沸石粉作為礦物摻合料對混凝土性能的影響

譚多枝 張煒 趙永忠 喬云武

（1廣東新業混凝土有限公司；2廣東復特新型材料有限公司；3廣東新澤建筑材料有限公司）

沸石粉作為礦物摻合料對混凝土性能的影響

譚多枝1張煒2趙永忠2喬云武3

（1廣東新業混凝土有限公司；2廣東復特新型材料有限公司；3廣東新澤建筑材料有限公司）

通過對沸石粉分別取代混凝土中的粉煤灰、礦渣粉、水泥進行試驗研究，得到沸石粉對混凝土工作性及強度等影響的相關數據，為沸石粉在實際生產中的應用提供了技術條件。

沸石粉；混凝土；工作性；強度；礦物摻合料

1 引言

沸石粉是天然沸石巖磨細后形成的一種火山灰質材料，含有大量的活性SiO2和Al2O3，其火山灰活性次于硅灰，優于粉煤灰。我國石天然沸石資源豐富的國家，目前已發現的礦床或礦點400多處，已探明儲量超過100億噸，預測儲量可達到500億噸。沸石作為一種廉價并容易開采的礦物，用來作為混凝土用礦物摻合料具有普遍的適用性和經濟性[1]。目前，天然沸石有四十多種，可用于配制混凝土的主要是斜發沸石和絲光沸石。產地不同的沸石粉的化學成分差異較大，一般沸石粉中SiO2和Al2O3總和約占80%。

沸石粉中含有SiO2和Al2O3，在堿性激發下，沸石粉能與水泥水化時析出的Ca(OH)2反應生成水化硅酸鈣膠凝體，促進水泥水化反應的進行；另一方面，由于天然沸石本身具有網格狀結構，內部充滿大小均勻的孔穴和通道，并有很大的開放性，經磨細具有較大的比表面積，自然狀態下能吸附大量的水分子和氣體，并與大氣相對濕度平衡。當摻入混凝土中時可吸收混凝土中多余的拌和用水，克服混凝土經時泌水性，使混凝土粘性增加，集料裹漿量提高[2]，因此能改善混凝土的工作性。

隨著我國礦物摻合料利用技術的快速發展，人們已經認識到摻合料單一使用不如復合使用對混凝土技術性能和性價比意義大[3]。但是目前沸石粉在混凝土中的應用仍然較少，而且相關標準也比較落后，我國目前使用的沸石粉相關標準有《混凝土和砂漿用天然沸石粉》（JG/T 3048-1998）、《天然沸石粉在混凝土和砂漿中應用技術規程》（JGJ/T 112-97）、《高強高性能混凝土用礦物外加劑》（GB/T 18736-2002），但前兩份標準與第三份標準在內容上存在沖突，如活性指數及需水比試驗的相關內容有明顯不同[4～5]。

本文通過試驗，將磨細沸石粉作為混凝土的礦物摻合料，與礦粉，粉煤灰等復合使用，改善混凝土拌合物的和易性能，為沸石粉在混凝土中的應用提供一定的技術依據。

2 試驗用原材料及試驗方法

2.1 試驗原材料

沸石粉：產地廣西，細度800目，白度98%，需水比101%，膠砂強度見表1；水泥：華潤P.Ⅱ42.5R，富余系數1.27，標準稠度用水量25.0%，安定性合格；粉煤灰：廣西南寧，二級灰，細度17%，需水比101%，活性78%；礦粉：山東日照，S95級；碎石：廣東肇慶，5～25連續粒級，壓碎指標9.2%，含泥量0.3%，針片狀含量1.1%；砂：廣西西江，中砂，細度模數2.6，含泥量0.6%；外加劑：廣東佛山，廣東復特新型材料科技有限公司FT-Ⅰ型低標號聚羧酸高性能減水劑。

表1 沸石粉膠砂強度

2.2 試驗方法

⑴試驗依據

試驗配合比按《混凝土配合比設計規程》（JGJ 55-2011）設計；

表2 沸石粉取代粉煤灰對混凝土性能的影響

圖1 沸石粉取代粉煤灰對混凝土強度的影響

坍落度、擴展度測定按《混凝土拌合物性能試驗方法標準》（GB/T 50080-2002）試驗；

試件制作、養護及抗壓強度測定按《混凝土拌合物性能試驗方法標準》（GB/T 50081-2002）試驗。

⑵試驗方法

影響混凝土工作性的主要因素很多，如水膠比、用水量、砂率、骨料、外加劑品種及摻量、礦物摻合料等[6]。本試驗中用沸石粉按一定比例置換混凝土中的膠凝材料，檢驗其對工作性能和強度的影響。

⑶試驗指標

本研究中主要考核指標為坍落度、擴展度、混凝土不同齡期（7d、28d、56d）的立方體抗壓強度。

3 試驗結果與討論

3.1 沸石粉取代粉煤灰對混凝土性能的影響

試配中，分別以膠材總量的10%、20%摻沸石粉，并相應取代等量的粉煤灰進行試配，每組不同摻量均進行三組平行試配，與未摻沸石粉的基準混凝土進行對比(見表2、圖1)。

從表2、圖1可以看出，摻沸石粉取代粉煤灰的過程中，隨著沸石粉比例的增加，坍落度均會相應減小，每增加10%的沸石粉，混凝土拌合物初始坍落度減小10～ 20mm，初始擴展度減小20～40mm；但摻沸石粉取代粉煤灰時，7d強度略有降低，28d及56d強度反而略有上升，其中摻10%沸石粉取代粉煤灰時對強度最為有利,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強度會有所增長。

3.2 沸石粉取代礦粉對混凝土性能的影響

試配中，分別以膠材總量的10%、20%摻沸石粉，并相應取代等量的粉煤灰進行試配，每組不同摻量均進行三組平行試配，與未摻沸石粉的基準混凝土進行對比(見表3、圖2)。

從表3、圖2可以看出，摻沸石粉取代礦粉的過程中，隨著沸石粉比例的增加，坍落度均會相應減小，每增加10%的沸石粉，混凝土拌合物初始坍落度減小10～20mm，初始擴展度減小20～40mm；但強度會隨著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強度均下降約2～3MPa，其原因是沸石粉活性較礦粉活性低，所以沸石粉取代礦粉后會在一定程度上造成混凝土強度降低。

3.3 沸石粉取代水泥對混凝土性能的影響

試配中，分別以膠材總量的10%、20%摻沸石粉，并相應取代等量的水泥進行試配，每組不同摻量均進行三組平行試配，與未摻沸石粉的基準混凝土進行對比(見表4、圖3)。

從表4、圖3可以看出，摻沸石粉取代水泥的過程中，隨著沸石粉比例的增加，坍落度、擴展度變化較小，每增加10%的沸石粉，混凝土拌合物初始坍落度變化10mm左右，初始擴展度變化約20mm；但摻沸石粉取代水泥對強度有明顯降低，每增加10%的沸石粉，7d、28d及56d強度均下降約4～5MPa，而且沸石粉取代水泥后，混凝土56d強度相對于28d強度基本沒有增長。這是因為沸石粉活性較低，配合比中水泥占膠材總量的比例本來較小，被沸石粉取代一部分后，混凝土強度會有較明顯的降低。

表3 沸石粉取代礦粉對混凝土性能的影響

表4 沸石粉取代水泥對混凝土性能的影響

圖2 沸石粉取代礦粉對混凝土強度的影響

3.4 機理分析

沸石粉是一種火山灰材料，其組分SiO2和Al2O3與水泥的水化產物Ca(OH)2進行二次水化反應，生成含水硅酸鈣凝膠和含水鋁酸鈣凝膠。沸石粉是一種多孔結構，在水泥混凝土中起著貯水庫作用，自然狀態下，其吸附的大量水分與空氣在混凝土拌合物的親水作用下，水分進入沸石粉內部，原來的氣體被排放到混凝土拌合物中，提高了混凝土的粘性，以及骨料的裹漿量，因此拌合物的坍落度和擴展度會一定程度上降低，但混凝土粘聚性變好，整體工作性變好。

圖3 沸石粉取代水泥對混凝土強度的影響

同時，沸石粉取代了基準配比中的不同膠材，由于不同膠材的不同活性導致沸石粉摻入取代不同膠材時對混凝土強度產生不同的影響。

4 結論

⑴沸石粉可以作為礦物摻合料應用到混凝土中的，以摻膠凝材料的10%取代粉煤灰效果最好，并且對混凝土的工作性有一定的改善作用；

⑵摻沸石粉取代礦粉、水泥等活性材料時，混凝土強度均有明顯的降低趨勢；

⑶實際使用摻沸石粉時，考慮其對強度的影響，宜在不減少水泥和礦粉用量的前提下摻沸石粉使用，以確保強度。另外，實際使用的強度等級以及實際最佳摻量需經試驗驗證后確定。●

[1]李叔進，吳科如.沸石粉及其在高性能混凝土中的應用研究[J].山東建材，2004，（1）：40-43.

[2]劉坤，李伏琦，等.沸石粉作為混凝土礦物摻合料的研究[J].混凝土技術，2011，（1）：32-36.

[3]冷發光，丁威，等.綠色高性能混凝土技術[M].北京：中國建材工業出版社，2011.

[4]J G/T3048-1998,混凝土和砂漿用天然沸石粉[S].北京：中國建筑工業出版社，1998.

[5]GB/T18736-2002，高強高性能混凝土用礦物外加劑[S].中國建筑工業出版社，2002.

[6]季雷.摻沸石粉配置高性能混凝土試驗研究[J].鐵道建筑技術，2010，（4）：78-80.