硅鈣渣制備堿激發膠凝材料分析

孔令煒

（吉林建筑大學材料科學與工程學院，吉林長春 130118）

硅鈣渣制備堿激發膠凝材料分析

孔令煒

（吉林建筑大學材料科學與工程學院，吉林長春 130118）

硅鈣渣是指將堿和石灰石加入到高鋁粉煤灰中高溫燒結，通過濕化學方法提取出Al2O3后將堿提取出后的固體殘留物，這些固體殘留物主要包含硅和鈣兩種化學元素，所以它們被統稱為硅鈣渣。目前國內硅鈣渣的處理也還沒有得到合理的處理。而以工業廢渣為原料制備的堿激發膠凝材料因其綠色的制作工藝越來越受研究者的關注。本文將就硅鈣渣制備堿激發膠凝材料來展開論述。

硅鈣渣 堿激發膠凝材料

在日常生活中，煤主要是以燃燒的方式進行消耗，這種消耗方式在解決人們日常所需的問題時也帶來了一系列的環境污染問題如大氣臭氧層破壞，空氣污染等。粉煤灰是煤炭燃燒過程中產生的環境污染固體殘留物，而且國內每年粉煤灰的排放量達到了數億噸的令人驚駭的數目。因而粉煤灰回收利用處理問題迫在眉睫。堿激發膠凝材料是一種新型的綠色膠凝材料，而粉煤灰的濕法提取Al2O3后產生的硅鈣渣因其具備一定的化學成分和活性正好可以作為制備堿激發膠凝材料的原料，因而硅鈣渣為原料制備堿激發膠凝材料的研究也相應成為人們的研究熱點。本文以鈣硅渣為原料，研究制備堿激發膠凝材料。

一、硅鈣渣的應用

隨著粉煤灰提取鋁的工藝的不斷優化，通過堿和石灰石燒結法提取氧化鋁的應用也越來越廣，隨之也就產生了大量的硅鈣渣，然而這種工業廢渣的利用范圍卻很狹小，一部分被人們用于建筑材料如制造水泥等應用上，一部分用于環境保護方面的實驗研究，大部分為了防止環境污染被人工填埋。如何大量利用硅鈣渣成為急需解決的問題。

二、堿激發膠凝材料的制備優勢

我們都知道，在工業產出時都會產生很多含有SiO2、Al2O3、CaO等的工業廢渣材料，如果對它們置之不理，不僅由于這些工業廢渣材料自身沒有或有很微弱膠凝性，不能自發形成有用的產品，還可能造成嚴重的環境污染。[1]一般人們通過急冷方式將其形成玻璃體，利用其具有熱力學活性和相應的化學組成，通過機械、熱力、化學方法等方式使其激活從而具有相應的膠凝性，從而制得堿激發膠凝材料。

三、堿激發膠凝材料的優勢及應用領域

傳統的通用膠凝材料，以硅酸鹽水泥為高鈣體系的水泥為代表，例其堿的含量極高，特別是水化后Ca(OH)2含量很高。所以，以該種膠凝材料構筑的建筑物，在其服役環境下，表現出耐久性不足的缺點，其中，硬化后的水泥石及其混凝土的結構因素和化學組分因素，在服役環境中，極易導致其結構破壞和化學組分改變的現象，例如，在酸性服役環境下，會降低堿性環境的堿度，當堿性環境低于水泥水化產物穩定所需的堿度時，水泥內部堿含量開始分解來維持平衡，從而破壞了水泥石內部的結構穩定性， 直接后果就是影響其構筑物的力學性能，同時其構筑物的耐久性也得到極大破壞。與通用硅酸鹽類膠凝材料相比，堿激發材料的優勢包含如下方面：綠色環保，按化學成分計算，1噸通用硅酸鹽水泥，而產生二氧化碳0.4噸左右，而堿激發膠凝材料95%的原料是工業廢料，不需要以犧牲礦山和土地資源為代價來作為原料，也不需要燒制，“綠色化”生產過程，更加不涉及煙、粉塵、廢水等污染物的排放；性能優異，材料結構決定其使用性能，把傳統材質水泥與堿激發材料對比，可以看出前者是硅鈣體系，后者是硅鋁體系[2]。在同等條件下，堿激發膠凝材料的膠結粘土細沙的能力、低溫下抗凍的能力、特殊環境中抗酸堿腐蝕的能力，普遍超出同標號水泥，由此，可以看出堿激發膠凝材料的性能優勢。

在許多領域，堿激發膠凝材料均能發揮作用：1、建筑領域，具有通用硅酸鹽水泥的膠凝作用，可以用來澆混凝土、預制件、砌筑、抹面、地基處理等；2、交通領域。包含道路凝石、混凝土橋梁及其它交通設施；3、工業建設安裝領域。用于工業設備的基礎快速澆注、快速安裝。4、海洋工程領域。制備海洋工程混凝土；以及礦業工程和水利工程及農業等多個應用領域。

四、硅鈣渣制備堿激發膠凝材料的特點

在提取氧化鋁的化工生產中產生的固態硅鈣渣，因其有限的利用范圍，工業價值未得到充分的利用，同時造成了環境污染。堿激發膠凝材料，一種以硅鋁質廢棄物為原料的低碳膠凝材料，因其能耗低、排放少、強度高、耐久性好等潛在的優勢性能具有廣闊的應用前景。在這樣的境況下，我們進行了初步的硅鈣渣原料制作堿激發膠凝材料的研究。研究發現它們的結合具有以下優勢特點：（1）硅鈣渣制作堿激發膠凝材料能夠使工業廢渣實現無害化處理，廢渣資源得到了二次利用，同時能拓寬其應用范圍。（2）研究中采用了新工藝，該工藝使用使得硅鈣渣的利用率提高了一個層次。由于在制作過程中所有的廢渣都得到了充分的利用，使得生產過程幾乎沒有環境污染產物的剩余。（3）建立的硅鈣渣原料制作堿激發膠凝材料的工藝方法可以實現經濟效益和資源效益的共同進步。其多樣產品結構可以形成相應的經濟發展模式。

五、硅鈣渣制備堿激發膠凝材料的應用總結

通過對硅鈣渣制備堿激發膠凝材料的介紹，從中我們可以看出這種綠色新型膠凝材料的的應用前景。為了實現產業化應用，加快未來發展道路，目前有幾方面的問題需要進一步去研究解決：（1）硅鈣渣制備堿激發膠凝材料性能的影響因素。其性能的影響因素的規律雖然已經有了一些研究成果，但仍缺乏系統性。因此，如何提高鈣硅渣堿激發膠凝材料性能的穩定是工程實際應用應解決的關鍵問題。（2）硅鈣渣制備堿激發膠凝材料的減水劑問題。由于對硅酸鹽水泥具有良好減水效應的減水劑通常對堿激發膠凝材料無效。因此，需要迫切尋找與堿激發材料適應的減水劑，以提高大規模工程應用的利用率。（3）硅鈣渣制備堿激發膠凝材料的相關研究還不夠系統和深入，針對原材料及制備工藝對其性能的影響規律、機理及其定量表征等，均需要更加深入的研究。相信解決了這些問題，硅鈣渣制備堿激發膠凝材料的未來將會迎來光明的舞臺階梯[3]。

結語：隨著氣候變暖問題的日益白熱化，環境保護意識的提升，人們對于綠色環保材料的要求與需求也與日劇增。而就堿激發膠凝材料而言，它是一種以硅鋁質廢棄物為原料的低碳膠凝材料。因其能耗低、排放少、強度高、耐久性好等優勢性能，被許多研究學者一致認為是一種具有廣闊應用前景的綠色膠凝材料。而硅鈣渣具有高污染，利用效應低等特點，以硅鈣渣為原料制備的堿激發膠凝材料有利于工業固體廢棄物資源化利用，相信在我們的共同努力下硅鈣渣制備堿激發膠凝材料的應用前景將會更廣闊。

[1]詹蘭,郭麗萍.礦渣-稻殼灰基堿激發膠凝材料的制備[J].混凝土與水泥制品,2014,(10):12-15.

[2]趙顏紅,潘社奇,李長成等.放射性焚燒灰堿激發膠凝材料固化體浸出實驗[J].核化學與放射化學,2010,32(5):268-273.

[3]劉龍,黃莉美,王愛貞等.赤泥-粉煤灰-礦渣堿激發膠凝材料性質的研究[J].洛陽理工學院學報（自然科學版）,2012,22(1):13-20.

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1007-6344（2015）12-0011-01