建材工业是沸石的主要应用领域,世界上约有五分之二的沸石用于水泥工业,沸石作为水泥掺料可以改善性能、提高标号、降低成本。
内蒙古的天然沸石作为水泥工业的添加剂,在内蒙古地区的用量较大。沸石岩对于水泥和钢渣水泥都是一种优良的水硬性活性掺和料,可以全面代替矿渣。所以,因地制宜采用沸石岩作为水泥填料是今后水泥工业增加产量、改进质量、降低成本的一个有效途径,也是解决大量建筑材料来源的重要途径。
沸石作硅酸盐水泥的活性混合材料
1912年,美国在修建洛杉矶镀槽时,就开始利用富含斜发沸石、菱沸石的凝灰岩制造火山灰质水泥,当时是以25%的蒂哈查比凝灰岩代替水泥熟料配制波特兰水泥,但是到了50年代才知道该凝灰岩中含有80%斜发沸石。俄罗斯的诺沃罗西斯克水泥厂,自1913年以来一直采用克里木卡拉的凝灰岩作为水泥的活性混合材料,到了1973年才知道该凝灰岩是丝光沸石。德国和南斯拉夫、保加利亚等国家也都有采用以沸石凝灰岩作为水泥混合材料和轻骨料原料的实例。我国所生产的硅酸盐水泥,以往活性混合材料主要是高炉矿渣,但由于来源比较有限,供不应求,尤其是目前占我国水泥产量不可忽视的小立窑水泥,因原料燃料质量差,工艺不易掌握,熟料燃烧不均,故游离钙偏高、安全性差、标号低。
1977年,中国科学院地质研究所在山东潍县沸石应用座谈会上作了沸石代替高炉渣可用于水泥活性混合材料的报告。这次会议后,1978年以来,浙江以及福建等地一些水泥厂相继采用缙云天然沸石作为水泥混合材料,掺入25%~40%沸石代替矿渣生产的水泥或在水泥中掺入15%的沸石代替熟料。目前,沸石硅酸盐水泥标号都稳定在325号以上,部分水泥标号可达425号,从根本上改变了水泥的安全
性。
同时,沸石水泥后期强度高,强度增长率大,水化热低,使水泥合格率达到100%。从这以后,黑龙江、山东、河北、北京等有关单位相继开展了此项工作,取得了良好结果。
①沸石岩代替高炉渣,可大幅度提高水泥强度。
②沸石岩的活性高于高炉渣,其中石灰吸收值为170~260mg/(国家标准>60mg/g),对游离石灰偏高的熟料,在掺加量为30%~40%时,可使水泥安全性合格,标号提高至不低于400号标准(硬炼);且质量稳定,成本降低,为解决高炉矿渣开创了新路子。
③我国沸石产地很多,储量丰富,易于开采。因地制宜采用沸石岩作为水泥的活性混合材料是今后水泥工业增加产量、改进质量、降低成本等方面的一个有效途径。目前东北、华北、西北和华东有数百个中、小型水泥厂采用沸石岩作活性混合材料,并已经创造了极大的经济效益。
沸石彩色水泥
沸石彩色水泥是以天然沸石岩为主要原料,掺入适当比例的石灰、石膏、颜料和少量的改性外加剂混合磨细而成的一种胶凝材料。沸石彩色水泥的生产工艺流程可以分为4个部分:原材料准备、配料、制磨和包装。
沸石在形成过程中常常熔有着色离子而呈现不同的颜色,因此一般不能作为白水泥活性混合材料用。有报道在矿山考察中发现山西省某地沸石矿出产一种颜色较白略带微黄色的沸石,经实验室试验、生产试用后证明,这种白色沸石作混合材料生产的水泥,其各项性能指标均达到GB2015—91要求且对白水泥有很好的改性作用。
沸石在建筑胶黏剂中的应用
近几年我国建筑装饰业迅猛发展,因此胶黏剂需求大增。传统的贴面材料,广泛釆用水泥加107胶粘接,但因107胶不耐水,抗冻性也差,因此容易造成贴面材料脱落。同时施工操作也不便利,特别是其游离甲醛含量高对人体十分有害,因而些省市建设主要部门已明令禁用。
于是市场上又出现了一种以粉状聚合物水泥砂浆作为贴面材料的胶黏剂,技术性能确实比水泥加107胶好,然而其关键材料(高分子聚合物)货紧价昂,其中部分材料需要进口,这样售价便居高不下,难以为广大用户接受;
同时部分未溶解的髙聚物给硬化后砂浆留下较大缺陷,影响黏结性能;另外大量早强剂的掺入又使砂浆收缩率大増,从而影响其耐久性。
为此河北建筑工程学院利用储量丰富、价格低廉的天然沸石部分取代货紧价昂的高分子聚合物,其结果不仅降低材料成本,而且由于沸石具有独特的离子交换性能以及它对水泥有显著的增黏、増强功能,所以从根本上解决了后期强度倒缩和水泥水化的收缩问题,并且基本上克服了盐霜返白现象。
该项研究成果已于1997年通过河北省科委组织的专家鉴定。目前已成功地开发出内墙和外墙胶黏剂、防裂剂、防水剂等多种产品,形成系列并先后在张家口、北京、天津、石家庄等地的办公楼、多层住宅、高层住宅、水池等工程中应用,取得良好的经济效益和社会效益,同时也为天然沸石的开发利用闯出一条新路。
