复合硅酸盐水泥的研制与应用

顾佳妮/华北理工大学材料科学与工程学院

复合硅酸盐水泥的研制与应用

顾佳妮/华北理工大学材料科学与工程学院

随着科技的进步，现代工业趋向于一种绿色可持续的发展方式，越来越多的复合材料利用废弃资源打开了新市场。本文从复合硅酸盐水泥的种类、生产条件与性能特点进行论述，简述了工业废渣在复合硅酸盐水泥中的应用和发展前景。

复合硅酸盐水泥；混合材；生产条件；性能特点；工业废渣；节能减排

1.复合硅酸盐水泥的定义与种类

长期以来，建筑领域使用最广泛的水泥基复合材料是由硅酸盐水泥、砂、石和水组成的普通混凝土。然而，随着现代科技的进步，普通混凝土的性能已远不能满足现代建筑的要求，这使得水泥基复合材料取得重大发展。

1.1 复合硅酸盐水泥的定义

复合硅酸盐水泥是由硅酸盐水泥熟料、两种或两种以上规定的混合材料、适量石青磨细制成的水硬性胶凝材料。水泥中混合材料总掺t按重量百分比应大于15％,不超过50％,且不应与GB1344重复。

1.2 复合硅酸盐水泥的种类

按增强体的种类，水泥基复合材料可分为混凝土、纤维增强水泥基复合材料、聚合物混凝土复合材料等。

混凝土由水泥、水和粗、细集料按适当比例拌和均匀，经浇捣成型后硬化而成。按复合材料定义 ，它属于水泥基复合材料，是建筑工程中最主要的建筑材料之一，在工业与民用建筑、给排水工程、国防建筑等方面都广泛应用。

纤维增强水泥基复合材料是由不连续的短纤维均匀分散于水泥混凝土基材中形成的复合材料，常用纤维有钢纤维、玻璃纤维、碳纤维。

与普通混凝土不同，聚合物混凝土是以聚合物或聚合物与水泥为胶结材料，可分为：聚合物混凝土或树脂混凝土（PC）、聚合物浸渍混凝土（PIC）和聚合物改性混凝土（PMC）。

1.2.2 RANK启动子区甲基化检测 使用Methyl Primer Express v1.0设计重亚硫酸盐测序引物：上游引物 5′-GGTGCCTTTCTAGAATTTGGTGG-3′；下 游引 物：5′-CCAACCCTAAATTACCCTTCAC-3′，PCR产物长度376 bp，共20个CpG位点。

2.复合硅酸盐水泥的混合材类型

现用于生产复合硅酸盐水泥的混合材种类很多。按来源分，可分为天然的（如石灰石、玄武石岩等）与人造的（如矿渣、粉煤灰等）；按反应分，可分为具有潜在水硬性（矿渣、磷渣等）和火山灰性的（如沸石、粉煤灰等）。其他混合材包括化铁炉渣、冶金渣、煤矸石等。目前广泛应用的有矿、粉煤灰、化铁炉渣，黄磷渣等。

3.复合硅酸盐水泥的生产条件

人们习惯认为硅酸盐水泥才是优质水泥,复合硅酸盐水泥往常被视为质量较差的水泥,这种观点是不符合科学道理的。在各种因素适宜的情况下,可以生产出比硅酸盐水泥还要好的优质复合硅酸盐水泥,要生产优质复合硅酸盐水泥应注意下列三个条件。

3.1 保证熟料质量并选择适宜混合材及掺量

生产优质复合硅酸盐水泥的首要条件是保证熟料质量,否则就是不加混合材也生产不出好的水泥。复合硅酸盐水泥因加入混合材量大,通常早期强度低,因此,选择混合材时要注意其特性。另外,混合材掺量还与熟料质量和成分有关。如C3A高的熟料,石灰石宜多掺;碱含量高的熟料,宜多掺火山灰质混合材。各种混合材的总掺量及其比例,应根据科学实验来确定。

3.2 选择合理的石膏用量及粉磨细度

在硅酸盐水泥中选择合理的石膏用量可正确调节水泥凝结时间、降低C3A水化速度、改善水泥浆的工作度、提高水泥后期强度,一般控制在1.5-3.5％(按SO3计)。在复合硅酸盐水泥中掺加多种混合材,混合材的难磨度有所不同,筛余的化学成份也经常是那些难磨的混合材,不控制好恰当的粉磨细度,那些粗的混合材在水泥水化时就难以参与反应。

3.3 选用合适的外加剂

复合硅酸盐水泥一般需要用外加剂来提高熟料水化速度，改善水泥早期强度，从而弥补加入大量混合材带来的相应缺陷。选用外加剂应严格控制掺量，协调早后期强度。

4.复合硅酸盐水泥的性能特点

复合硅酸盐水泥在确保水泥质量的同时，减少熟料成分，利用新型水泥技术处理了大量工业废渣，不仅改善水泥性能，还提高了水泥产量，降低能耗与生产成本。其在熟料质量性能、混合材选择搭配、生产质量控制系统上，比普通硅酸盐水泥具有更高的要求，产出的水泥更优质。在掺入的混合材上，复合硅酸盐水泥将粉煤灰的填充效应、表面水化效应与矿渣胶凝性能的结合，改善混凝土中的亚微观结构，显著提高水泥基材料的混合性能与激发作用。在水化热上，复合硅酸盐水泥比普通硅酸盐水泥低10％左右，有利于大体积混凝土施工。

5.工业废渣在水泥中的应用

一、利用各种工业废渣或废料作为水泥的混合材（粉煤灰、矿渣、废矿、煤研石等），混合磨细生成相应的水泥品种。二、利用工业废料作为水泥熟料原料（电石渣、赤泥、废矿石等），经处理后可充分利用其中所含的硅、铝、铁、钙等有效成份，替代部分天然原料，调配制成复合要求的水泥生料。三、利用具有可燃组分的废渣或废料，作为锻烧水泥熟料所需的燃料，通常称为替代燃料或二次燃料。这样既能合理利用资源又节能减排。

6.复合硅酸盐水泥的发展

复合水泥的“复合效应”不仅是一种工业废渣高值化的途径,而且还具有显著提高早期强度、整体强度的优点。研究复合水泥在物理力学性能上、在宏观和微观上的“复合效应”,对水泥物理化学学科的发展具有重大意义。

6.1 我国水泥发展现状

随着我国经济的高速发展，水泥工业作为重要的基础原料产业，实现了自身的膨胀式发展，为我国近年来的城乡发展和基础设施建设做出了巨大的贡献。技术上，我国水泥不断探索新型工业化道路，大规模推广新型干法水泥技术。这大大有利于我国产业机构的升级与缓和资源与发展之间的冲突。但相比于发达国家，我国水泥产业仍未脱离“大而不强”的局面，其生产发展仍延续着粗放式经济的增长模式。

6.2 复合硅酸盐水泥的社会效益和发展前景

大量运用工业废渣生产复合硅酸盐水泥，是发展循环经济的一个方面，可直接降低环境污染，实现节能、减排、低碳的生产目标，具有巨大的社会效益。在复合硅酸盐水泥中掺入较大量的工业废渣是发展循环经济的一种尝试，能节约资源、提高环境的保护。据不完全统计，我国水泥工业每年向大气排放的粉尘、烟尘在1300万以上，虽然比过去1800万t有了较大的改进，但比国家环保部门要求的年排放量650万t仍相距甚远。利用工业废渣可有效减轻环境负荷的潜能，使水泥工业朝节能、减排的循环经济发展。

故而复合水泥的开发、研制、生产和性能研究已成为国内外水泥发展的又一重要方向。

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