研發(fā)新型綠色混凝土的技術(shù)途徑

邢東海

（北京肇倩工程技術(shù)有限公司，北京　314002）

研發(fā)新型綠色混凝土的技術(shù)途徑

邢東海

（北京肇倩工程技術(shù)有限公司，北京314002）

混凝土轉(zhuǎn)型升級走綠色發(fā)展之路勢在必行。筆者提出采用超細(xì)高強(qiáng)水泥、水泥內(nèi)摻抗?jié)B粉、利用粉體改性技術(shù)摻加無機(jī)微納米材料、適應(yīng)泵送性提高密實(shí)性和利用納米硅作載體，開發(fā)多功能綠色混凝土等方法。為混凝土企業(yè)實(shí)現(xiàn)綠色混凝土生產(chǎn)提供可選擇的途徑。

超細(xì)水泥；內(nèi)摻抗?jié)B粉；粉體改性；綠色工程

0　前言

水泥混凝土是世界上最大量的建筑材料，也是最復(fù)雜的活性復(fù)合材料制品。混凝土的質(zhì)量關(guān)系社會資源消耗、人類生存及生命安全，如何走可持續(xù)發(fā)展的綠色混凝土道路，是值得高度重視的社會問題。

回顧中國混凝土發(fā)展的歷程，存在一條波浪式前進(jìn)的主鏈，大致是：水灰比學(xué)說引起合理用水；澆注成型方法不斷改進(jìn)；化學(xué)品輔助改性；摻合料品種增多；減水劑普遍使用；高性能混凝土得到發(fā)展；泵送混凝土提高了施工效率；防水抗?jié)B廣泛重視；廢棄混凝土再生利用；混凝土的本質(zhì)缺陷即將改變。

對比國外材料變革的發(fā)展現(xiàn)象，主鏈條似較簡單：70 年代出現(xiàn)各種混合水泥、化學(xué)水泥、聚合物水泥等；90 年代大力推廣超細(xì)高標(biāo)號水泥，攪拌和泵送機(jī)械率先普及。因?yàn)槌?xì)水泥的推廣應(yīng)用，混凝土質(zhì)量和施工效率明顯提高，建筑自重減輕……

對比國內(nèi)外的差距是，國內(nèi)大量使用傳統(tǒng)水泥帶來了十分嚴(yán)重的資源環(huán)境破壞，混凝土次生災(zāi)害嚴(yán)重，危及人類生存安全。面對現(xiàn)實(shí)，混凝土行業(yè)迫切需要轉(zhuǎn)型升級，爭走綠色發(fā)展道路。

1　推廣采用超細(xì)高強(qiáng)水泥

超細(xì)水泥指粒度小于10μm 的水泥顆粒占90% 的高標(biāo)號水泥，水泥標(biāo)號與細(xì)度成正比關(guān)系。國內(nèi)超細(xì)水泥發(fā)展慢，325μm（45μ）的水泥也稱“超細(xì)水泥”。90 年代上海浦東高層建筑每年進(jìn)口超細(xì)水泥十幾萬噸，是國外設(shè)計(jì)圖紙的技術(shù)要求。十多年來，東南亞國家的建筑工程已普及采用超細(xì)水泥。中國至今只有幾家中外合作企業(yè)生產(chǎn)少量超細(xì)水泥，軍工需要一直靠高價(jià)進(jìn)口。

筆者曾發(fā)表一篇《水泥混凝土改性增強(qiáng)原理及方法》，全文闡述水泥混凝土結(jié)構(gòu)疏松多孔需要超細(xì)補(bǔ)強(qiáng)的長壽觀念及方法。水泥的強(qiáng)度主要決定于小于10μm 的水泥顆粒比例，粗顆粒只起填充作用，存在后期活性危害性。水泥超細(xì)后，小于10μm 顆粒成倍增長，水泥快硬高強(qiáng)，混凝土的致密性也因此提高，耐久性自然增長。

超細(xì)水泥電耗高不是主要問題，筆者研究20 年的難點(diǎn)是設(shè)備大型化困難。后來研究出小型化的工藝設(shè)備方案，100 萬設(shè)備費(fèi)，便可生產(chǎn)2～3萬噸/年超細(xì)水泥。單位產(chǎn)品電耗不到200 度/噸。與網(wǎng)上投資6億建50 萬噸超細(xì)水泥廠的可行性研究報(bào)告相比，6億投資可在攪拌站建600 套小型機(jī)組，使產(chǎn)品升級，水泥產(chǎn)能可達(dá)1000 萬噸以上。

2　使用摻加納米材料的水泥

水泥的細(xì)度僅180 目（88μm），一般不會因?yàn)榧?xì)度而產(chǎn)生表面靜電。水泥的堿性特點(diǎn)是化學(xué)成份決定的，為提高和易性，減少吸水量，采用減水劑減少用水量，是行之有效的方法。

水泥表面改性目的是提高分散性、和易性、混合均勻性，達(dá)到均質(zhì)減水、密實(shí)增強(qiáng)效果。摻加微細(xì)粉比表面積大、吸水量大，微粉需改性疏水，有利減水，也緩和速凝。如果使用摻有納米二氧化硅的水泥，由于流動性改善，水泥顆粒表面極性降低，混凝土的用水量會自然減少。

摻加無機(jī)材料需要輔助改性的是極性強(qiáng)、流動性差的微納米粉體，如納米二氧化硅，納米偏高嶺石粉等。

試驗(yàn)證明，水泥中摻加2%～3% 的納米級二氧化硅，水泥混凝土的抗?jié)B標(biāo)準(zhǔn)可提高到 P15以上等級，能徹底解決水泥混凝土滲漏問題。但這種外摻方法存在混合均勻性問題，也給攪拌站操作帶來不便。有效的方案是在粉磨站水泥磨前計(jì)量配料加入納米級二氧化硅粉磨。

值得指出，必須加入小于100nm 占50% 以上的納米級二氧化硅（氣相法來達(dá)標(biāo)），才能在磨內(nèi)起分散作用，提高水泥流動性，既有助磨作用，也有減水效果。對比水泥內(nèi)摻和混凝土外摻兩種添加納米二氧化硅的方法，超細(xì)水泥內(nèi)摻入少量納米二氧化硅是理想方案，在傳統(tǒng)水泥中摻入2%～3%的納米二氧化硅則是最方便方案。

添加納米二氧化硅吸水增稠防泌水，可增加流動性。在油田固井行業(yè)，為適應(yīng)泵送鉆探深井操作需要摻加納米二氧化硅，摻量大至20%～30%，可大大提高流動性，延長稠化時(shí)間，又減輕漿料體重方便泵送。

提高密實(shí)性的方法較多，如攪拌、振搗、引氣、顆粒級配設(shè)計(jì)，減水劑改性等。改性的原理應(yīng)掌握粉體酸堿度的特性，按正負(fù)電性或粘性調(diào)節(jié)。合理使用高分子材料交聯(lián)、整合、滲透，延長硅氧鏈網(wǎng)構(gòu)，發(fā)揮有機(jī)與無機(jī)材料相結(jié)合的凝固作用，是值得重視研究應(yīng)用的。

3　尾語

本文簡述了與轉(zhuǎn)型升級相關(guān)的個(gè)人見解，希望能拋磚引玉。筆者認(rèn)為，混凝土的人性化發(fā)展目標(biāo)是健康長壽，超細(xì)微納米材料的合理使用是解決水泥及混凝土質(zhì)量的根本方向，群眾路線要發(fā)動建工建材兩大陣營的科技力量聯(lián)合攻關(guān)，有了高質(zhì)量的超細(xì)水泥品種，何苦需要各種添加劑減水、防水、抗?jié)B、抗凍？何必生產(chǎn)專用抗?jié)B劑、纖維網(wǎng)？

納米二氧化硅的光、電、磁、波、熱、力學(xué)、化學(xué)性能有獨(dú)異功能，因?yàn)閹ж?fù)電，磁性強(qiáng)，可吸收紫外波，是吸光材料、光電材料、儲能材料，也是性能穩(wěn)定的化工催化劑、藥物、顏料、金屬粉的載體材料。利用多孔高比表面積的納米二氧化硅作載體，可開發(fā)各種多功能材料，如壓光、消光、吸波、抗紫外、耐老化、抗菌、自潔、抗靜電、防輻射、導(dǎo)電等高性能多功能水泥混凝土。

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邢東海（1941—），男，研究員，主要從事城市粉體材料研究。