約束條件下,由于化學收縮、自收縮、干燥收縮等原因,混凝土結構內部會產生拉應力,當混凝土的抗拉強度小于該拉應力時就會產生裂縫,裂縫的存在嚴重影響混凝土結構的力學性能和耐久性能,給建筑工程造成巨大的隱患。利用膨脹劑產生的體積膨脹補償混凝土收縮是控制混凝土結構開裂的技術措施之一,氧化鎂膨脹劑由于需水量少、膨脹性能穩定且持續產生微膨脹而被廣泛應用于補償收縮大體積混凝土的溫降收縮和干燥收縮。礦物摻合料的廣泛應用是現代混凝土的主要特點之一,粉煤灰、礦粉、硅灰等摻合料在混凝土工程中也得到了廣泛的應用,不同種類的摻合料會對氧化鎂膨脹劑的膨脹性能產生不同程度的影響,因此針對不同類型的摻合料,探究其對氧化鎂膨脹性能的影響對于指導氧化鎂膨脹劑的工程應用具有重要意義。
沸石粉是天然沸石巖磨細后形成的一種火山灰質摻合料,含有大量活性SiO2和Al2O3,其火山灰活性次于硅灰但優于粉煤灰。沸石粉中含有SiO2和Al2O3在堿激發下與水泥析出的Ca(OH)2發生反應生成水化硅酸鈣膠體,促進水泥水化反應進行;另一方面天然沸石具有多孔結構,磨細后具有較大的比表面積,能吸附大量的水分和氣體,可克服混凝土經時泌水性,增加混凝土粘度,改善混凝土工作性能。我國的沸石礦藏分布量大面廣、價廉且易于開發,用作高性能混凝土的礦物摻和料具有較大的適用性和經濟性,但目前關于沸石粉的相關研究較少,限制了沸石粉在混凝土中的推廣應用。
本文從力學性能和限制膨脹率兩個方面探討了沸石對氧化鎂膨脹性能的影響,為沸石粉和氧化鎂在實際工程中的應用提供參考。沸石粉本身沒有明顯的膨脹性能,氧化鎂膨脹劑存在的情況下,摻加沸石粉可以適當提高限制膨脹率,說明沸石粉摻入可以促進氧化鎂膨脹性能的發揮,相同齡期內可以提高試件的限制膨脹率。
將天然沸石粉作為一種水泥基材料加入泥凝土中進行研究,結果表明:天然沸石粉與粉煤灰一樣具有火山灰效應;用天然沸石粉取代部分水泥,混凝土的力學性能和耐久性得到加強;摻入沸石粉具有減少收縮膨脹的效果。研究了沸石粉作為一種高火山灰活性材料摻入混凝土中,可以提高混凝土的強度和耐久性,同時干燥收縮也減少。因此,沸石粉對氧化鎂膨脹性能的提高并不是通過降低基體強度來實現的。
沸石粉本身具有網格裝結構,內部充滿大小均勻的孔穴和通道,具有較大的內表面積,自然狀態下能吸附大量的水分子和離子交換,沸石粉的親水性強,在漿體中起到蓄水作用,這與圖1中摻加沸石粉后膠砂流動度有一定程度下降的結果相一致。隨著水泥和氧化鎂水化程度的不斷提高,內部濕度逐漸降低,氧化鎂的水化程度逐漸降低,而沸石粉中儲存的自由水會逐漸釋放,減緩內部濕度的降低速率,提高氧化鎂的水化程度。此外,沸石粉還會改善漿體的孔結構,大于100nm的孔隙明顯降低,50nm范圍內的孔隙數量明顯增加,大孔數量的降低使得氧化鎂水化產物的填充作用減小,有效膨脹能增大,因此可以提高氧化鎂的膨脹性能。
(1)沸石粉和氧化鎂膨脹劑取代部分水泥對基體強度無明顯影響。
(2)氧化鎂活性相同的條件下,摻加4%、6%和8%沸石粉后,砂漿試件的限制膨脹率分別提高了約4%、10%和20%。
(3)沸石粉的多孔吸水功效可以改善基體內部濕度環境,提高氧化鎂的水化程度,改善基體孔隙結構,從而適當提高氧化鎂的膨脹性能。