建材工業是沸石的主要應用領域,世界上約有五分之二的沸石用于水泥工業,沸石作為水泥摻料可以改善性能、提高標號、降低成本。

內蒙古的天然沸石作為水泥工業的添加劑,在內蒙古地區的用量較大。沸石巖對于水泥和鋼渣水泥都是一種優良的水硬性活性摻和料,可以全面代替礦渣。所以,因地制宜采用沸石巖作為水泥填料是今后水泥工業增加產量、改進質量、降低成本的一個有效途徑,也是解決大量建筑材料來源的重要途徑。

沸石作硅酸鹽水泥的活性混合材料

1912年,美國在修建洛杉磯鍍槽時,就開始利用富含斜發沸石、菱沸石的凝灰巖制造火山灰質水泥,當時是以25%的蒂哈查比凝灰巖代替水泥熟料配制波特蘭水泥,但是到了50年代才知道該凝灰巖中含有80%斜發沸石。俄羅斯的諾沃羅西斯克水泥廠,自1913年以來一直采用克里木卡拉的凝灰巖作為水泥的活性混合材料,到了1973年才知道該凝灰巖是絲光沸石。德國和南斯拉夫、保加利亞等國家也都有采用以沸石凝灰巖作為水泥混合材料和輕骨料原料的實例。我國所生產的硅酸鹽水泥,以往活性混合材料主要是高爐礦渣,但由于來源比較有限,供不應求,尤其是目前占我國水泥產量不可忽視的小立窯水泥,因原料燃料質量差,工藝不易掌握,熟料燃燒不均,故游離鈣偏高、安全性差、標號低。

1977年,中國科學院地質研究所在山東濰縣沸石應用座談會上作了沸石代替高爐渣可用于水泥活性混合材料的報告。這次會議后,1978年以來,浙江以及福建等地一些水泥廠相繼采用縉云天然沸石作為水泥混合材料,摻入25%~40%沸石代替礦渣生產的水泥或在水泥中摻入15%的沸石代替熟料。目前,沸石硅酸鹽水泥標號都穩定在325號以上,部分水泥標號可達425號,從根本上改變了水泥的安全
性。

同時,沸石水泥后期強度高,強度增長率大,水化熱低,使水泥合格率達到100%。從這以后,黑龍江、山東、河北、北京等有關單位相繼開展了此項工作,取得了良好結果。

①沸石巖代替高爐渣,可大幅度提高水泥強度。

②沸石巖的活性高于高爐渣,其中石灰吸收值為170~260mg/(國家標準>60mg/g),對游離石灰偏高的熟料,在摻加量為30%~40%時,可使水泥安全性合格,標號提高至不低于400號標準(硬煉);且質量穩定,成本降低,為解決高爐礦渣開創了新路子。

③我國沸石產地很多,儲量豐富,易于開采。因地制宜采用沸石巖作為水泥的活性混合材料是今后水泥工業增加產量、改進質量、降低成本等方面的一個有效途徑。目前東北、華北、西北和華東有數百個中、小型水泥廠采用沸石巖作活性混合材料,并已經創造了極大的經濟效益。

沸石彩色水泥
沸石彩色水泥是以天然沸石巖為主要原料,摻入適當比例的石灰、石膏、顏料和少量的改性外加劑混合磨細而成的一種膠凝材料。沸石彩色水泥的生產工藝流程可以分為4個部分:原材料準備、配料、制磨和包裝。

沸石在形成過程中常常熔有著色離子而呈現不同的顏色,因此一般不能作為白水泥活性混合材料用。有報道在礦山考察中發現山西省某地沸石礦出產一種顏色較白略帶微黃色的沸石,經實驗室試驗、生產試用后證明,這種白色沸石作混合材料生產的水泥,其各項性能指標均達到GB2015—91要求且對白水泥有很好的改性作用。

沸石在建筑膠黏劑中的應用

近幾年我國建筑裝飾業迅猛發展,因此膠黏劑需求大增。傳統的貼面材料,廣泛釆用水泥加107膠粘接,但因107膠不耐水,抗凍性也差,因此容易造成貼面材料脫落。同時施工操作也不便利,特別是其游離甲醛含量高對人體十分有害,因而些省市建設主要部門已明令禁用。

于是市場上又出現了一種以粉狀聚合物水泥砂漿作為貼面材料的膠黏劑,技術性能確實比水泥加107膠好,然而其關鍵材料(高分子聚合物)貨緊價昂,其中部分材料需要進口,這樣售價便居高不下,難以為廣大用戶接受;

同時部分未溶解的髙聚物給硬化后砂漿留下較大缺陷,影響黏結性能;另外大量早強劑的摻入又使砂漿收縮率大増,從而影響其耐久性。

為此河北建筑工程學院利用儲量豐富、價格低廉的天然沸石部分取代貨緊價昂的高分子聚合物,其結果不僅降低材料成本,而且由于沸石具有獨特的離子交換性能以及它對水泥有顯著的增黏、増強功能,所以從根本上解決了后期強度倒縮和水泥水化的收縮問題,并且基本上克服了鹽霜返白現象。

該項研究成果已于1997年通過河北省科委組織的專家鑒定。目前已成功地開發出內墻和外墻膠黏劑、防裂劑、防水劑等多種產品,形成系列并先后在張家口、北京、天津、石家莊等地的辦公樓、多層住宅、高層住宅、水池等工程中應用,取得良好的經濟效益和社會效益,同時也為天然沸石的開發利用闖出一條新路。