低堿度水泥基凝膠材料研究現狀

梁慷 林強 孫國斌

摘 要：植物生長型生態混凝土是一種能夠適應植物生長，對調節生態平衡，美化環境景觀，實現人類與自然的協調具有積極作用的混凝土材料，已在國內外的住宅區、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途徑及制備技術方法，供相關工程參考。

關鍵詞：生態混凝土；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、經濟、耐用、現場制作、藝術性等優良特點。它給人類帶來了文明，也給環境造成了污染。理論上，生產一噸水泥熟料，要燃燒178kg標準煤，因此會排放出大約800公斤CO2，0.74公斤的SO2等有害氣體。21世紀混凝土的發展方向應該是生態友好型混凝土，因此，膠凝材料應該突破傳統建筑材料的范圍，發展生態環境友好型材料，走可持續發展之路。

植物生長型生態混凝土（簡稱：植生型混凝土）是一種能夠適應植物生長，對調節生態平衡，美化環境景觀，實現人類與自然的協調具有積極作用的混凝土材料，目前已在國內外的住宅區、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物主要為鈣礬石，且該水化產物能夠在低堿環境下穩定存在，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時的首選。

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物的堿度。目前通過對硅酸鹽水泥改性而降低其水化產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，對混凝土孔隙內的堿性環境進行改造。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 研究結果

（1）礦物外摻料的加入有利于多孔混凝土內部孔隙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，后期強度發展也較好，但其成本較高，操作不易，不適合規模化生產，故不提倡使用；

（2）當粉煤灰、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，呈現中性。這是因為，環氧樹脂在膠結材料表面形成的高分子薄膜能有效地阻止堿類物質的析出，阻斷了堿的來源；

（4）在不考慮強度因素的情況下，當鋁粉摻量為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 結束語

植生型混凝土技術將工程防護和生態綠化的有效地結合在一起，具有良好的環境效應，符合建設和諧社會的要求和我國可持續發展戰略。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研究的熱點之一。

參考文獻

[1]宋文杰.邊坡生態護坡的植生混凝土研究[D].長沙：長沙理工大學，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用現狀[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，2007.4.

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

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

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