程度。此外,沸石粉还会改善浆体的孔结构,大于100nm的孔隙明显降低,50nm范围内的孔隙数量明显增加,大孔数量的降低使得氧化镁水化产物的填充作用减小,有效膨胀能增大,因此可以提高氧化镁的膨胀性能。

(1)沸石粉和氧化镁膨胀剂取代部分水泥对基体强度无明显影响。

(2)氧化镁活性相同的条件下,掺加4%、6%和8%沸石粉后,砂浆试件的限制膨胀率分别提高了约4%、10%和20%。

(3)沸石粉的多孔吸水功效可以改善基体内部湿度环境,提高氧化镁的水化程度,改善基体孔隙结构,从而适当提高氧化镁的膨胀性能。