復(fù)合硅酸鹽水泥的研制與應(yīng)用

顧佳妮/華北理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院

復(fù)合硅酸鹽水泥的研制與應(yīng)用

顧佳妮/華北理工大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院

隨著科技的進(jìn)步，現(xiàn)代工業(yè)趨向于一種綠色可持續(xù)的發(fā)展方式，越來越多的復(fù)合材料利用廢棄資源打開了新市場。本文從復(fù)合硅酸鹽水泥的種類、生產(chǎn)條件與性能特點(diǎn)進(jìn)行論述，簡述了工業(yè)廢渣在復(fù)合硅酸鹽水泥中的應(yīng)用和發(fā)展前景。

復(fù)合硅酸鹽水泥；混合材；生產(chǎn)條件；性能特點(diǎn)；工業(yè)廢渣；節(jié)能減排

1.復(fù)合硅酸鹽水泥的定義與種類

長期以來，建筑領(lǐng)域使用最廣泛的水泥基復(fù)合材料是由硅酸鹽水泥、砂、石和水組成的普通混凝土。然而，隨著現(xiàn)代科技的進(jìn)步，普通混凝土的性能已遠(yuǎn)不能滿足現(xiàn)代建筑的要求，這使得水泥基復(fù)合材料取得重大發(fā)展。

1.1 復(fù)合硅酸鹽水泥的定義

復(fù)合硅酸鹽水泥是由硅酸鹽水泥熟料、兩種或兩種以上規(guī)定的混合材料、適量石青磨細(xì)制成的水硬性膠凝材料。水泥中混合材料總摻t按重量百分比應(yīng)大于15％,不超過50％,且不應(yīng)與GB1344重復(fù)。

1.2 復(fù)合硅酸鹽水泥的種類

按增強(qiáng)體的種類，水泥基復(fù)合材料可分為混凝土、纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料、聚合物混凝土復(fù)合材料等。

混凝土由水泥、水和粗、細(xì)集料按適當(dāng)比例拌和均勻，經(jīng)澆搗成型后硬化而成。按復(fù)合材料定義 ，它屬于水泥基復(fù)合材料，是建筑工程中最主要的建筑材料之一，在工業(yè)與民用建筑、給排水工程、國防建筑等方面都廣泛應(yīng)用。

纖維增強(qiáng)水泥基復(fù)合材料是由不連續(xù)的短纖維均勻分散于水泥混凝土基材中形成的復(fù)合材料，常用纖維有鋼纖維、玻璃纖維、碳纖維。

與普通混凝土不同，聚合物混凝土是以聚合物或聚合物與水泥為膠結(jié)材料，可分為：聚合物混凝土或樹脂混凝土（PC）、聚合物浸漬混凝土（PIC）和聚合物改性混凝土（PMC）。

1.2.2 RANK啟動(dòng)子區(qū)甲基化檢測 使用Methyl Primer Express v1.0設(shè)計(jì)重亞硫酸鹽測序引物：上游引物 5′-GGTGCCTTTCTAGAATTTGGTGG-3′；下 游引 物：5′-CCAACCCTAAATTACCCTTCAC-3′，PCR產(chǎn)物長度376 bp，共20個(gè)CpG位點(diǎn)。

2.復(fù)合硅酸鹽水泥的混合材類型

現(xiàn)用于生產(chǎn)復(fù)合硅酸鹽水泥的混合材種類很多。按來源分，可分為天然的（如石灰石、玄武石巖等）與人造的（如礦渣、粉煤灰等）；按反應(yīng)分，可分為具有潛在水硬性（礦渣、磷渣等）和火山灰性的（如沸石、粉煤灰等）。其他混合材包括化鐵爐渣、冶金渣、煤矸石等。目前廣泛應(yīng)用的有礦、粉煤灰、化鐵爐渣，黃磷渣等。

3.復(fù)合硅酸鹽水泥的生產(chǎn)條件

人們習(xí)慣認(rèn)為硅酸鹽水泥才是優(yōu)質(zhì)水泥,復(fù)合硅酸鹽水泥往常被視為質(zhì)量較差的水泥,這種觀點(diǎn)是不符合科學(xué)道理的。在各種因素適宜的情況下,可以生產(chǎn)出比硅酸鹽水泥還要好的優(yōu)質(zhì)復(fù)合硅酸鹽水泥,要生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)復(fù)合硅酸鹽水泥應(yīng)注意下列三個(gè)條件。

3.1 保證熟料質(zhì)量并選擇適宜混合材及摻量

生產(chǎn)優(yōu)質(zhì)復(fù)合硅酸鹽水泥的首要條件是保證熟料質(zhì)量,否則就是不加混合材也生產(chǎn)不出好的水泥。復(fù)合硅酸鹽水泥因加入混合材量大,通常早期強(qiáng)度低,因此,選擇混合材時(shí)要注意其特性。另外,混合材摻量還與熟料質(zhì)量和成分有關(guān)。如C3A高的熟料,石灰石宜多摻;堿含量高的熟料,宜多摻火山灰質(zhì)混合材。各種混合材的總摻量及其比例,應(yīng)根據(jù)科學(xué)實(shí)驗(yàn)來確定。

3.2 選擇合理的石膏用量及粉磨細(xì)度

在硅酸鹽水泥中選擇合理的石膏用量可正確調(diào)節(jié)水泥凝結(jié)時(shí)間、降低C3A水化速度、改善水泥漿的工作度、提高水泥后期強(qiáng)度,一般控制在1.5-3.5％(按SO3計(jì))。在復(fù)合硅酸鹽水泥中摻加多種混合材,混合材的難磨度有所不同,篩余的化學(xué)成份也經(jīng)常是那些難磨的混合材,不控制好恰當(dāng)?shù)姆勰ゼ?xì)度,那些粗的混合材在水泥水化時(shí)就難以參與反應(yīng)。

3.3 選用合適的外加劑

復(fù)合硅酸鹽水泥一般需要用外加劑來提高熟料水化速度，改善水泥早期強(qiáng)度，從而彌補(bǔ)加入大量混合材帶來的相應(yīng)缺陷。選用外加劑應(yīng)嚴(yán)格控制摻量，協(xié)調(diào)早后期強(qiáng)度。

4.復(fù)合硅酸鹽水泥的性能特點(diǎn)

復(fù)合硅酸鹽水泥在確保水泥質(zhì)量的同時(shí)，減少熟料成分，利用新型水泥技術(shù)處理了大量工業(yè)廢渣，不僅改善水泥性能，還提高了水泥產(chǎn)量，降低能耗與生產(chǎn)成本。其在熟料質(zhì)量性能、混合材選擇搭配、生產(chǎn)質(zhì)量控制系統(tǒng)上，比普通硅酸鹽水泥具有更高的要求，產(chǎn)出的水泥更優(yōu)質(zhì)。在摻入的混合材上，復(fù)合硅酸鹽水泥將粉煤灰的填充效應(yīng)、表面水化效應(yīng)與礦渣膠凝性能的結(jié)合，改善混凝土中的亞微觀結(jié)構(gòu)，顯著提高水泥基材料的混合性能與激發(fā)作用。在水化熱上，復(fù)合硅酸鹽水泥比普通硅酸鹽水泥低10％左右，有利于大體積混凝土施工。

5.工業(yè)廢渣在水泥中的應(yīng)用

一、利用各種工業(yè)廢渣或廢料作為水泥的混合材（粉煤灰、礦渣、廢礦、煤研石等），混合磨細(xì)生成相應(yīng)的水泥品種。二、利用工業(yè)廢料作為水泥熟料原料（電石渣、赤泥、廢礦石等），經(jīng)處理后可充分利用其中所含的硅、鋁、鐵、鈣等有效成份，替代部分天然原料，調(diào)配制成復(fù)合要求的水泥生料。三、利用具有可燃組分的廢渣或廢料，作為鍛燒水泥熟料所需的燃料，通常稱為替代燃料或二次燃料。這樣既能合理利用資源又節(jié)能減排。

6.復(fù)合硅酸鹽水泥的發(fā)展

復(fù)合水泥的“復(fù)合效應(yīng)”不僅是一種工業(yè)廢渣高值化的途徑,而且還具有顯著提高早期強(qiáng)度、整體強(qiáng)度的優(yōu)點(diǎn)。研究復(fù)合水泥在物理力學(xué)性能上、在宏觀和微觀上的“復(fù)合效應(yīng)”,對水泥物理化學(xué)學(xué)科的發(fā)展具有重大意義。

6.1 我國水泥發(fā)展現(xiàn)狀

隨著我國經(jīng)濟(jì)的高速發(fā)展，水泥工業(yè)作為重要的基礎(chǔ)原料產(chǎn)業(yè)，實(shí)現(xiàn)了自身的膨脹式發(fā)展，為我國近年來的城鄉(xiāng)發(fā)展和基礎(chǔ)設(shè)施建設(shè)做出了巨大的貢獻(xiàn)。技術(shù)上，我國水泥不斷探索新型工業(yè)化道路，大規(guī)模推廣新型干法水泥技術(shù)。這大大有利于我國產(chǎn)業(yè)機(jī)構(gòu)的升級與緩和資源與發(fā)展之間的沖突。但相比于發(fā)達(dá)國家，我國水泥產(chǎn)業(yè)仍未脫離“大而不強(qiáng)”的局面，其生產(chǎn)發(fā)展仍延續(xù)著粗放式經(jīng)濟(jì)的增長模式。

6.2 復(fù)合硅酸鹽水泥的社會(huì)效益和發(fā)展前景

大量運(yùn)用工業(yè)廢渣生產(chǎn)復(fù)合硅酸鹽水泥，是發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的一個(gè)方面，可直接降低環(huán)境污染，實(shí)現(xiàn)節(jié)能、減排、低碳的生產(chǎn)目標(biāo)，具有巨大的社會(huì)效益。在復(fù)合硅酸鹽水泥中摻入較大量的工業(yè)廢渣是發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)的一種嘗試，能節(jié)約資源、提高環(huán)境的保護(hù)。據(jù)不完全統(tǒng)計(jì)，我國水泥工業(yè)每年向大氣排放的粉塵、煙塵在1300萬以上，雖然比過去1800萬t有了較大的改進(jìn)，但比國家環(huán)保部門要求的年排放量650萬t仍相距甚遠(yuǎn)。利用工業(yè)廢渣可有效減輕環(huán)境負(fù)荷的潛能，使水泥工業(yè)朝節(jié)能、減排的循環(huán)經(jīng)濟(jì)發(fā)展。

故而復(fù)合水泥的開發(fā)、研制、生產(chǎn)和性能研究已成為國內(nèi)外水泥發(fā)展的又一重要方向。

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