Zeolite獨(dú)特的多孔特性使其成為混凝土、水泥和砂漿混合物中應(yīng)用的重要礦物。在建筑中使用天然沸石作為火山灰材料的歷史可以追溯到3000年前的希臘和羅馬時(shí)期,當(dāng)時(shí)沸石作為改變的火山灰、凝灰?guī)r和石灰石與石灰一起用于建筑砂漿和混凝土中。羅馬人在波佐利附近使用了那不勒斯黃色凝灰?guī)r沸石;意大利將其用于修建渡槽、公共建筑和高速公路。石灰和沸石的組合顯示出優(yōu)異的膠結(jié)性能。目前,天然沸石凝灰?guī)r已在塞爾維亞、德國、意大利、保加利亞、中國和俄羅斯用作水泥火山灰多年。

盡管沸石在過去幾十年中廣泛應(yīng)用于污染控制、節(jié)能、農(nóng)業(yè)、采礦和冶金等領(lǐng)域應(yīng)用,然而從整體來看,沸石應(yīng)用于建筑行業(yè)的范圍最廣。據(jù)估計(jì),2004年全球天然沸石總產(chǎn)量為每年3.6公噸,建筑行業(yè)似乎每年消耗約2.4公噸,其中大部分產(chǎn)品是用于建筑施工的尺寸石,少量用于輕骨料混凝土和如混凝土中的火山灰。

德國每年約有50,000噸沸石凝灰?guī)r用于生產(chǎn)波特蘭火山灰水泥。作為混合波特蘭水泥的組成部分,意大利每年消耗約300萬噸沸石凝灰?guī)r,中國消耗約500萬噸沸石凝灰?guī)r。在美國水泥和混凝土工業(yè)中使用天然沸石作為火山灰,雖然不是最近,但仍然有限。早在1912年,Monolith波特蘭水泥公司就使用來自加利福尼亞州特哈查比的沸石灰流凝灰?guī)r作為火山灰,在25%的波特蘭水泥替代水平下建造了400公里長的洛杉磯渡槽。

盡管具有固有的結(jié)晶性質(zhì),但天然沉積沸石的精細(xì)尺寸和更高的表面積加上其強(qiáng)大的陽離子交換能力使其成為水泥中的合適火山灰。沸石通過堿交換過程消耗波特蘭水泥水化的氫氧化鈣組分并形成膠凝產(chǎn)品。許多天然細(xì)晶沸石的火山灰特性很容易與它們的鋁硅酸鹽“玻璃狀”競爭對手(如粉煤灰或磨碎的高爐礦渣)相媲美,甚至在某些情況下甚至更優(yōu)。

自古以來,沸石一直是建筑材料中廣泛使用的添加劑。在水泥工業(yè)中,天然沸石是一種常用的火山灰(在有水的情況下與鈣離子或氫氧化鈣反應(yīng)),用作水泥混合材料。此外,沸石凝灰?guī)r包含小的傾注和通道,具有較大的內(nèi)部和外部表面積,這一特性使它們能夠吸收高達(dá)30%的水分??傊?,這些特性使沸石添加劑能夠通過降低混凝土滲透性來提高混凝土的抗壓強(qiáng)度和提高耐久性。許多研究已經(jīng)從經(jīng)濟(jì)和環(huán)境的角度研究了如何減少混凝土生產(chǎn)中所需的水泥量。天然沸石是一種已被證明可有效替代部分水泥的原材料。

Sedlmajer等人的一項(xiàng)試驗(yàn)中,研究了含有天然沸石作為混凝土中活性外加劑的混凝土的特性。研究人員根據(jù)逐漸增加用天然沸石替代波特蘭水泥的情況組合了單獨(dú)的混凝土混合物。所有外加劑(含有沸石)都與僅使用波特蘭水泥的參考混凝土進(jìn)行了比較。沸石的用量為水泥質(zhì)量的7.5-30%,其中含有45%的斜發(fā)沸石和35%的無定形相。結(jié)果表明,沸石是一種活性外加劑,有助于形成微觀結(jié)構(gòu)并改善硬化混凝土所需的性能。研究人員得出結(jié)論,“精細(xì)研磨的天然沸石似乎是生產(chǎn)混凝土的合適原材料,可以部分替代波特蘭水泥”。

Jana的一篇論文研究了斜發(fā)沸石沸石作為火山灰和混凝土混合物中波特蘭水泥的替代品。研究結(jié)果表明,沸石最顯著的作用是降低氯化物滲透率,顯著降低堿-骨料反應(yīng)引起的膨脹,以及提高對酸和硫酸鹽侵蝕的抵抗力。

Ahmadi和Shekarchi進(jìn)行了一項(xiàng)實(shí)驗(yàn),測試了沸石和硅粉在增強(qiáng)混凝土的機(jī)械和耐久性性能方面的有效性。他們測量了火山灰反應(yīng)性和在混凝土混合物中以不同比例替代水泥的能力。實(shí)驗(yàn)測試包括混凝土的坍落度、抗壓強(qiáng)度、吸水率、氧氣性能、氯化物擴(kuò)散和電阻率。結(jié)果表明,含有沸石的混凝土得到了改善,與用硅粉制備的混凝土相當(dāng)或更好009年)。