沸石粉作为矿物掺合料对混凝土性能的影响

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 佛山 528308 2 广东复特新型材料有限公司 佛山 528308 3 广东新泽建筑材料有限公司 佛山 528308 摘要 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 关键词 沸石粉 混凝土混凝土 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 当掺人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试验用原材料及试验方法 2 1 试验原材料 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 42 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 型低标号聚羧酸高性能减水剂 表 1 沸石粉胶砂强度 序号水泥沸石粉水不同龄期胶砂强度 MPa 及强度比 3d7 d28 d 1540023831 8 100 45 5 100 57 2 100 2 4 378162259 222 6 71 1 36 2 79 5 47 6 83 2 3450022528 9 100 41 9 100 52 8 100 4 5 4054522521 7 75 1 34 9 83 3 47 0 89 0 2 22 2 试验方法试验方法 1 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 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 2 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 3 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 表 2 沸石粉取代粉煤灰对混凝土性能的影响 混凝土性能 序号水泥矿粉粉煤灰沸石粉 坍落 度 mm 扩展 度 mm 7d 强度 MPa 28 d 强度 MPa 56 d 强度 MPa 22554027 937 238 5 22054029 137 438 1115580950 22555529 739 039 2 21050526 838 539 6 21051527 839 540 72155806233 10 20552027 339 539 9 20047026 739 139 9 19049525 138 740 23155802966 20 19048025 338 839 6 注 沸石粉比例为其占总胶材的比例注 沸石粉比例为其占总胶材的比例 从以上图表可以看出 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 20 mm 初始扩展度减小 20 40 mm 但掺沸石粉取代粉煤灰时 7 天强度略有降低 28 天及 56 天强度反而略有上升 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 表 3 沸石粉取代矿粉对混凝土性能的影响 混凝土性能 序号水泥矿粉粉煤灰沸石粉 坍落扩展7 d 强度 MPa 28 d 强度 MPa 56 d 强度 MPa 度 mm度 mm 22554027 937 238 5 22054029 137 438 1115580950 22555529 739 039 2 20552026 335 736 7 20052025 834 936 24155479533 10 20551525 136 136 9 19548023 832 234 5 18549523 732 133 95155149566 20 18548024 533 333 8 注 沸石粉比例为其占总胶材的比例注 沸石粉比例为其占总胶材的比例 从以上图表可以看出 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 20 mm 初始扩展度减小 20 40 mm 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 7 d 28 d 及 56d 强度均下降约 2 3 MPa 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 表 4 沸石粉取代水泥对混凝土性能的影响 混凝土性能 序号水泥矿粉粉煤灰沸石粉 坍落 度 mm 扩展 度 mm 7d 强度 MPa 28 d 强度 MPa 56 d 强度 MPa 22554027 937 238 5 22054029 137 438 1115580950 22555529 739 039 2 22552024 833 133 5 23053024 934 233 86122809533 10 23052523 133 934 0 21553019 829 429 9 789809566 20 22555020 729 329 1 21553518 530 729 9 注 沸石粉比例为其占总胶材的比例注 沸石粉比例为其占总胶材的比例 从以上图表可以看出 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 7 d 28 d 及 56 d 强度均下降约 4 5 MPa 而且沸石粉取代水泥后 混凝土 56 d 强度相对于 28 d 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 3 43 4 机理分析机理分析 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 同时 沸石粉取代了基准配比中的不同胶材 由于不同胶材的不同活性导 致沸石粉的掺入 取代不同胶材时对混凝土强度产生不同的影响 4 结论结论 1 沸石粉可以作为矿物掺合料应用到混凝土中的 以掺胶凝材料的 10 取 代粉煤灰效果最好 并且对混凝土的工作性有一定的改善作用 2 掺沸石粉取代矿粉 水泥等活性材料时 混凝土强度均有明显的降低 趋势 3 实际使用中掺沸石粉时 考虑其对强度的影响 宜在不减少水泥和矿 粉用量的前提下掺沸石粉使用 以确保强度 另外 实际使用的强度等级以及 实际最佳掺量需经试验验证后确定 参考文献 参考文献 1 李叔进 吴科如 沸石粉及其在高性能混凝土中的应用研究 J 山东 建材 2004 1 40 43 2 刘坤