低堿度水泥基凝膠材料研究現(xiàn)狀

梁慷 林強 孫國斌

摘 要：植物生長型生態(tài)混凝土是一種能夠適應(yīng)植物生長，對調(diào)節(jié)生態(tài)平衡，美化環(huán)境景觀，實現(xiàn)人類與自然的協(xié)調(diào)具有積極作用的混凝土材料，已在國內(nèi)外的住宅區(qū)、道路、停車場和水利工程的河流護坡上進行了工程運用。植生型混凝土的核心技術(shù)之一是研制低堿度水泥基膠凝材料。文章介紹了低堿度水泥基膠凝材料實現(xiàn)途徑及制備技術(shù)方法，供相關(guān)工程參考。

關(guān)鍵詞：生態(tài)混凝土；水泥基材料；降低堿度

引言

水泥基膠凝材料（如：混凝土）是目前最大宗的人造工程材料，它具有可澆注、經(jīng)濟、耐用、現(xiàn)場制作、藝術(shù)性等優(yōu)良特點。它給人類帶來了文明，也給環(huán)境造成了污染。理論上，生產(chǎn)一噸水泥熟料，要燃燒178kg標(biāo)準(zhǔn)煤，因此會排放出大約800公斤CO2，0.74公斤的SO2等有害氣體。21世紀(jì)混凝土的發(fā)展方向應(yīng)該是生態(tài)友好型混凝土，因此，膠凝材料應(yīng)該突破傳統(tǒng)建筑材料的范圍，發(fā)展生態(tài)環(huán)境友好型材料，走可持續(xù)發(fā)展之路。

植物生長型生態(tài)混凝土（簡稱：植生型混凝土）是一種能夠適應(yīng)植物生長，對調(diào)節(jié)生態(tài)平衡，美化環(huán)境景觀，實現(xiàn)人類與自然的協(xié)調(diào)具有積極作用的混凝土材料，目前已在國內(nèi)外的住宅區(qū)、道路、停車場和水利工程的河流護坡上進行了工程實施試驗，而植生型混凝土的核心技術(shù)之一就是研制低堿度水泥基膠凝材料。

1 水泥基材料低堿度獲得途徑

1.1 水泥品種的選擇

按熟料的主要礦物組成，水泥可分為：硅酸鹽水泥（主要礦物為硅酸鈣）、鋁酸鹽水泥（主要礦物為鋁酸鈣）、硫鋁酸鹽水泥（主要礦物為無水硫鋁酸鈣）三大系列。硫鋁酸鹽水泥由于其水化產(chǎn)物主要為鈣礬石，且該水化產(chǎn)物能夠在低堿環(huán)境下穩(wěn)定存在，此時與之平衡的硬化漿體液相的堿度也是較低的。試驗顯示，硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥，它們的硬化漿體液相各組分平衡時的pH值分別為13.5、11.0、10.8左右。因此，硫鋁酸鹽水泥是配制植生型混凝土?xí)r的首選。

1.2 在硅酸鹽水泥中摻活性摻合料

目前市面常見的水泥是硅酸鹽水泥，如用該類水泥配制植生型混凝土，必須首先降低它水化產(chǎn)物的堿度。目前通過對硅酸鹽水泥改性而降低其水化產(chǎn)物堿度的方法主要有三種：

（1）硅酸鹽水泥+聚合物乳液（所用的聚合物為丙烯酸酷類）；

（2）硅酸鹽水泥+活性摻合料（活性摻合料包括硅灰、高爐礦渣、粉煤灰等，但此方法只有在摻量較大時才能起作用）；

（3）以上兩種方法的結(jié)合。

1.3 其他措施

其他能有效地減小混凝土pH值的措施有：

（1）通過改變輕質(zhì)混凝土中輕骨料的組成類型（如增加珍珠巖的量）；

（2）采用FeSO4溶液對多孔混凝土進行降堿處理；

（3）采用封堿的方法，對混凝土孔隙內(nèi)的堿性環(huán)境進行改造。即用噴霧裝置將分散性好，抗破乳性強的聚合物（如環(huán)氧樹脂）對混凝土孔隙的孔壁進行表面處治，在孔壁表面形成一層具有一定強度的均勻薄膜，封堵水化水泥中的毛細孔道，阻塞堿溶液析出。

2 研究結(jié)果

（1）礦物外摻料的加入有利于多孔混凝土內(nèi)部孔隙pH值的降低，礦物外摻料對pH值的降低程度最明顯的是硅灰，當(dāng)硅灰摻量在6%時，其28天的pH值可降到了10.5以下。硅灰的摻入還可明顯改善大摻量粉煤灰混凝土的早期強度，后期強度發(fā)展也較好，但其成本較高，操作不易，不適合規(guī)?；a(chǎn)，故不提倡使用；

（2）當(dāng)粉煤灰、礦渣摻量在22.22%～28.58%之間時，28d齡期的植生型混凝土pH值在11.82～10.31之間；當(dāng)粉煤灰可摻量達65%～70%時，28d的pH值可達11.50以下，90d的pH值甚至可以達到9.00～10.50；

（3）采用環(huán)氧樹脂對混凝土孔隙進行表面處治后，其pH值可降至7左右，呈現(xiàn)中性。這是因為，環(huán)氧樹脂在膠結(jié)材料表面形成的高分子薄膜能有效地阻止堿類物質(zhì)的析出，阻斷了堿的來源；

（4）在不考慮強度因素的情況下，當(dāng)鋁粉摻量為1.2‰、水膠比為0.60、水泥摻量為10%、生石灰摻量為15%、粉煤灰占75%時、所制得的混凝土90天的pH值僅為8.92。

3 結(jié)束語

植生型混凝土技術(shù)將工程防護和生態(tài)綠化的有效地結(jié)合在一起，具有良好的環(huán)境效應(yīng)，符合建設(shè)和諧社會的要求和我國可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略。低堿度水泥基膠凝材料制備是植生型混凝土研究的核心，隨著研究的深入，勢必會成為混凝土技術(shù)研究的熱點之一。

參考文獻

[1]宋文杰.邊坡生態(tài)護坡的植生混凝土研究[D].長沙：長沙理工大學(xué)，2011.5.

[2]楊永民，趙洪，張君祿.植被混凝土在水利邊坡工程中的研究進展和應(yīng)用現(xiàn)狀[J].廣東建材，2014，3：9-12.

[3]張開猛.大摻量粉煤灰植生型多孔混凝土的研究[D].綿陽：西南科技大學(xué)，2007.4.

[4]劉正龍.生態(tài)混凝土低堿度膠凝材料研究[D].南京：南京水利科學(xué)研究院，2004.6.

[5]奚新國.高孔隙率低堿度膠凝材料的研究[D].南京：南京工業(yè)大學(xué)，2003.12.

注：文章得到南京工業(yè)職業(yè)技術(shù)學(xué)院院級最大項目（編號：YK13-05-02）資助，作者在此表示衷心感謝。