改性硅酸鹽水泥研究和展望

王凱

【摘要】隨著社會(huì)不斷快速的發(fā)展，對(duì)于建筑物功能的要求也越來(lái)越多種多樣。作為建筑中最常用的材料——水泥也就成了研究的關(guān)鍵所在。其中硅酸鹽水泥作為水泥中用量最大，使用最為普遍的水泥，對(duì)它物理化學(xué)性能的改進(jìn)研究也就成為了重中之重。改性水泥在普通硅酸鹽水泥無(wú)法適用的特殊環(huán)境中也越來(lái)越多被應(yīng)用。

【關(guān)鍵詞】 改性硅酸鹽水泥； 物理化學(xué)性能；

1.國(guó)內(nèi)研究現(xiàn)狀及意義

從1889年，中國(guó)唐山用立窯生產(chǎn)唐山“細(xì)綿土”，到1952年第一個(gè)全國(guó)水泥統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)的制定，再到2007年中國(guó)水泥的產(chǎn)量約為11億噸。中國(guó)的水泥生產(chǎn)工藝、添加材料改善性能的研究也在不斷的進(jìn)行中。

韓建國(guó)，閻培渝，侯維紅[1]對(duì)C4A3$-CaSO4-CaO摻入硅酸鹽水泥中的體系（CCC膨脹劑，C4A3$為4CaO·3Al2O3·SO3）的膨脹能力進(jìn)行了研究。他們發(fā)現(xiàn)CCC膨脹劑能夠補(bǔ)償混凝土的自收縮和和干燥收縮，摻量越大補(bǔ)償收縮的能力也就越大。同時(shí)，文章也提出了補(bǔ)償收縮能力在不同齡期的變化。論證了CCC膨脹劑對(duì)收縮引起的結(jié)構(gòu)開(kāi)裂和承載能力、抗?jié)B透能力、耐久性和服役壽命都有所提升。

林國(guó)新，張建國(guó)[2]發(fā)現(xiàn)水性環(huán)氧乳液改善了原水泥砂漿的微觀結(jié)構(gòu)，增強(qiáng)了砂漿的密實(shí)度。使水泥砂漿的的強(qiáng)度、變形能力、粘結(jié)性能、防水性能、耐久性能都得到了明顯改善。聚合物的品種，固體聚合物的質(zhì)量與水泥質(zhì)量之比對(duì)水泥砂漿性能的改善有很大的關(guān)系。

劉晶，汪瀾[3]認(rèn)為將飛灰作為制備水泥的原料，在工藝上具有很高的可行性。同時(shí)對(duì)環(huán)境和經(jīng)濟(jì)的發(fā)展也有頗為有利。他們發(fā)現(xiàn)飛灰間的孔隙較大，有較大的比表面積。雖然不同地區(qū)產(chǎn)生的飛灰成分不相同，但是主要成分均為SiO2、Al2O3和CaO，與水泥的原料體系想接近，經(jīng)處理后取代水泥制備具有較好的物理學(xué)性能。目前在北京已經(jīng)建成了國(guó)內(nèi)首條垃圾飛灰處置示范線。

曹美玲[4]發(fā)現(xiàn)傳統(tǒng)的砂漿粘聚性和保水性較差，是引起收縮裂縫的關(guān)鍵。當(dāng)橡膠摻量為18%時(shí)，砂漿的抗沖擊性能，干燥收縮率都比較合理。主要是由于砂漿中的橡膠顆粒產(chǎn)生彈性變形吸收了一定的外荷載，對(duì)改善聚合物砂漿的粘結(jié)性和耐久性有很大幫助。也對(duì)水泥混凝土的韌性有很大提升。

丁文文，譚克鋒，劉來(lái)寶[5]認(rèn)為水泥的水化硬化過(guò)程是一個(gè)強(qiáng)烈的放熱過(guò)程，盡管使用礦物摻和料可以減緩放熱速度，對(duì)于大體積混凝土來(lái)說(shuō)，在水泥水化放熱和外界環(huán)境的共同作用下，混凝土內(nèi)部很容易達(dá)到或超過(guò)60℃，對(duì)水泥的干縮特性也會(huì)發(fā)生影響。經(jīng)研究發(fā)現(xiàn)，在蒸養(yǎng)條件下，復(fù)摻粉煤灰、硅灰不僅可以提高早期強(qiáng)度還可以減少漿體的干縮，對(duì)水泥漿體抗壓強(qiáng)度也有所提高。

亓松彬[6]發(fā)現(xiàn)在纖維成分中添加二氧化鋯的（含量16%以上）耐堿玻璃纖維，具有較高的拉伸強(qiáng)度和彈性模量、良好的化學(xué)穩(wěn)定性等特性。在水泥混凝土和砂漿中摻加短切抗剪玻璃纖維，可以減少混凝土和砂漿的早期裂縫，提高混凝土和砂漿的防滲、抗裂性能和抗沖擊性能，而且施工性能良好。耐堿玻璃纖維在水泥砂漿的應(yīng)用對(duì)于改善水泥性能，開(kāi)發(fā)新材料、新應(yīng)用具有非常大的實(shí)際意義。

張磊，張亞楠，榮輝，王雪平，楊久俊[7]發(fā)現(xiàn)通過(guò)溶膠凝膠法改性后的硅藻土比表面積由2.76增大到158.52，平均孔徑由初始的3.82nm減小到1.41nm。硅氧四面體被破壞，有較多的不飽和化學(xué)鍵，增強(qiáng)了與水分子的鍵合力；另一方面是由于其含有較多的活性SiO2可以生成更多的水化產(chǎn)物，所以改性硅藻土的水泥砂漿強(qiáng)度較高。當(dāng)改性硅藻土摻量為10%時(shí)。28d抗壓強(qiáng)度最高可達(dá)52.7MPa。改性后的硅藻土具有良好的火山灰性和調(diào)濕性能，摻入水泥基材料后對(duì)其力學(xué)性能和環(huán)境改善效果明顯。

王輝，劉愛(ài)紅，李航[8]發(fā)現(xiàn)將摻量為0.04%石墨烯納米片經(jīng)過(guò)球磨法均勻的分散在水泥基體中，會(huì)產(chǎn)生和橋聯(lián)效應(yīng)和拔出效應(yīng)，改善和提高了水泥基復(fù)合材料的力學(xué)性能。3d抗折強(qiáng)度提高了22.84%和抗壓強(qiáng)度提高了23.61%。在水泥斷裂處會(huì)形成方向交錯(cuò)、形態(tài)細(xì)長(zhǎng)的石墨烯納米片，當(dāng)發(fā)生斷裂時(shí)這些納米片會(huì)形成拔出效應(yīng)，從而有效的分擔(dān)各個(gè)方向的應(yīng)力，消耗掉部分能量，達(dá)到提高韌性的目的。

目前，我國(guó)還有許許多多的研究者正投身于改性硅酸鹽水泥研究中，相信不久的將來(lái)更多針對(duì)不同問(wèn)題的的改性硅酸鹽水泥將被研制出來(lái)。

2.傳統(tǒng)水泥的不足

隨著我國(guó)社會(huì)經(jīng)濟(jì)的不斷進(jìn)步和發(fā)展，對(duì)建筑物的要求也會(huì)越來(lái)越多。功能、美觀、舒適、環(huán)保等方面要求迫使更多新型建筑材料的誕生和運(yùn)用。作為使用最廣的傳統(tǒng)水泥在水化硬化中會(huì)放出大量的熱，對(duì)建筑物本身也是一種傷害。水化產(chǎn)物中存在大量結(jié)晶程度并不好的晶體，使得普通硅酸鹽水泥在抗?jié)B、防水、防腐蝕、耐老化等方面有很大缺陷，許多建筑物往往實(shí)際的使用壽命尚未達(dá)到設(shè)計(jì)使用壽命便無(wú)法滿足其使用要求。傳統(tǒng)硅酸鹽水泥在抗折強(qiáng)度和抗壓強(qiáng)度上難以提升，在設(shè)計(jì)建造時(shí)因?yàn)榘踩纫蛩囟褂眠^(guò)大的柱子和梁，這不但增加了建筑物的自重，還影響了建筑物的實(shí)用性和美觀。

3.應(yīng)用與展望

改性硅酸鹽水泥則能很好的處理上訴問(wèn)題，改性硅酸鹽水泥擁有抗?jié)B、抗凍、防水、防腐蝕、耐久性強(qiáng)等特點(diǎn)，在水閘、港口、冶金工程、化工中多有運(yùn)用。改性硅酸鹽水泥的運(yùn)用大大提高了建筑物的使用壽命，增加了建筑物的安全系數(shù)，降低了建筑物在使用中損壞帶來(lái)的次生經(jīng)濟(jì)損失。隨著我國(guó)改性硅酸鹽水泥的研究的日益成熟，以及國(guó)家對(duì)建筑物安全、環(huán)保、經(jīng)濟(jì)方面的重視，改性硅酸鹽水泥的研究和運(yùn)用也將越來(lái)越廣泛。

參考文獻(xiàn)：

[1] 韓建國(guó)1，閻培渝1，侯維紅2. C4A3$-CaSO4-CaO 體系在硅酸鹽水泥漿體中的膨脹能力[J]. 硅酸鹽學(xué)報(bào)，2016，08：1-6.

[2]林國(guó)新，張建國(guó). 水性環(huán)氧水泥砂漿添加劑的開(kāi)發(fā)[J]. 廣州化工，2016，18：113-115.

[3]劉晶，汪瀾. 垃圾焚燒飛灰特性及在水泥行業(yè)資源利用研究進(jìn)展[J]. 新型建筑材料，2016，08：62-65+85.

[4]曹美玲. 橡膠顆粒改性摻量對(duì)水泥砂漿性能的影響[J]. 價(jià)值工程，2016，29：129-130.

[5]丁文文，譚克鋒，劉來(lái)寶. 養(yǎng)護(hù)溫度對(duì)粉煤灰、硅灰水泥漿體強(qiáng)度和干縮的影響[J]. 西南科技大學(xué)學(xué)報(bào)，2016，03：63-67.

[6] 亓松彬. 耐堿玻璃纖維在水泥混凝土砂漿中的應(yīng)用研究[J]. 混凝土世界，2016，10：80-85.

[7] 張磊，張亞楠，榮輝，王雪平，楊久俊. 基于溶膠凝膠法改性的硅藻土對(duì)水泥基材料性能的影響[J]. 材料導(dǎo)報(bào)，2016，16：120-126.

[8] 王輝，劉愛(ài)紅，李航. 石墨烯納米片對(duì)水泥基復(fù)合材料力學(xué)性能的影響[J]. 混凝土與水泥制品，2015，12：25-27.