磨細(xì)沸石粉作為礦物摻合料對(duì)混凝土性能的影響

尚徐杰

（臺(tái)州巨鑫混凝土有限公司，浙江 臺(tái)州 317200）

0 前言

現(xiàn)代混凝土以礦物摻和料和高性能減水劑的應(yīng)用為主要特征，礦物摻和料應(yīng)用技術(shù)的發(fā)展，使得煤灰、礦粉、石灰石粉、沸石粉等在混凝土生產(chǎn)中得以應(yīng)用[1]，且由于礦物摻和料的使用，混凝土的性能得以優(yōu)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(duì)企業(yè)成本的降低也大有裨益。隨著工業(yè)化進(jìn)程的推進(jìn)，越來越多的材料和工業(yè)副產(chǎn)物被技術(shù)人員發(fā)掘，應(yīng)用于綠色建材的生產(chǎn)，擴(kuò)大了混凝土礦物摻和料的范疇。

沸石粉由天然沸石經(jīng)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(yīng)用于混凝土中可以與水泥水化產(chǎn)生的 Ca(OH)2發(fā)生反應(yīng)，對(duì)于混凝土耐久性，特別是抑制 AAR 反應(yīng)有利[3]。杜文瀚、明陽等[4,5]人針對(duì)沸石礦物摻和料對(duì)混凝土性能的影響進(jìn)行了研究，認(rèn)為沸石粉摻入混凝土后對(duì)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(dǎo)了生產(chǎn)應(yīng)用。

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

1 原材料及試驗(yàn)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(jí)，燒失量為 3.0%；沸石粉為縉云縣宏牧沸石粉有限公司生產(chǎn)，白色粉體，根據(jù)需要進(jìn)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(biāo)結(jié)果見表 1，水泥和沸石粉的化學(xué)組成見表 2。

表1 水泥的性能指標(biāo)結(jié)果

表2 水泥和沸石粉的化學(xué)組成 %

（2）骨料

細(xì)骨料采用機(jī)制砂，細(xì)度模數(shù) 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(fù)合高效減水劑，含固量為26%，推薦摻量為 2.0%。

1.2 試驗(yàn)方法

（1）沸石粉活性指數(shù)測(cè)試按照 JGT 566—2018《混凝土和砂漿用天然沸石粉》成型，標(biāo)準(zhǔn)養(yǎng)護(hù)至 7d和 28d，測(cè)試相應(yīng)齡期的膠砂強(qiáng)度。

（2）混凝土坍落度和擴(kuò)展度試驗(yàn)按 GB/T 50080—2016《普通混凝土拌合物性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行。

（3） 混凝土力學(xué)性能試驗(yàn)按照 GB/T 50081—2019《混凝土物理力學(xué)性能試驗(yàn)方法標(biāo)準(zhǔn)》進(jìn)行，成型100mm×100mm×100mm 混凝土試件，測(cè)定混凝土 7d和 28d 的抗壓強(qiáng)度。

（4）試驗(yàn)配合比

采用 C30 混凝土配合比，試驗(yàn)中進(jìn)行不同沸石粉摻量和不同沸石粉細(xì)度的混凝土性能試驗(yàn)，相應(yīng)配合比見表 3。

表3 C30 配合比及原材料用量 kg/m3

2 試驗(yàn)結(jié)果與討論

2.1 機(jī)械粉磨對(duì)沸石粉活性的影響

未經(jīng)粉磨的沸石粉呈現(xiàn)多孔結(jié)構(gòu)，具有較強(qiáng)的吸附特性，應(yīng)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(jī)械粉磨增加沸石粉的比表面積，降低內(nèi)部孔隙數(shù)量，也是激發(fā)沸石粉活性的重要手段。對(duì)粉磨后的沸石粉活性進(jìn)行研究，測(cè)試結(jié)果見表4。膠砂抗壓強(qiáng)度值見表 4 和圖 1。

表4 磨細(xì)后的沸石粉活性結(jié)果

表4 和圖 1 的結(jié)果表明，適當(dāng)粉磨對(duì)沸石粉活性的發(fā)揮有積極作用，當(dāng)沸石粉比表面積從 450m2/kg 提高至 650m2/kg 時(shí)，摻加沸石粉的砂漿 7d 和 28d 強(qiáng)度先增加后降低，當(dāng)沸石粉比表面積在 530m2/kg 時(shí)，沸石粉的 7d 和 28d 強(qiáng)度發(fā)展最好，活性指數(shù)也最高，且沸石粉 28d 活性超過純水泥。這是因?yàn)榉惺酆写罅康墓桎X氧化物，隨齡期增長(zhǎng)發(fā)生火山灰反應(yīng)，從而使得膠凝體系的強(qiáng)度得以增強(qiáng)。沸石粉較粗時(shí)內(nèi)部孔隙過多，會(huì)吸附較多水分，過細(xì)時(shí)會(huì)影響水分在砂漿的分散，造成內(nèi)部空隙增加。

圖1 磨細(xì)沸石粉對(duì)水泥膠砂強(qiáng)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(yàn)材料應(yīng)用的關(guān)鍵指標(biāo)。沸石粉作為礦物摻和料要滿足良好的混凝土出機(jī)性能，同時(shí)也要足夠的保坍能力。對(duì)磨細(xì)后的沸石粉應(yīng)用于混凝土后的工作性能進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見表 5。

表5 沸石粉對(duì)混凝土工作性能的影響

表5 結(jié)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(kuò)展度都要降低，且工作性能損失較快，但不同摻量和不同細(xì)度的沸石粉具體又表現(xiàn)出一定的差異。

相同沸石粉摻量時(shí)，沸石粉比表面積增加，混凝土初始流動(dòng)性減弱，尤其當(dāng)沸石粉細(xì)度達(dá)到 650m2/kg時(shí)，混凝土出機(jī)流動(dòng)性能大幅降低，經(jīng)時(shí)坍落度損失加速。這是因?yàn)榉惺圩兗?xì)后對(duì)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(dòng)性下降，而保坍能力變差。

對(duì)于相同細(xì)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?yàn)閾搅吭黾?，沸石粉?duì)水泥顆粒形成包裹，使得水泥進(jìn)一步參與水化反應(yīng)的阻力增大，阻礙了漿體的流動(dòng)。且細(xì)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(qiáng)度

杜文瀚等人[4]通過研究加入沸石粉的混凝土力學(xué)性能發(fā)現(xiàn)，沸石粉的加入降低了混凝土早期強(qiáng)度，但后期強(qiáng)度增長(zhǎng)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(qiáng)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(xì)度都會(huì)對(duì)混凝土強(qiáng)度結(jié)果造成影響。針對(duì)磨細(xì)后的沸石粉對(duì)混凝土 7d 和 28d 抗壓強(qiáng)度進(jìn)行測(cè)試，結(jié)果見表 6 和圖 2。

圖2 磨細(xì)沸石粉對(duì)混凝土抗壓強(qiáng)度的影響

表6 抗壓強(qiáng)度試驗(yàn)結(jié)果

試驗(yàn)結(jié)果顯示，沸石粉在一定的細(xì)度范圍內(nèi)，即沸石粉細(xì)度在 530m2/kg 和 605m2/kg 時(shí)，混凝土 7d 抗壓強(qiáng)度高于比表面積為 450m2/kg 和 650m2/kg 的沸石粉，且當(dāng)沸石粉摻量為 10% 時(shí)，摻入比表面積 530m2/kg 沸石粉的混凝土 7d 抗壓強(qiáng)度高于基準(zhǔn)組。這是因?yàn)樵谝欢〒搅糠秶鷥?nèi)適當(dāng)細(xì)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(duì)混凝土強(qiáng)度有利。

當(dāng)沸石粉摻量為 10% 時(shí)，530m2/kg 的沸石粉 28d抗壓強(qiáng)度最高，隨后摻量增加反而強(qiáng)度下降。當(dāng)沸石粉細(xì)度為 605m2/kg 和 450m2/kg 時(shí)，混凝土強(qiáng)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(chǎn)生的氫氧化鈣發(fā)生二次水化反應(yīng)[8]，從而激發(fā)其活性，適當(dāng)磨細(xì)可以在提高自身活性的同時(shí)，改善混凝土的粘聚性，使得硬化后的混凝土密實(shí)度得以提高，強(qiáng)度增加。

3 結(jié)論

（1）磨細(xì)有助于沸石粉活性激發(fā)，當(dāng)沸石粉比表面積為 530m2/kg 時(shí)活性最高，砂漿強(qiáng)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(jīng)時(shí)坍損加快，沸石粉細(xì)度減小或摻量增加都會(huì)降低混凝土工作性能，使得混凝土保坍能力減弱。

（3）適當(dāng)細(xì)度的沸石粉可以激發(fā)自身活性使得混凝土強(qiáng)度提高，當(dāng)沸石粉比表面積在 530m2/kg 時(shí)混凝土各個(gè)強(qiáng)度優(yōu)于其他組，且具有最佳沸石粉摻量 10%，較粗或過細(xì)都會(huì)降低沸石粉混凝土中的強(qiáng)度。