天然的沸石粉是通过研磨天然沸石(主要是斜发沸石和丝光沸石)制成的。沸石是含有微孔的含水铝硅酸盐矿物。SiO2的含量为60%至70%,而Al2O3的含量为8%至12%。比表面积非常大。因此,沸石粉末具有更高的活性。
作为沸石的重要性能成分之一,其离子交换可调节晶体结构中的电场和表面酸度,从而改变沸石的性能并调节沸石的吸附特性。另外,当使沸石与某种金属盐的水溶液接触时,溶液中的金属阳离子可以进入沸石,并且沸石中的阳离子可以交换并进入溶液。沸石中的阳离子全部分布在沸石结构中相对固定的位置。阳离子在不同位置的势能是不同的。在离子交换过程中,反应速率由扩散速率控制。
在应用研究中,有必要了解离子交换平衡关系的基本数据,离子交换平衡常数的计算,离子交换等温线的确定以及热力学函数的计算。由于沸石是多孔材料,因此随着沸石含量的减少,需水率显着降低,并且活性指数显着提高。磨碎的天然沸石的需水率示于表1。当生产高强度高性能混凝土时,磨碎的天然沸石粉的含量通常不应超过10%。
表1 磨细天然沸石需水量比和活性指数
产地 | 掺量 (%) |
抗压强度比(%) | 需水量比(%) | ||
3d | 7d | 28d | |||
内蒙古 | 10 | 75 | 82 | 97 | 106 |
山东诸城 | 10 | 79 | 85 | 90 | 108 |
河北独石口 | 30 | 39 | 45 | 57 | 117 |
锦州 | 10 | 80 | 86 | 86 | 105 |
(1)沸石粉活性指数的国家标准计算方法:
沸石粉28d活性指数按下式计算:
式中:
A28——28d活性指数(%);
R0——对比砂浆28d抗压强度(MPa);
R4——试验砂浆28d抗压强度(MPa)。
计算结果精确至1%。
(2)沸石粉活性系数的准确计算方法(定义为活性系数)
根据对比胶砂可知,450克水泥提供强度50MPa,则405克水泥提供的强度为0.9R0=45MPa;那么,试验胶砂提供的强度包括405克水泥提供的强度(即0.9R0=45MPa)与45克沸石粉提供的强度(即R4-0.9R0=30MPa);则沸石粉的活性系数由下式求得:
式中:
αFS——沸石粉的活性系数;
R0——对比砂浆28d抗压强度(MPa);
R4——试验砂浆28d抗压强度(MPa)。
矿渣粉的取代系数用δFS表示,其数值为活性系数的倒数,则代入数据可得本例中沸石粉的活性系数αFS=6,沸石粉的取代系数δFS=0.17。