淺談我國綠色水泥材料的應用及發(fā)展見解

　　文章說明了發(fā)展綠色水泥材料的必要性，闡述了目前我國水泥材料應用的現(xiàn)狀，提出了綠色水泥材料的發(fā)展方向。

　　《施工技術(shù)》多年來，及時追蹤報道建設(shè)領(lǐng)域的最新技術(shù)，以其實用性強、內(nèi)容豐富的特色，深受工程技術(shù)人員的歡迎和好評，發(fā)行量在國內(nèi)建筑領(lǐng)域遙遙領(lǐng)先。辦刊宗旨：面向全國工程建設(shè)領(lǐng)域，及時報道國家和建設(shè)部有關(guān)施工技術(shù)政策，傳播和交流國內(nèi)外先進施工技術(shù)和經(jīng)驗。

　　近年來，我國建筑與建材工業(yè)取得了長足的發(fā)展，技術(shù)水平不斷提高，縮短了與發(fā)達國家的差距。但是，隨著城市建設(shè)的不斷發(fā)展，對資源和能源的消耗也越來越大，給環(huán)境帶來很大的負荷，已不符合國家可持續(xù)發(fā)展的戰(zhàn)略要求。改變傳統(tǒng)落后的粗放式發(fā)展模式，轉(zhuǎn)變經(jīng)濟發(fā)展方式，推進綠色低碳發(fā)展已經(jīng)成為我們的當務(wù)之急。

　　1 大力發(fā)展綠色水泥材料的意義

　　硅酸鹽水泥是建材行業(yè)使用最普遍、用量最大水泥品種。雖然硅酸鹽水泥已使用了很多年，為社會的進步做出了很大貢獻，但是，其性能還有很多不如意的地方。硅酸鹽水泥的耐久性低，主要是由于CaO含量高(63%～67%)的原因。水化產(chǎn)物出來主要的水化硅酸鈣之外，還有大量的Ca(HO)2生成，其在化學上和物理上都是活性物質(zhì)，很容易與其他酸、堿、鹽介質(zhì)發(fā)生反應產(chǎn)生破壞作用，從而降低水泥制品的耐久性，造成很大的材料浪費和經(jīng)濟損失。另外，在技術(shù)不斷進步的同時，硅酸鹽水泥一直在生產(chǎn)上存在很多嚴重的弊端，如資源、能源消耗巨大、環(huán)境污染嚴重，溫室氣體排放嚴重超標，產(chǎn)能過剩等問題。雖然國家近年進行了產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)優(yōu)化，技術(shù)改造，淘汰落后產(chǎn)能等相關(guān)措施，可是，這些政策并未能改變水泥行業(yè)高污染，高能耗的現(xiàn)狀。逐步推進水泥產(chǎn)業(yè)結(jié)構(gòu)調(diào)整，開發(fā)適應經(jīng)濟社會可持續(xù)發(fā)展的環(huán)境友好型水泥混凝土材料及推廣其在土木工程當中的應用具有重要意義。

　　2 綠色水泥材料研究與應用現(xiàn)狀

　　目前，在建筑與建材行業(yè)除了應用硅酸鹽水泥之外，還有其他幾種膠凝材料。如堿激發(fā)礦渣水泥、堿激發(fā)粉煤灰水泥、硫鋁酸鹽水泥和鎂質(zhì)水泥等。隨著對資源、能源和環(huán)保意識的提高和重視，這些綠色膠凝材料越來越得到重視。

　　2.1 堿激發(fā)膠凝材料。堿激發(fā)膠凝材料由原蘇聯(lián)基輔建筑工程學院學者于1957年發(fā)明，又稱為“土壤水泥”，由堿金屬化合物與含鋁硅酸鹽的原材料作用產(chǎn)生膠凝物質(zhì)。該水泥凝結(jié)快、強度高、低溫下強度發(fā)展也很好、低收縮、抗凍融、抗硫酸鹽、抗腐蝕和低堿集料反應，具有很好的耐久性，綜合性能優(yōu)良。它能滿足未來建筑工程材料的高強高耐久要求。

　　根據(jù)組成材料的不同，有不同的堿激發(fā)膠凝材料系統(tǒng)，如堿-硅酸鹽水泥熟料膠凝材料，堿-礦渣膠凝材料，堿-粉煤灰膠凝材料，堿-礦渣-粉煤灰膠凝材料等。

　　堿激發(fā)膠凝材料與硅酸鹽水泥相比具有很多技術(shù)和經(jīng)濟上的優(yōu)勢。硅酸鹽水泥生產(chǎn)過程可概括為“兩磨一燒”工藝，需要消耗大量的石灰石、粘土等資源，生產(chǎn)過程十分耗能。而堿激發(fā)膠凝材料只需對所激發(fā)材料進行粉磨，生產(chǎn)過程簡易，能源及能耗很少，能耗可降低60%～90%。堿激發(fā)膠凝材料生產(chǎn)工藝簡單，無需大的煅燒設(shè)備，無需破碎設(shè)備和生料的粉末設(shè)備及相應的廠房和輔助設(shè)施，基建投資僅為硅酸鹽水泥的30%～40%。堿激發(fā)膠凝材料的能耗低，所需設(shè)備及廠房投入少，所以產(chǎn)品成本大幅降低，比相同強度等級的硅酸鹽水泥大約降低50%。硅酸鹽水泥生產(chǎn)過程中要排放大量CO2，每生產(chǎn)1t水泥就要排放1t CO2，加劇全球氣溫升高，而堿激發(fā)膠凝材料基本上可以無CO2排放，發(fā)展堿激發(fā)膠凝材料可以大大減少水泥工業(yè)的CO2排放量。因此堿激發(fā)膠凝材料可以大量消耗工業(yè)廢棄物，且原料廣泛，成本低廉、工藝簡單、投資較少、能耗低、環(huán)保性強，是一種很有發(fā)展前景的新型綠色水泥材料，應加大研究并積極拓展其在土木工程當中的應用。

　　2.2 鎂質(zhì)水泥。在土木工程當中，除了大量使用以鈣鹽為水化產(chǎn)物的石灰、石膏、硅酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥之外，還有一大類是以鎂鹽為水化產(chǎn)物的鎂質(zhì)膠凝材料。鎂質(zhì)膠凝材料主要包括氯氧鎂水泥、硫氧鎂水泥、磷酸鎂水泥及最近對硫氧鎂水泥進行改性后的堿式硫酸鎂水泥。

　　2.2.1 氯氧鎂水泥。氯氧鎂水泥是1867年法國化學家索瑞爾發(fā)明。氯氧鎂水泥由輕燒氧化鎂與氯化鎂溶液反應獲得，水泥凝結(jié)快，早期強度發(fā)展迅速，后期強度高，導熱性低，防火性好，粘結(jié)力強，可與有機、無機材料粘結(jié)良好，耐磨而且具有很好的裝飾性。但是，這種水泥存在吸潮返鹵、耐水性差等缺陷，雖然經(jīng)過改性之后得到明顯改善，但在實際應用中還是會經(jīng)常出現(xiàn)質(zhì)量問題，主要是一些生產(chǎn)者缺乏核心技術(shù)。氯氧鎂水泥可代鋼代木，用于生產(chǎn)玻鎂防火板、GRC板材、玻鎂風管、農(nóng)用大棚架、井蓋、亭臺樓閣等。氯氧鎂水泥屬于綠色環(huán)保材料，組成材料中的輕燒氧化鎂煅燒溫度為700℃左右，比硅酸鹽水低一半，CO2排放量低，氯化鎂可由工業(yè)副產(chǎn)物獲得。

　　2.2.2 硫氧鎂水泥。硫氧鎂水泥在組成和性能上與氯氧鎂水泥相似，只是調(diào)和劑使用硫酸鎂溶液。硫氧鎂水泥與氯氧鎂水泥相比，具有吸潮返鹵性較低，對鋼筋腐蝕性小等優(yōu)點。但是，由于內(nèi)部反應不充分，強度較氯氧鎂水泥低很多，且很容易開裂。近年，通過對硫氧鎂水泥進行改性研究后發(fā)現(xiàn)，通過摻加有效外加劑后，可以促進硫氧鎂水泥水化的進行，水化產(chǎn)物以堿式鹽5Mg(OH)2·MgSO4·7H2O為主要產(chǎn)物，水泥力學性能和耐久性得到很大改進和提高，已優(yōu)于氯氧鎂水泥，有學者將其命名為“堿式硫酸鎂水泥”。該水泥完全可以取代氯氧鎂水泥，并且無吸潮返鹵及腐蝕鋼材現(xiàn)象發(fā)生。堿式硫酸鎂水泥經(jīng)過理論創(chuàng)新，采用工業(yè)廢硫酸、輕燒氧化鎂、粉煤灰和化學外加劑為主要原料，可以開發(fā)低成本的堿式硫酸鎂水泥產(chǎn)品，實現(xiàn)從水泥產(chǎn)品到建筑材料制品的工業(yè)化大生產(chǎn)模式。該水泥具有快凝、早強、高強、抗水、不吸潮返鹵、耐高溫性好、抗腐蝕、護筋性能好等優(yōu)異性能，同時具有低碳、節(jié)能、利廢和環(huán)保等良好經(jīng)濟效益和社會效益，適合于制作建筑工業(yè)的結(jié)構(gòu)材料、保溫材料和裝飾材料等。是最有希望發(fā)展成為繼硅酸鹽水泥之后的用于承重結(jié)構(gòu)材料、并在建筑工程行業(yè)中占據(jù)更大份額的新型膠凝材料。堿式硫酸鎂水泥的理論創(chuàng)新引起了企業(yè)界的青睞，正在穩(wěn)步地推廣、實施。

　　2.2.3 磷酸鎂水泥。磷酸鎂水泥是由磷酸鹽與重燒氧化鎂經(jīng)過酸堿反應形成的一種膠凝材料。磷酸鎂水泥凝結(jié)非常迅速，而且早期強度高，與各種集料粘結(jié)性好，這使得這種水泥非常適合作為修補材料。磷酸鎂水泥在使用時也可以摻入大量的工業(yè)廢棄物如粉煤灰和礦渣，在改善水泥性能的同時起到利廢環(huán)保的效應。

　　2.2.4 碳酸鎂水泥。這種水泥是2003年由澳大利亞學者提出，并且引起了行業(yè)的很大關(guān)注。該水泥由活性氧化鎂與硅酸鹽水泥按不同比例混合，水化產(chǎn)物中含有Mg(OH)2，水鎂石。水鎂石的溶解度要低于Ca(OH)2，并且會與空氣中的CO2反應生產(chǎn)Mg CO2，因此，這種水泥可以消耗空氣中的CO2，而且廢棄之后還可以作為原料生產(chǎn)水泥，所以，屬于生態(tài)環(huán)保的綠色水泥，是很好的硅酸鹽水泥的替代產(chǎn)品。但是目前應用還不多，仍然需要加大對其的研究并盡早推廣應用。

　　3 存在的問題及解決措施

　　目前，無論是堿激發(fā)水泥還是鎂質(zhì)水泥，所存在的最大問題就是原料組成不穩(wěn)定，如各地礦物摻合料由于各種原因其組成波動較大，輕燒氧化鎂活性含量差別較大，造成原料組成不穩(wěn)定，水泥性能受到很大影響。因此，國家及行業(yè)應積極完善相關(guān)標準的制定，推進綠色膠凝材料的更新?lián)Q代。

　　參考文獻

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