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(guó)、意大利、保加利亞、中國(guó)和俄羅斯用作水泥火山灰多年。

盡管沸石在過(guò)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(lái)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(guó)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(wàn)噸沸石凝灰?guī)r,中國(guó)消耗約500萬(wàn)噸沸石凝灰?guī)r。在美國(guó)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(lái)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(zhǎng)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(yáng)離子交換能力使其成為水泥中的合適火山灰。沸石通過(guò)堿交換過(guò)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(jìng)爭(zhēng)對(duì)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(lái),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。總之,這些特性使沸石添加劑能夠通過(guò)降低混凝土滲透性來(lái)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(wú)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(duì)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(cè)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(cè)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(cè)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)。