磨細沸石粉作為礦物摻合料對混凝土性能的影響

尚徐杰

（臺州巨鑫混凝土有限公司，浙江 臺州 317200）

0 前言

現代混凝土以礦物摻和料和高性能減水劑的應用為主要特征，礦物摻和料應用技術的發展，使得煤灰、礦粉、石灰石粉、沸石粉等在混凝土生產中得以應用[1]，且由于礦物摻和料的使用，混凝土的性能得以優化，如降低混凝土早期水化熱、降低體積收縮、提高混凝土耐久性等[2]，對企業成本的降低也大有裨益。隨著工業化進程的推進，越來越多的材料和工業副產物被技術人員發掘，應用于綠色建材的生產，擴大了混凝土礦物摻和料的范疇。

沸石粉由天然沸石經過破碎、除雜、粉磨等系列工藝加工而成，含有氧化鋁和氧化硅等火山灰組分，應用于混凝土中可以與水泥水化產生的 Ca(OH)2發生反應，對于混凝土耐久性，特別是抑制 AAR 反應有利[3]。杜文瀚、明陽等[4,5]人針對沸石礦物摻和料對混凝土性能的影響進行了研究，認為沸石粉摻入混凝土后對混凝土性能影響可控，且有利于混凝土致密性的提高，并指導了生產應用。

天然沸石自身多孔，具有較強的吸附特性[6]，磨細是提高沸石粉活性、降低其吸附性的重要方法。磨細后的沸石粉應用于水泥混凝土中對混凝土性能有何影響，本文將對此進行研究。

1 原材料及試驗方法

1.1 原材料

（1）水泥

水泥選自象山海螺 P·O42.5 水泥；礦粉為 S95 級，燒失量為 3.0%；沸石粉為縉云縣宏牧沸石粉有限公司生產，白色粉體，根據需要進行粉磨至比表面積分別為450m2/kg、530m2/kg、605m2/kg、650m2/kg。水泥的性能指標結果見表 1，水泥和沸石粉的化學組成見表 2。

表1 水泥的性能指標結果

表2 水泥和沸石粉的化學組成 %

（2）骨料

細骨料采用機制砂，細度模數 2.5，含粉量 5.0%，MB 值 1.3。粗骨料為石灰石，大石粒徑 10～25mm，小石為 5～10mm。

（3）外加劑

采用萘系和脂肪族復合高效減水劑，含固量為26%，推薦摻量為 2.0%。

1.2 試驗方法

（1）沸石粉活性指數測試按照 JGT 566—2018《混凝土和砂漿用天然沸石粉》成型，標準養護至 7d和 28d，測試相應齡期的膠砂強度。

（2）混凝土坍落度和擴展度試驗按 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗方法標準》進行。

（3） 混凝土力學性能試驗按照 GB/T 50081—2019《混凝土物理力學性能試驗方法標準》進行，成型100mm×100mm×100mm 混凝土試件，測定混凝土 7d和 28d 的抗壓強度。

（4）試驗配合比

采用 C30 混凝土配合比，試驗中進行不同沸石粉摻量和不同沸石粉細度的混凝土性能試驗，相應配合比見表 3。

表3 C30 配合比及原材料用量 kg/m3

2 試驗結果與討論

2.1 機械粉磨對沸石粉活性的影響

未經粉磨的沸石粉呈現多孔結構，具有較強的吸附特性，應用于混凝土中往往造成需水量過大、體積安定性不良等問題，因此采用機械粉磨增加沸石粉的比表面積，降低內部孔隙數量，也是激發沸石粉活性的重要手段。對粉磨后的沸石粉活性進行研究，測試結果見表4。膠砂抗壓強度值見表 4 和圖 1。

表4 磨細后的沸石粉活性結果

表4 和圖 1 的結果表明，適當粉磨對沸石粉活性的發揮有積極作用，當沸石粉比表面積從 450m2/kg 提高至 650m2/kg 時，摻加沸石粉的砂漿 7d 和 28d 強度先增加后降低，當沸石粉比表面積在 530m2/kg 時，沸石粉的 7d 和 28d 強度發展最好，活性指數也最高，且沸石粉 28d 活性超過純水泥。這是因為沸石粉含有大量的硅鋁氧化物，隨齡期增長發生火山灰反應，從而使得膠凝體系的強度得以增強。沸石粉較粗時內部孔隙過多，會吸附較多水分，過細時會影響水分在砂漿的分散，造成內部空隙增加。

圖1 磨細沸石粉對水泥膠砂強度的影響

2.2 混凝土工作性能

混凝土的工作性能是保證混凝土順利施工的重要前提，也是檢驗材料應用的關鍵指標。沸石粉作為礦物摻和料要滿足良好的混凝土出機性能，同時也要足夠的保坍能力。對磨細后的沸石粉應用于混凝土后的工作性能進行測試，結果見表 5。

表5 沸石粉對混凝土工作性能的影響

表5 結果所示，由于沸石粉具有吸附特性，所以加入沸石粉后的混凝土初始坍落度和擴展度都要降低，且工作性能損失較快，但不同摻量和不同細度的沸石粉具體又表現出一定的差異。

相同沸石粉摻量時，沸石粉比表面積增加，混凝土初始流動性減弱，尤其當沸石粉細度達到 650m2/kg時，混凝土出機流動性能大幅降低，經時坍落度損失加速。這是因為沸石粉變細后對水分和外加劑等分子的吸附能力增加，混凝土粘滯阻力增加，從而使得水分的潤滑作用減弱，混凝土流動性下降，而保坍能力變差。

對于相同細度的沸石粉，摻量提高，混凝土的工作性能和保坍能力也隨之下降。這是因為摻量增加，沸石粉對水泥顆粒形成包裹，使得水泥進一步參與水化反應的阻力增大，阻礙了漿體的流動。且細度越小，沸石粉摻量越高的混凝土工作性能損失越大。

2.3 抗壓強度

杜文瀚等人[4]通過研究加入沸石粉的混凝土力學性能發現，沸石粉的加入降低了混凝土早期強度，但后期強度增長較快。明陽、王軍等人[7]通過正交法確定了加入沸石粉的最佳配比，混凝土強度并無不利影響。不同研究者所選取的角度不同，另外沸石粉自身摻量、細度都會對混凝土強度結果造成影響。針對磨細后的沸石粉對混凝土 7d 和 28d 抗壓強度進行測試，結果見表 6 和圖 2。

圖2 磨細沸石粉對混凝土抗壓強度的影響

表6 抗壓強度試驗結果

試驗結果顯示，沸石粉在一定的細度范圍內，即沸石粉細度在 530m2/kg 和 605m2/kg 時，混凝土 7d 抗壓強度高于比表面積為 450m2/kg 和 650m2/kg 的沸石粉，且當沸石粉摻量為 10% 時，摻入比表面積 530m2/kg 沸石粉的混凝土 7d 抗壓強度高于基準組。這是因為在一定摻量范圍內適當細度的沸石粉可以增加混凝土的保水能力，起到有效填充作用，且能夠提高水泥水化速率，對混凝土強度有利。

當沸石粉摻量為 10% 時，530m2/kg 的沸石粉 28d抗壓強度最高，隨后摻量增加反而強度下降。當沸石粉細度為 605m2/kg 和 450m2/kg 時，混凝土強度隨沸石粉摻量增加而降低。沸石粉自身較高的氧化鋁和氧化硅含量使其能夠在后期與水泥水化產生的氫氧化鈣發生二次水化反應[8]，從而激發其活性，適當磨細可以在提高自身活性的同時，改善混凝土的粘聚性，使得硬化后的混凝土密實度得以提高，強度增加。

3 結論

（1）磨細有助于沸石粉活性激發，當沸石粉比表面積為 530m2/kg 時活性最高，砂漿強度高于未摻沸石粉組。

（2）加入沸石粉后的混凝土初始工作性能降低，經時坍損加快，沸石粉細度減小或摻量增加都會降低混凝土工作性能，使得混凝土保坍能力減弱。

（3）適當細度的沸石粉可以激發自身活性使得混凝土強度提高，當沸石粉比表面積在 530m2/kg 時混凝土各個強度優于其他組，且具有最佳沸石粉摻量 10%，較粗或過細都會降低沸石粉混凝土中的強度。