硅钙渣制备碱激发胶凝材料分析

孔令炜

（吉林建筑大学材料科学与工程学院，吉林长春 130118）

硅钙渣制备碱激发胶凝材料分析

孔令炜

（吉林建筑大学材料科学与工程学院，吉林长春 130118）

硅钙渣是指将碱和石灰石加入到高铝粉煤灰中高温烧结，通过湿化学方法提取出Al2O3后将碱提取出后的固体残留物，这些固体残留物主要包含硅和钙两种化学元素，所以它们被统称为硅钙渣。目前国内硅钙渣的处理也还没有得到合理的处理。而以工业废渣为原料制备的碱激发胶凝材料因其绿色的制作工艺越来越受研究者的关注。本文将就硅钙渣制备碱激发胶凝材料来展开论述。

硅钙渣 碱激发胶凝材料

在日常生活中，煤主要是以燃烧的方式进行消耗，这种消耗方式在解决人们日常所需的问题时也带来了一系列的环境污染问题如大气臭氧层破坏，空气污染等。粉煤灰是煤炭燃烧过程中产生的环境污染固体残留物，而且国内每年粉煤灰的排放量达到了数亿吨的令人惊骇的数目。因而粉煤灰回收利用处理问题迫在眉睫。碱激发胶凝材料是一种新型的绿色胶凝材料，而粉煤灰的湿法提取Al2O3后产生的硅钙渣因其具备一定的化学成分和活性正好可以作为制备碱激发胶凝材料的原料，因而硅钙渣为原料制备碱激发胶凝材料的研究也相应成为人们的研究热点。本文以钙硅渣为原料，研究制备碱激发胶凝材料。

一、硅钙渣的应用

随着粉煤灰提取铝的工艺的不断优化，通过碱和石灰石烧结法提取氧化铝的应用也越来越广，随之也就产生了大量的硅钙渣，然而这种工业废渣的利用范围却很狭小，一部分被人们用于建筑材料如制造水泥等应用上，一部分用于环境保护方面的实验研究，大部分为了防止环境污染被人工填埋。如何大量利用硅钙渣成为急需解决的问题。

二、碱激发胶凝材料的制备优势

我们都知道，在工业产出时都会产生很多含有SiO2、Al2O3、CaO等的工业废渣材料，如果对它们置之不理，不仅由于这些工业废渣材料自身没有或有很微弱胶凝性，不能自发形成有用的产品，还可能造成严重的环境污染。[1]一般人们通过急冷方式将其形成玻璃体，利用其具有热力学活性和相应的化学组成，通过机械、热力、化学方法等方式使其激活从而具有相应的胶凝性，从而制得碱激发胶凝材料。

三、碱激发胶凝材料的优势及应用领域

传统的通用胶凝材料，以硅酸盐水泥为高钙体系的水泥为代表，例其碱的含量极高，特别是水化后Ca(OH)2含量很高。所以，以该种胶凝材料构筑的建筑物，在其服役环境下，表现出耐久性不足的缺点，其中，硬化后的水泥石及其混凝土的结构因素和化学组分因素，在服役环境中，极易导致其结构破坏和化学组分改变的现象，例如，在酸性服役环境下，会降低碱性环境的碱度，当碱性环境低于水泥水化产物稳定所需的碱度时，水泥内部碱含量开始分解来维持平衡，从而破坏了水泥石内部的结构稳定性， 直接后果就是影响其构筑物的力学性能，同时其构筑物的耐久性也得到极大破坏。与通用硅酸盐类胶凝材料相比，碱激发材料的优势包含如下方面：绿色环保，按化学成分计算，1吨通用硅酸盐水泥，而产生二氧化碳0.4吨左右，而碱激发胶凝材料95%的原料是工业废料，不需要以牺牲矿山和土地资源为代价来作为原料，也不需要烧制，“绿色化”生产过程，更加不涉及烟、粉尘、废水等污染物的排放；性能优异，材料结构决定其使用性能，把传统材质水泥与碱激发材料对比，可以看出前者是硅钙体系，后者是硅铝体系[2]。在同等条件下，碱激发胶凝材料的胶结粘土细沙的能力、低温下抗冻的能力、特殊环境中抗酸碱腐蚀的能力，普遍超出同标号水泥，由此，可以看出碱激发胶凝材料的性能优势。

在许多领域，碱激发胶凝材料均能发挥作用：1、建筑领域，具有通用硅酸盐水泥的胶凝作用，可以用来浇混凝土、预制件、砌筑、抹面、地基处理等；2、交通领域。包含道路凝石、混凝土桥梁及其它交通设施；3、工业建设安装领域。用于工业设备的基础快速浇注、快速安装。4、海洋工程领域。制备海洋工程混凝土；以及矿业工程和水利工程及农业等多个应用领域。

四、硅钙渣制备碱激发胶凝材料的特点

在提取氧化铝的化工生产中产生的固态硅钙渣，因其有限的利用范围，工业价值未得到充分的利用，同时造成了环境污染。碱激发胶凝材料，一种以硅铝质废弃物为原料的低碳胶凝材料，因其能耗低、排放少、强度高、耐久性好等潜在的优势性能具有广阔的应用前景。在这样的境况下，我们进行了初步的硅钙渣原料制作碱激发胶凝材料的研究。研究发现它们的结合具有以下优势特点：（1）硅钙渣制作碱激发胶凝材料能够使工业废渣实现无害化处理，废渣资源得到了二次利用，同时能拓宽其应用范围。（2）研究中采用了新工艺，该工艺使用使得硅钙渣的利用率提高了一个层次。由于在制作过程中所有的废渣都得到了充分的利用，使得生产过程几乎没有环境污染产物的剩余。（3）建立的硅钙渣原料制作碱激发胶凝材料的工艺方法可以实现经济效益和资源效益的共同进步。其多样产品结构可以形成相应的经济发展模式。

五、硅钙渣制备碱激发胶凝材料的应用总结

通过对硅钙渣制备碱激发胶凝材料的介绍，从中我们可以看出这种绿色新型胶凝材料的的应用前景。为了实现产业化应用，加快未来发展道路，目前有几方面的问题需要进一步去研究解决：（1）硅钙渣制备碱激发胶凝材料性能的影响因素。其性能的影响因素的规律虽然已经有了一些研究成果，但仍缺乏系统性。因此，如何提高钙硅渣碱激发胶凝材料性能的稳定是工程实际应用应解决的关键问题。（2）硅钙渣制备碱激发胶凝材料的减水剂问题。由于对硅酸盐水泥具有良好减水效应的减水剂通常对碱激发胶凝材料无效。因此，需要迫切寻找与碱激发材料适应的减水剂，以提高大规模工程应用的利用率。（3）硅钙渣制备碱激发胶凝材料的相关研究还不够系统和深入，针对原材料及制备工艺对其性能的影响规律、机理及其定量表征等，均需要更加深入的研究。相信解决了这些问题，硅钙渣制备碱激发胶凝材料的未来将会迎来光明的舞台阶梯[3]。

结语：随着气候变暖问题的日益白热化，环境保护意识的提升，人们对于绿色环保材料的要求与需求也与日剧增。而就碱激发胶凝材料而言，它是一种以硅铝质废弃物为原料的低碳胶凝材料。因其能耗低、排放少、强度高、耐久性好等优势性能，被许多研究学者一致认为是一种具有广阔应用前景的绿色胶凝材料。而硅钙渣具有高污染，利用效应低等特点，以硅钙渣为原料制备的碱激发胶凝材料有利于工业固体废弃物资源化利用，相信在我们的共同努力下硅钙渣制备碱激发胶凝材料的应用前景将会更广阔。

[1]詹兰,郭丽萍.矿渣-稻壳灰基碱激发胶凝材料的制备[J].混凝土与水泥制品,2014,(10):12-15.

[2]赵颜红,潘社奇,李长成等.放射性焚烧灰碱激发胶凝材料固化体浸出实验[J].核化学与放射化学,2010,32(5):268-273.

[3]刘龙,黄莉美,王爱贞等.赤泥-粉煤灰-矿渣碱激发胶凝材料性质的研究[J].洛阳理工学院学报（自然科学版）,2012,22(1):13-20.

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1007-6344（2015）12-0011-01