【分析】新型绿色环保水泥的研究与发展

6高性能水泥的研究

水泥是一种处于介稳状态的矿物粉体材料，通过水化后产生水化物，水化物彼此键合并逐渐硬化成为具有强度的硬化体。水泥从制备到应用，不单是复杂的粉体工程，而且是一个从稳定态到介稳态，又从介稳态向较稳定态过渡的过程。所以为了提高水硬性就要提高水泥熟料矿物的介稳性，使其尽量处于高能态，但为了提高耐久性就要提高水化物的稳定性，尽量降低其能态。高性能水泥的研究内容如下：

（1）通过对水泥熟料矿相体系的优化与改进，使水泥高强度化、高性能化，突破矿相低温生成与高位能的矛盾。

（2）深入研究水泥颗粒微细化理论和最佳级配理论，提高水泥熟料颗粒水化率，提高水泥内部潜能利用率，并使水泥基材料有高致密性和高耐久性。调整水泥颗粒形状和颗粒级配，将水泥各组分控制在不同粒度范围，达到体系最紧密堆积，需水量减少，性能提高。

（3）研究不同熟料的复合、不同熟料与混合材的复合、不同颗粒尺寸材料的复合以及有机与无机的复合，增加水泥水化密实性和耐久性。

（4）对混合材料进行物理化学预处理，使之微细化、活性化，具有性能调节功能，使混合材的水化产物在水泥中起到结构致密性、胶结性、抗腐蚀性和耐久性作用，我国在机械力化学法研究方面有一定进展。

（5）使水泥的综合性能取得突破性提高，从而极大提高混凝土构筑物各方面的性能和寿命，如强度提高10MPa、水泥用量减少20%～30%、抗渗性能提高、混凝土寿命提高30%～50%等。

非波特兰水泥体系及其他

1特种水泥

我国硅酸盐体系的特种水泥有几十个品种，特种水泥能满足各种特殊性能混凝土的要求，可以考虑在水泥中添加外加剂，但要注意外加剂的品种配套和质量问题。我国非波特兰水泥体系的特种水泥也有几十个品种，是对普通水泥性能的补充，满足了大坝、军工、防洪、防辐射等特殊工程的要求，例如硫铝酸盐水泥、氟铝酸盐水泥、铝酸盐水泥和阿利尼特水泥等。其中，硫铝酸盐水泥的原料为低品位矾土、石灰石和石膏。由于石灰石的配合量低，所以烧成温度低，CO2排放量也低。氟铝酸盐水泥用于抢修、堵漏等特殊工程，铝酸盐水泥主要应用在耐火材料方面。特种水泥在适应节能环保和应用性能的要求下，品种逐步增多。

2化学激发胶凝材料的研发

传统的硅酸盐水泥胶凝材料，在制备过程中会消耗较多的资源和能源，排放出的粉尘和废气也需要处理。近年来，国内外出现了对碱激发胶凝材料的研究与报道，称为碱胶凝材料，其目的就是大量采用工业副产物及工业废渣，减少有害物质的排放。碱激发胶凝材料的主要原料是工业排放的废渣、尾矿、粘土类物料、天然矿物等，激发剂主要是各种化学试剂、工业副产品或产品，一般用量在10%以下。碱激发剂的作用是激发原料，使之具有胶凝性，并且形成含碱水化物。由于大部分原料中都含有一定量的钙，因此不用专门的含钙物质也可以使其具有胶凝性。一些化学激发胶凝材料的研发种类如下：

（1）碱—铝硅酸盐玻璃体类，是以矿渣、粉煤灰、磷渣、赤泥、煤矸石等为主要原料，这些原料是以铝硅酸盐的玻璃体或无定形物质为主体。

（2）碱—烧粘土类，以粘土经适当温度煅烧后形成偏高岭石作原料，经碱的激发而形成的胶凝材料，其组成几乎不含钙。

（3）碱—矿石尾矿类，如碱激发钾长石尾矿，和烧粘土类有相似处，含钙量少。

（4）碱—碳酸钙类，在一定条件下，碱性硅酸盐溶液可能与天然石灰岩形成胶凝性材料。

这些水泥的加工方法不用高温处理，处理过程中内部原子、离子发生重排，组成新的结构。

3低碳水泥混凝土制品

掺入混合材是水泥混凝土功能化、高性能化的有效手段，近年来在深度研究方面又有一定进展，成为低碳化的手段之一。加入石灰石等混合材与少量废弃物混合，在不使一般水泥性能有较大变化的情况下，形成废弃物可利用性与低碳化的平衡，可对低碳水泥进行设计，是新的技术研究内容。水泥与混合材的简单混合不一定就好，要全盘研究质量管理、控制技术和恰当的制造方法。

利用某些工业副产品中的γ-C2S与CO2反应，可提高碳酸养护的低水灰比混凝土的致密度，因此这种混凝土的耐久性可能提高。另外，混入粉煤灰的混凝土，再用火力发电站排放的废气养护，甚至可使混凝土CO2的排放量成为负值，其产品已用于路面装饰砌块材料。还有一种低碳胶凝材料，完全不用水泥的压缩强度也可与水泥一样，但要蒸汽养护。这种科技创新最近已有进展，引起了世界的关注。这种材料由铝硅酸盐和碱化硅溶液制造。

4新型水泥基材料

目前报道研究开发的品种有：无宏观缺陷胶凝材料、含有均匀分布超细颗粒的致密材料体系、活性粉末混凝土和化学结合陶瓷材料等。目前在这一领域国内外的关注点在于提高胶凝材料的力学性能、断裂韧性和耐久性，研究内容包括不同性能材料的复合和超细化，在最小水灰比条件下实现结构致密化。新型水泥基材料在隔音、保温、核废料储存、遮挡核辐射等方面具有优越的功能和性能。