沸石粉作为矿物掺合料对混凝土性能的影响

2016-04-18谭多枝张炜赵永忠乔云武

广东建材 2016年12期

关键词：试配矿粉沸石

谭多枝张炜赵永忠乔云武

（1广东新业混凝土有限公司；2广东复特新型材料有限公司；3广东新泽建筑材料有限公司）

沸石粉作为矿物掺合料对混凝土性能的影响

谭多枝1张炜2赵永忠2乔云武3

（1广东新业混凝土有限公司；2广东复特新型材料有限公司；3广东新泽建筑材料有限公司）

通过对沸石粉分别取代混凝土中的粉煤灰、矿渣粉、水泥进行试验研究，得到沸石粉对混凝土工作性及强度等影响的相关数据，为沸石粉在实际生产中的应用提供了技术条件。

沸石粉；混凝土；工作性；强度；矿物掺合料

1 引言

沸石粉是天然沸石岩磨细后形成的一种火山灰质材料，含有大量的活性SiO2和Al2O3，其火山灰活性次于硅灰，优于粉煤灰。我国石天然沸石资源丰富的国家，目前已发现的矿床或矿点400多处，已探明储量超过100亿吨，预测储量可达到500亿吨。沸石作为一种廉价并容易开采的矿物，用来作为混凝土用矿物掺合料具有普遍的适用性和经济性[1]。目前，天然沸石有四十多种，可用于配制混凝土的主要是斜发沸石和丝光沸石。产地不同的沸石粉的化学成分差异较大，一般沸石粉中SiO2和Al2O3总和约占80%。

沸石粉中含有SiO2和Al2O3，在碱性激发下，沸石粉能与水泥水化时析出的Ca(OH)2反应生成水化硅酸钙胶凝体，促进水泥水化反应的进行；另一方面，由于天然沸石本身具有网格状结构，内部充满大小均匀的孔穴和通道，并有很大的开放性，经磨细具有较大的比表面积，自然状态下能吸附大量的水分子和气体，并与大气相对湿度平衡。当掺入混凝土中时可吸收混凝土中多余的拌和用水，克服混凝土经时泌水性，使混凝土粘性增加，集料裹浆量提高[2]，因此能改善混凝土的工作性。

随着我国矿物掺合料利用技术的快速发展，人们已经认识到掺合料单一使用不如复合使用对混凝土技术性能和性价比意义大[3]。但是目前沸石粉在混凝土中的应用仍然较少，而且相关标准也比较落后，我国目前使用的沸石粉相关标准有《混凝土和砂浆用天然沸石粉》（JG/T 3048-1998）、《天然沸石粉在混凝土和砂浆中应用技术规程》（JGJ/T 112-97）、《高强高性能混凝土用矿物外加剂》（GB/T 18736-2002），但前两份标准与第三份标准在内容上存在冲突，如活性指数及需水比试验的相关内容有明显不同[4～5]。

本文通过试验，将磨细沸石粉作为混凝土的矿物掺合料，与矿粉，粉煤灰等复合使用，改善混凝土拌合物的和易性能，为沸石粉在混凝土中的应用提供一定的技术依据。

2 试验用原材料及试验方法

2.1 试验原材料

沸石粉：产地广西，细度800目，白度98%，需水比101%，胶砂强度见表1；水泥：华润P.Ⅱ42.5R，富余系数1.27，标准稠度用水量25.0%，安定性合格；粉煤灰：广西南宁，二级灰，细度17%，需水比101%，活性78%；矿粉：山东日照，S95级；碎石：广东肇庆，5～25连续粒级，压碎指标9.2%，含泥量0.3%，针片状含量1.1%；砂：广西西江，中砂，细度模数2.6，含泥量0.6%；外加剂：广东佛山，广东复特新型材料科技有限公司FT-Ⅰ型低标号聚羧酸高性能减水剂。

表1 沸石粉胶砂强度

2.2 试验方法

⑴试验依据

试验配合比按《混凝土配合比设计规程》（JGJ 55-2011）设计；

表2 沸石粉取代粉煤灰对混凝土性能的影响

图1 沸石粉取代粉煤灰对混凝土强度的影响

坍落度、扩展度测定按《混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T 50080-2002）试验；

试件制作、养护及抗压强度测定按《混凝土拌合物性能试验方法标准》（GB/T 50081-2002）试验。

⑵试验方法

影响混凝土工作性的主要因素很多，如水胶比、用水量、砂率、骨料、外加剂品种及掺量、矿物掺合料等[6]。本试验中用沸石粉按一定比例置换混凝土中的胶凝材料，检验其对工作性能和强度的影响。

⑶试验指标

本研究中主要考核指标为坍落度、扩展度、混凝土不同龄期（7d、28d、56d）的立方体抗压强度。

3 试验结果与讨论

3.1 沸石粉取代粉煤灰对混凝土性能的影响

试配中，分别以胶材总量的10%、20%掺沸石粉，并相应取代等量的粉煤灰进行试配，每组不同掺量均进行三组平行试配，与未掺沸石粉的基准混凝土进行对比(见表2、图1)。

从表2、图1可以看出，掺沸石粉取代粉煤灰的过程中，随着沸石粉比例的增加，坍落度均会相应减小，每增加10%的沸石粉，混凝土拌合物初始坍落度减小10～ 20mm，初始扩展度减小20～40mm；但掺沸石粉取代粉煤灰时，7d强度略有降低，28d及56d强度反而略有上升，其中掺10%沸石粉取代粉煤灰时对强度最为有利,其原因主要是由于沸石粉活性比粉煤灰活性要高，所以沸石粉取代一定量粉煤灰强度会有所增长。

3.2 沸石粉取代矿粉对混凝土性能的影响

试配中，分别以胶材总量的10%、20%掺沸石粉，并相应取代等量的粉煤灰进行试配，每组不同掺量均进行三组平行试配，与未掺沸石粉的基准混凝土进行对比(见表3、图2)。

从表3、图2可以看出，掺沸石粉取代矿粉的过程中，随着沸石粉比例的增加，坍落度均会相应减小，每增加10%的沸石粉，混凝土拌合物初始坍落度减小10～20mm，初始扩展度减小20～40mm；但强度会随着沸石粉比例的上升而逐步下降，每增加10%的沸石粉，7d、28d及56d强度均下降约2～3MPa，其原因是沸石粉活性较矿粉活性低，所以沸石粉取代矿粉后会在一定程度上造成混凝土强度降低。

3.3 沸石粉取代水泥对混凝土性能的影响

试配中，分别以胶材总量的10%、20%掺沸石粉，并相应取代等量的水泥进行试配，每组不同掺量均进行三组平行试配，与未掺沸石粉的基准混凝土进行对比(见表4、图3)。

从表4、图3可以看出，掺沸石粉取代水泥的过程中，随着沸石粉比例的增加，坍落度、扩展度变化较小，每增加10%的沸石粉，混凝土拌合物初始坍落度变化10mm左右，初始扩展度变化约20mm；但掺沸石粉取代水泥对强度有明显降低，每增加10%的沸石粉，7d、28d及56d强度均下降约4～5MPa，而且沸石粉取代水泥后，混凝土56d强度相对于28d强度基本没有增长。这是因为沸石粉活性较低，配合比中水泥占胶材总量的比例本来较小，被沸石粉取代一部分后，混凝土强度会有较明显的降低。

表3 沸石粉取代矿粉对混凝土性能的影响

表4 沸石粉取代水泥对混凝土性能的影响

图2 沸石粉取代矿粉对混凝土强度的影响

3.4 机理分析

沸石粉是一种火山灰材料，其组分SiO2和Al2O3与水泥的水化产物Ca(OH)2进行二次水化反应，生成含水硅酸钙凝胶和含水铝酸钙凝胶。沸石粉是一种多孔结构，在水泥混凝土中起着贮水库作用，自然状态下，其吸附的大量水分与空气在混凝土拌合物的亲水作用下，水分进入沸石粉内部，原来的气体被排放到混凝土拌合物中，提高了混凝土的粘性，以及骨料的裹浆量，因此拌合物的坍落度和扩展度会一定程度上降低，但混凝土粘聚性变好，整体工作性变好。