改性硅酸鹽水泥研究和展望

王 凱 李慶華/華北理工大學

改性硅酸鹽水泥研究和展望

王 凱 李慶華/華北理工大學

隨著社會不斷快速的發展，對于建筑物功能的要求也越來越多種多樣。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，對它物理化學性能的改進研究也就成為了重中之重。改性水泥在普通硅酸鹽水泥無法適用的特殊環境中也越來越多被應用。

改性硅酸鹽水泥； 物理化學性能；

1.國內研究現狀及意義

從1889年，中國唐山用立窯生產唐山“細綿土”，到1952年第一個全國水泥統一標準的制定，再到2007年中國水泥的產量約為11億噸。中國的水泥生產工藝、添加材料改善性能的研究也在不斷的進行中。

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

林國新，張建國[2]發現水性環氧乳液改善了原水泥砂漿的微觀結構，增強了砂漿的密實度。使水泥砂漿的的強度、變形能力、粘結性能、防水性能、耐久性能都得到了明顯改善。聚合物的品種，固體聚合物的質量與水泥質量之比對水泥砂漿性能的改善有很大的關系。

劉晶，汪瀾[3]認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。同時對環境和經濟的發展也有頗為有利。他們發現飛灰間的孔隙較大，有較大的比表面積。雖然不同地區產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，經處理后取代水泥制備具有較好的物理學性能。目前在北京已經建成了國內首條垃圾飛灰處置示范線。

曹美玲[4]發現傳統的砂漿粘聚性和保水性較差，是引起收縮裂縫的關鍵。當橡膠摻量為18％時，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生彈性變形吸收了一定的外荷載，對改善聚合物砂漿的粘結性和耐久性有很大幫助。也對水泥混凝土的韌性有很大提升。

丁文文，譚克鋒，劉來寶[5]認為水泥的水化硬化過程是一個強烈的放熱過程，盡管使用礦物摻和料可以減緩放熱速度，對于大體積混凝土來說，在水泥水化放熱和外界環境的共同作用下，混凝土內部很容易達到或超過60℃，對水泥的干縮特性也會發生影響。經研究發現，在蒸養條件下，復摻粉煤灰、硅灰不僅可以提高早期強度還可以減少漿體的干縮，對水泥漿體抗壓強度也有所提高。

亓松彬[6]發現在纖維成分中添加二氧化鋯的（含量16％以上）耐堿玻璃纖維，具有較高的拉伸強度和彈性模量、良好的化學穩定性等特性。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用對于改善水泥性能，開發新材料、新應用具有非常大的實際意義。

張磊，張亞楠，榮輝，王雪平，楊久俊[7]發現通過溶膠凝膠法改性后的硅藻土比表面積由2.76m2/g增大到158.52m2/g，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鍵，增強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物，所以改性硅藻土的水泥砂漿強度較高。當改性硅藻土摻量為10％時。28d抗壓強度最高可達52.7MPa。改性后的硅藻土具有良好的火山灰性和調濕性能，摻入水泥基材料后對其力學性能和環境改善效果明顯。

王輝，劉愛紅，李航[8]發現將摻量為0.04％石墨烯納米片經過球磨法均勻的分散在水泥基體中，會產生和橋聯效應和拔出效應，改善和提高了水泥基復合材料的力學性能。3d抗折強度提高了22.84％和抗壓強度提高了23.61％。在水泥斷裂處會形成方向交錯、形態細長的石墨烯納米片，當發生斷裂時這些納米片會形成拔出效應，從而有效的分擔各個方向的應力，消耗掉部分能量，達到提高韌性的目的。

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

2.傳統水泥的不足

隨著我國社會經濟的不斷進步和發展，對建筑物的要求也會越來越多。功能、美觀、舒適、環保等方面要求迫使更多新型建筑材料的誕生和運用。作為使用最廣的傳統水泥在水化硬化中會放出大量的熱，對建筑物本身也是一種傷害。水化產物中存在大量結晶程度并不好的晶體，使得普通硅酸鹽水泥在抗滲、防水、防腐蝕、耐老化等方面有很大缺陷，許多建筑物往往實際的使用壽命尚未達到設計使用壽命便無法滿足其使用要求。傳統硅酸鹽水泥在抗折強度和抗壓強度上難以提升，在設計建造時因為安全等因素而使用過大的柱子和梁，這不但增加了建筑物的自重，還影響了建筑物的實用性和美觀。

表格 1普通硅酸鹽水泥水化產物特性

3.應用與展望

改性硅酸鹽水泥則能很好的處理上訴問題，改性硅酸鹽水泥擁有抗滲、抗凍、防水、防腐蝕、耐久性強等特點，在水閘、港口、冶金工程、化工中多有運用。改性硅酸鹽水泥的運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，降低了建筑物在使用中損壞帶來的次生經濟損失。隨著我國改性硅酸鹽水泥的研究的日益成熟，以及國家對建筑物安全、環保、經濟方面的重視，改性硅酸鹽水泥的研究和運用也將越來越廣泛。

[1] 韓建國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]. 硅酸鹽學報,2016,08:1-6.

[2]林國新,張建國. 水性環氧水泥砂漿添加劑的開發[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資源利用研究進展[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水泥砂漿性能的影響[J]. 價值工程,2016,29:129-130.

[5]丁文文,譚克鋒,劉來寶. 養護溫度對粉煤灰、硅灰水泥漿體強度和干縮的影響[J]. 西南科技大學學報,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水泥基材料性能的影響[J]. 材料導報,2016,16:120-126.

[8] 王輝,劉愛紅,李航. 石墨烯納米片對水泥基復合材料力學性能的影響[J]. 混凝土與水泥制品,2015,12:25-27.