地聚物水泥
一、地聚物水泥的概念地聚水泥是20世紀70年代法國Davidovits教授開發(fā)出的水泥新品種。后來，在英國、美國和加拿大等國都有這類水泥的研究情況報道。地聚水泥曾引起我國水泥學(xué)術(shù)界的重視。一些高等院校對其開展了大量研究工作，還召開過專題報告會，加深了對這種水泥的認識。但是地聚物水泥本身的缺點，致使國內(nèi)研究如曇花一現(xiàn)，近年隨著地基處置需求的擴大，地聚物水泥及地聚物的應(yīng)用，越來越得到新的重視?！ 《⒌鼐畚锼嗟某煞譄o熟料水泥組分主要是基礎(chǔ)組分和激發(fā)劑?；A(chǔ)組分有兩種：一種是火山灰質(zhì)材料，來源于火山灰、煅燒高嶺土和粉煤灰等，其活性成分是偏高嶺土和硅鋁玻璃體；第二種是礦渣材料，來源于粒化高爐礦渣、?；撛土自?，活性成分是鈣硅鋁玻璃體。無熟料水泥的激發(fā)劑也有兩種：一種是Ca(OH2型激發(fā)劑，如石灰、水泥熟料等；第二種是NaOH型激發(fā)劑，如Na0H、水玻璃等?；A(chǔ)組分與激發(fā)劑的不同配置可制成各種無熟料水泥品種。石灰火山灰水泥主要由火山灰質(zhì)材料與Ca(0H)2型激發(fā)劑組成；石膏礦渣水泥主要由?；郀t礦渣與Ca(OH)2型激發(fā)劑組成；堿礦渣水泥主要由?；郀t礦渣與NaOH型激發(fā)劑組成；地聚水泥主要由火山灰質(zhì)材料與Na0H型激發(fā)劑組成。在無熟料水泥系列各品種的比較中可看到，地聚水泥與堿礦渣水泥相比，基礎(chǔ)組分不同而激發(fā)劑屬相同類型；與石灰火山灰水泥相比．激發(fā)劑類型不同，但基礎(chǔ)組分相同。地聚水泥與其他無熟料水泥品種在組成上都有著密切關(guān)系，據(jù)此將它定位于無熟料水泥系列的一個品種是有充分理由的?！ ∪⒌鼐畚锼嗟姆磻?yīng)機理 目前最為廣泛接受的的是法國J.Davidovits提出的解聚和縮聚的理論。他認為地聚物材料的凝結(jié)硬化過程就是原材料中硅氧鍵和鋁氧鍵在堿性催化劑作用下斷裂后再重組的反應(yīng)過程。J.Davidovits在研究中假設(shè)鋁硅酸鹽地聚合過程是通過一些假設(shè)基團逐步發(fā)生縮聚過程，這些假設(shè)的組成單元進一步縮聚形成三維大分子結(jié)構(gòu)。他將這些低相對分子質(zhì)量單元（單體、二聚體、三聚體等）稱為低聚物。低聚硅鋁酸鹽指的是單體正硅鋁酸鹽、二聚體二硅鋁酸鹽等；類似的，也有低聚硅鋁酸鹽—硅氧體和低聚硅鋁酸鹽—二硅氧體。J.Davidovits提出地聚合物的反應(yīng)可以如下表述： ?。?）鋁硅酸鹽原料在堿性溶液(NaOH,KOH)中的溶解。（2）溶解的鋁硅配合物由固體顆粒表面向顆粒間隙的擴散。（3）凝膠相M{一(SiO2)z—AlO2}n·wH2O的形成,導(dǎo)致在堿硅酸鹽溶液和鋁硅配合物之間發(fā)生聚合作用;。（4）凝膠相逐漸排除剩余的水分,固結(jié)硬化成礦物聚合材料塊體。對于不同原料成分、不同用途的地聚合物材料，其具體反應(yīng)機理不完全相同，但骨干反應(yīng)為上述過程。 四、地聚物水泥的主要性能高強、耐高溫地聚合物本身是個氧化物網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)體系，在1000℃-1200℃之間不氧化、不分解；另一方面，密實的氧化物網(wǎng)絡(luò)體系可以隔絕空氣、保護內(nèi)部物質(zhì)不被氧化。經(jīng)復(fù)合改性后．材料的抗壓、抗拉、抗彎曲強度都是普通水泥基材的10倍以上，同時高溫性能好、不燃、隔熱、保溫（導(dǎo)熱系數(shù)：0.24~0.38W/m·k）、沒有毒性氣體釋放。所以可以用來替代金屬、陶瓷和水泥應(yīng)用于航天、航空、土木工程、鑄造、裝飾等領(lǐng)域。耐久性優(yōu)良地聚合物的優(yōu)良性能一方面源于其穩(wěn)定的網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，另一方面是因為可以完成避免普通水泥因金屬離子遷移與骨料反應(yīng)而引起的堿集料反應(yīng)，沒有膨脹(普通硅酸鹽水泥混凝土在200天后因堿集料反應(yīng)而膨脹1.5mm/m，是極大的安全隱患)，因而經(jīng)受自然破壞的能力很強。J.Davidovits在對羅馬古競技場、希臘古Cister混凝土墻、埃及古金字塔等考察后，發(fā)現(xiàn)這些古建筑物材料具有“類沸石”結(jié)構(gòu)，并認為這是那些古建筑能夠屹立千年的主要原因。功能多樣性硅元素存在穩(wěn)定的+4價態(tài)，因此地聚合物材料中的硅氧四面體顯電中性；鋁氧四面體中的鋁元素是+3價態(tài)，但卻與四個氧原子結(jié)合成鍵，因此鋁氧四面體顯電負性，需要吸收體系中的正離子來平衡電荷，總的結(jié)果使體系顯電中性。鋁離子的這一行為以及地聚合物材料本身的結(jié)構(gòu)特點，使得該種材料具備多種功能特性?！ ∥?、地聚物水泥的前景及應(yīng)用地聚物水泥近年來得到重視的其中一個非常重要的原因，取材簡單，中國經(jīng)濟的發(fā)展，致使大量的焚燒殘余物、粉煤灰等基礎(chǔ)材料處置困難，并形成大量堆積，對于環(huán)節(jié)來說壓力山大。另一個重要原因，基建地基的處置方式革命性的變化，以前處置地基以換填為主的模式，逐步被就地處置所代替，給地聚物水泥創(chuàng)造了應(yīng)用場景，且需求量巨大。相關(guān)的資料表明2023年全年水泥產(chǎn)量20.4億噸，按照目前估算用于地基處置的的15%的保守比例依然超過3.0億噸，由于地聚物對于重金屬、二惡英有良好的固結(jié)功能，可以預(yù)見的未來的污染土壤治理，同樣具有非常大的優(yōu)勢。
2024-05-21 09:37:55查看詳情>>