硅铝基胶凝材料及其产业化.ppt

硅铝基胶凝材料及其产业化应用 硅铝基绿色胶凝材料定义 利用自然界丰富的硅铝质物料和工业固体废弃物为主要原料配以少量的由多种矿物复合成的成岩剂，模仿大地成岩过程制备而成的不同于传统水泥高钙体系的高性能胶凝材料。 硅铝基绿色胶凝材料分为两种： 硅铝基绿色胶凝材料A：含有少量水泥（熟料）成分，其和易性及各龄期强度均类同于普通水泥，适用于《GB 175-2007 通用硅酸盐水泥》国家标准。 硅铝基绿色胶凝材料B：不含有水泥（熟料）成分，完全不同于普通水泥，具有凝结时间快、各龄期强度高、耐海水腐蚀等特点。 一、仿地成岩理论 硅铝基绿色胶凝材料是以仿地成岩理论为指导，利用自然界最丰富的硅铝质物料为主要原料配以少量的由多种矿物复合成的成岩剂，制备而成的不同于传统水泥高钙体系的高性能硅铝基胶凝材料。 与传统水泥生产工艺相比，硅铝基绿色胶凝材料的生产制备不需要煅烧工艺，也不需要消耗石灰石等矿产资源。因此，能够节约能源减少CO2排放。 图1 硅铝基绿色胶凝材料技术的仿地成岩理论 二、耐腐蚀原理 硅铝基绿色胶凝材料配制的混凝土之所以具有优异的耐腐蚀性能，其本源在于该种混凝土是以仿地成岩思想为指导，所用胶凝材料为硅铝体系，而不同于传统水泥的高钙体系。硅铝基绿色混凝土中胶凝物与骨料之间的界面与岩石中界面类似，胶凝物和骨料“焊接”在一起，形成致密的整体结构，而普通水泥混凝土中胶凝物只是将骨料“包裹”在一起。 图2 硅铝基绿色混凝土、砾岩、普通水泥混凝土的界面SEM分析 化学元素周期表中的四价元素硅在无机铝硅酸盐材料中的作用就如同碳在有机材料中的作用一样起到“中心连接”及“骨架稳定”作用，以硅为骨架形成稳定的架状结构是天然岩石坚硬耐久稳定的本源。 硅铝基胶凝材料水化硬化过程中，硅铝体系结构重组，四价硅的四配位特性使硅氧四面体形成架状结构的同时，带动三价和五价元素形成四配位，并共同形成架状结构。这种作用在使整个体系形成具有岩石架状结构的耐久、稳定特性的同时，也使体系形成了电性不平衡。 图3 硅的四配位同构效应示意图 这种电荷不平衡产生强烈的吸引活泼一价离子（如Na+、K+、Cl-、F-、OH-等）和二价离子（如Ca2+、Mg2+、SO42-等）的场效应，使这些活泼的离子进入网络体空隙中平衡电荷，并被固定下来，从而使整个系统处于电平衡稳定状态，进而也起到控制一、二价元素的破坏及腐蚀作用，即“控碱吸酸包盐”作用。硅的四配位同构效应从科学层面上揭示了硅铝基绿色混凝土的耐腐蚀原理。 三、技术成果 硅铝基绿色胶凝材料技术是由孙恒虎教授发明的具有我国自主知识产权、国际一流的绿色胶凝材料清洁制备技术。已获得美国、日本、澳大利亚、俄罗斯、印度、中国六个国家专利授权，该技术是二十一世纪胶凝材料科学的重大创新。 四、硅铝基绿色耐久混凝土定义 由硅铝基绿色胶凝材料、骨料、外加剂和水搅拌而成的混凝土。 硅铝基绿色混凝土A：采用硅铝基绿色胶凝材料A配制而成，原材料选择、制备方法和物理性能均类同于传统混凝土，完全符合混凝土现行国家相关标准要求。 硅铝基绿色混凝土B：采用硅铝基绿色胶凝材料B配制而成，不同于传统混凝土，具有快凝早强特性及花岗岩特点，与专用装备体系相结合可快速施工，符合国家军用标准GJB 8231-2014《军用机场无机聚合物混凝土道面施工及验收规范》和GJB 8236-2014《抢修抢建用无机聚合物胶凝材料技术要求》。 五、硅铝基绿色胶凝材料B与普通硅酸盐水泥的区别 1、主要原料 普通硅酸盐水泥的主要原料：石灰石、粘土、铁粉； 硅铝基绿色胶凝材料B原料：火山灰、粉煤灰、矿渣、钢渣等工业废渣。 2、生产工艺 普通硅酸盐水泥生产工艺为“两磨一烧”，即：粉磨—煅烧（1450℃）—再粉磨； 硅铝基绿色胶凝材料B生产工艺只需要一次粉磨。 3、主要性能 强度：硅铝基绿色胶凝材料B各龄期的抗压强度均高于普通水泥，一般为水泥的两倍以上。 凝结时间：水泥初凝大于45min，终凝小于12h；硅铝基绿色胶凝材料B凝结快，初凝15min左右，终凝可调。 耐腐蚀性：水泥的主要成分为CaO体系，硅铝基绿色胶凝材料主要成分为SiO2和Al2O3体系。因此，硅铝基绿色胶凝材料配制的混凝土耐酸、耐碱和抗硫酸盐腐蚀性能大大优于普通硅酸盐水泥混凝土。 海水亲和性：海水对普通硅酸盐水泥侵蚀严重，普通硅酸盐水 泥配制混凝土严禁使用海水拌养和海沙做骨料；硅铝基绿色胶 凝材料与海水亲和，用海水拌养、海沙做骨料配制的硅铝基绿 色耐久混凝土无任何不利影响。 耐久性：硅铝基绿色胶凝材料配制的混凝土具有优异的耐腐蚀 性能和抗Cl-渗透性能，用于海洋建设