超细沸石粉是经过天然沸石研磨而得,比水泥具有更高的细度,火山灰活性高于粉煤灰和矿粉,低于硅灰和偏高岭土。静态屈服应力是水泥基材料一个重要的流变参数。静态屈服应力增长速率经常被用来表征水泥基材料的触变性/结构构筑,对水泥基材料的稳定性、形状保持能力和分层浇注非常重要。
一、超细沸石粉的相关特征
沸石是一种铝硅酸盐矿物,含有高含量的二氧化硅,这为作为混凝土胶凝材料提供可能性。它可以通过采矿或工业废料通过化学合成获得。将沸石粉作为矿物掺和料,部分取代水泥可以减少水泥消耗,降低碳排放量。同时沸石的莫氏硬度一般在2-3,而粒化高炉渣的莫氏硬度一般在6-7。因此,使用沸石作为粘结剂可以大大节约能源和成本。
超细沸石粉是经过天然沸石研磨而得,比水泥具有更高的细度,火山灰活性高于粉煤灰和矿粉,低于硅灰和偏高岭土,但是磨碎沸石可以成为比硅灰或偏高岭土更经济、更环保的替代品。Ahari等人从形貌和水化比较了硅灰和偏高岭土对流变的影响。Baldino等人研究表明人工沸石粉提高结构构筑能力优于石灰石粉,最优掺量为10%。结构构筑是由于新拌浆体“强度”由于物理或化学作用,随时间逐渐增长的现象。由于混凝土成分的密度差异,静置状态下的新拌混凝土容易发生离析,在重力作用下容易发生流动和变形。较高的结构构筑速率有利于混凝土的稳定性和塑形能力。当新拌混凝土静置时,由于胶体絮凝和水泥水化作用,颗粒之间会发生相互作用,从而形成结构构筑。因此,水泥浆体可以包裹骨料抵抗重力,防止发生偏析的,从而提高混凝土的形状保持能力。结构构筑对混凝土的稳定性,滑模摊铺施工,分层浇筑和3D打印混凝土极为重要。
二、超细沸石粉对水泥净浆结构构筑影响试验
超细沸石粉掺量为硅灰和偏高岭土的二倍时,动态屈服应力和塑性粘度高于硅灰和偏高岭土。从触变环的面积变化来看,硅灰最为明显,偏高岭土和超细沸石粉次之。同时也说明超细沸石粉也具有提高触变性的能力。
不同配比水泥净浆静态屈服应力增长曲线如图3。可以看出超细沸石粉、硅灰和偏高岭土对静态屈服应力影响程度是不同的。静态屈服应力增长速率对应于结构构筑速率。其中在相同掺量的情况下,硅灰和偏高岭土结构构筑速率大于超细沸石粉,当超细沸石粉掺量10%时,结构构筑速率均高于掺量为5%的硅灰和偏高岭土。在跟试验中得到的静态屈服应力增长速率与Billberg的试验结果相似。同时可以看出,在静态屈服应力测试前1h内,应力图像增长接近线性增长方式。在1~2.5h内,增长曲线解决指数型增长模式。这说明在前期,水化反应较慢,水化反应诱导期还未结束,静态屈服应力增长缓慢,接近线性增长。当水化反应变快的时候,静态屈服应力增长也随之加快。
总之,掺入超细沸石粉提高了水泥浆体的动态屈服应力、塑性粘度和触变环面积,且随着掺量的提高,增长幅度越大。在相同掺量的情况下,提高程度低于硅灰和偏高岭土。另外,掺入超细沸石粉提高了水泥浆体的结构构筑速率,增大了水泥浆体的触变性,随着掺量的提高,提升水泥浆体的触变性能更加明显。