改性沸石粉混凝土抗压强度和调湿性能试验表明,酸改性沸石粉代替量为15% 时,混凝土抗压强度最优,酸改性沸石粉代替量为20% 时,混凝土调湿性能最优。在优先考虑混凝土强度的前提下,混凝土的最佳酸改性沸石粉代替量应取15%。

采用不同质量摩尔浓度H2SO4溶液对天然沸石粉改性处理,通过调湿试验确定H2SO4最佳改性浓度,将改性沸石粉以内掺的方式代替部分水泥掺入混凝土,通过力学试验和调湿试验确定最佳代替量为15%,此时改性沸石粉混凝土的抗压强度高于基本配比混凝土,与基本配比混凝土相比,吸湿量增加了42.1%,吸放湿滞后率为16.5%。

一、背景阐述

随着人们生活水平的逐步提高,人们开始追求更加舒适的生产生活环境,室内空气湿度是重要的环境参数之一。目前室内调湿方法分为主动式调湿和被动式调湿,主动式调湿即采用空调技术;被动式调湿是基于被动式调湿材料来进行室内的调湿,调湿材料是依靠自身的吸、放湿特性,感应所调空间空气的湿度变化,自动调节空气相对湿度,从而保持环境空间湿度相对恒定的功能材料,它克服了现行空调技术能耗高、污染环境、破坏生态的缺点。
沸石粉是天然沸石岩经磨细后形成的一种火山灰质材料。天然沸石的骨架结构是由4个氧和1个硅(或铝)构成的四面体基础单元在三维空间组成的,因此沸石结构中形成了很多孔道和孔穴,使沸石具有一定的吸附性,但这些孔道和孔穴中常被钙、镁等杂质阳离子和有机物分子所占据,相互连通程度也较差,将天然沸石直接加以利用,其吸附能力往往达不到要求,对天然沸石粉进行改性处理后,可使其具有较大的比表面积和孔隙率,从而提高沸石粉的吸放湿性能。另外沸石具有较高的火山灰活性,可作为混凝土矿物掺合料代替部分水泥参与水化反应。

二、选材与试验方法

沸石选取河北围场县天然斜发沸石岩,置于球磨机粉磨成细度为200目的沸石粉;水泥选取鸭绿江牌P.O42.5普通硅酸盐水泥;细骨料选取丹东地区天然河砂;粗骨料选取丹东岳达石料厂生产的碎石;改性用酸采用低浓度H2SO4。

称取一定量的沸石粉,与不同浓度的H2SO4溶液处理一定时间,多次洗涤改性沸石至中性,离心后在烘箱中烘干,在干燥器中冷却至室温密封保存。

利用混凝土养护箱获得85%的湿环境,将饱和氯化钾溶液(相对湿度33%)置于洁净干燥器中获得33%的干环境。先将一定质量沸石粉或试件置于湿环境,利用分析天平测定吸湿率随时间变化的曲线,即吸湿曲线;吸湿饱和后,将沸石粉或试件转置于干环境,利用分析天平测定放湿率随时间变化的曲线,即放湿曲线。

沸石粉的吸湿率随着H2SO4浓度的增加呈现先上升后降低的变化趋势,放湿率与吸湿率变化规律一致。当H2SO4质量摩尔浓度为1mol/L、1.5mol/L、2mol/L时,改性沸石粉的吸放湿率均高于未改性沸石粉,在H2SO4浓度为2mol/L时,沸石粉的吸放湿率最高,分别为8.17%和6.53%,吸放湿滞后率为20.07%;在H2SO4浓度为3mol/L时,改性沸石粉的吸放湿率底于未改性沸石粉,主要是由于酸浓度的提高,使得沸石结构发生了变化及其微孔结构被破坏,影响了沸石的吸附性。因此后续混凝土调湿试验采用的改性沸石粉的改性条件为H2SO4质量摩尔浓度为2mol/L,改性时间2h。

件为H2SO4质量摩尔浓度为2mol/L,改性时间2h。H2SO4质量摩尔浓度在一定范围内,改性沸石粉具有较好的吸放湿性能。其主要原因是酸改性沸石粉,使沸石粉的孔道和空穴得到了清理,拓宽了其孔径,改善了孔结构以及孔分布,增加了沸石粉孔径之间的连通性,进而增加了其对水分子的吸附作用以及其饱和储水能力,从而提高了沸石粉的吸放湿性能。