堿激發(fā)膠凝材料原理及應用

1、堿激發(fā)膠凝材料原理及應用姓名：梁止水 學號：05507117 日期：2008年12月6日凝石的定義： 以經過高溫過程的固體廢物或火山灰類物質為主要原材料（摻量大于90%，可不需要燒制水泥熟料），模仿火山灰大地成巖過程，經配方設計，配料計算制備而成的硅鋁基水硬性膠材料稱為凝石。凝石是一類可以在許多場合取代水泥，但又有著許多與傳統(tǒng)水泥不同的優(yōu)異特性的硅鋁基膠凝材料體系。技術原理：    普通水泥的生產由于要以石灰石為主要原料煅燒水泥熟料，正在引起嚴重的環(huán)境污染、生態(tài)破壞能源浪費、資源枯竭等一系列問題。凝石的生產與使用過程是火山成巖過程的仿真。凝石生產的能耗只有普通硅酸

2、鹽水泥的30一50，幾乎不產生污染物，是2 1世紀最具發(fā)展?jié)摿Φ木G色膠凝材料。凝石是根據火山成巖原理，以循環(huán)經濟思想為指導，運用地球化學巖石礦物學理論、分子設計理論以及材料仿地設計原則等手段，對工業(yè)固體排放物(如煤矸石、尾砂、粉煤灰以及冶金渣等)進行匹配設計，所獲得的能夠在常溫常壓下聚合成類天然巖石的生態(tài)膠凝材料。凝石的硬化體是以硅氧四面體和鋁氧四面體以頂角相連而形成的具有非晶態(tài)和半晶態(tài)特征的三維網絡狀固體材料。陽離子填充在網絡的空隙中以平衡由鋁的四次配位而形成的負電價。共價鍵結合是凝石網絡體及其與骨料邊界結合的本質特征。凝石在各個領域的應用· 建筑領域  

3、60; 建筑凝石除了具有普通水泥所不具有的一些特殊優(yōu)異性能外，完全滿足目前建筑常用水泥的各項性能指標，因此技術上可替代水泥應用于所有的建筑領域，如現(xiàn)澆混凝土、預制件、砌筑、抹面、地基處理，以及適應于普通水泥的所有墻體材料和屋面材料。交通領域    道路凝石與目前常用的道路水泥相對應，特別適合于制備凝石混凝土路面。道路凝石除了具備道路水泥的全部性能外，還具有明顯的高抗折強度、高耐磨性、快硬早強和充足的后期強度增長空間。土工凝石與各類粘土顆粒、粉砂顆粒、各種沙礫及巖石都具有天然的親合性，將土工凝石用于軟弱地基土層的處理(GBJT一89)，當加入量為6時，其7天抗壓強度

4、可達81 O M pa，因此可應用于路基處理。凝石特有的遠遠高于普通水泥制品的耐久性，抗堿、酸、鹽及其它環(huán)境污染物侵蝕的能力使得凝石特別適合于制備超交通負荷條件下的混凝土橋梁及其它交通設施。工業(yè)建設安裝領域    凝石類膠凝材料所具有的耐酸、耐堿、耐高溫、快硬早強、高強等綜合性能，使其特別適合于各類工業(yè)安裝工程。如可用于各種設備基礎的快速澆注、快速安裝，特別是各種高溫設備的耐熱混凝土基礎工程。在電力行業(yè)，60萬千瓦大型機組所配套的鍋爐煙囪，每根造價約3 OOO萬元，其中花在防酸耐熱工程部分的費用就占整體造價的50，如果用凝石作為膠凝材料直接澆注耐酸混凝土，不但整體

5、造價可下降50以上，還能大幅度縮短工期，延長使用壽命。耐酸凝石可用于工業(yè)領域各種強酸、強堿的容器及管道建設。海洋工程領域    用凝石類膠凝材料制備海洋工程混凝土要比現(xiàn)有的水泥混凝土具有更好的耐久性，并可直接用海水拌和。巖土工程領域    基于凝石類膠凝材料的高粘結性、高強度和速凝快硬等特點，使凝石類膠凝材料比水泥類膠凝材料更適合于巖土工程領域用于高強度錨固灌漿。利用凝石類膠凝材料優(yōu)良的固土性能可將凝石用于各種樁基工程、路基加固、深基坑處理、塌方的防治、以及地下溶洞的充填等。礦業(yè)工程領域    凝石在礦業(yè)

6、工程領域的應用是本材料最具挑戰(zhàn)性也最具成熟經驗的應用領域。結合充填采礦方法將其應用于有色、黃金、煤田及其他礦種的高效可持續(xù)開采及“三下”開采，可以大幅度降低充填成本（與使用普通水泥相比），同時有助于解決開采、運輸技術上的許多難題。水利工程及農業(yè)領域   凝石類膠凝材料特有的拉近于零的水化熱、超強的抗溶出能力及其固化體優(yōu)良的體積穩(wěn)定性使得凝石類膠凝材料特別適合于建設超大體積的溫凝土大壩及其它水利工程和農業(yè)基本設施。利用凝石類膠凝材料速凝材料速凝快硬的特點可應用于抗洪搶險工程。凝石技術促進循環(huán)經濟的發(fā)展1環(huán)境生態(tài)意義      據了解，我

7、國2004年水泥總產量約1O億噸，位居世界第一。10億噸水泥的生產要消耗11億噸的石灰石資源，排放約8億噸的CO2，80萬噸的SO3，160萬噸的NOx和800萬噸的粉塵。同時我國煤矸石有34億噸的堆存量，占地20萬畝；粉煤灰有14億噸堆存量，占地60萬畝；冶金廢渣及其它化工廢渣有12億噸的堆存量，占地30萬畝以上。上述這些固體排放物每年還以10億噸的產量在產出。此外金屬、非金屬礦山的尾礦的堆存量已超過40億噸，并且每年還以3億噸的速度在增長。另一方面煤礦并采所造成的地表塌陷已超過600萬畝，每年還以20萬畝的速度在增加。4-10    凝石的生產具有接近于零的污

8、染物排放。因此凝石生產技術的推廣一方面可以使水泥工業(yè)的污染大幅度降低，直至全部消除。另一方面，上述粉煤灰、煤矸石、冶金渣、化工渣等固體排放物又是生產凝石的主體原材料。因此凝石技術的推廣對于減少水泥工業(yè)的污染排放，充分利用各類固體排放物具有劃時代的意義。    此外：由于凝石類膠凝材料超強的固土(可達同標號水泥的3倍)固砂能力，是采礦工業(yè)中的地下充填的理想材料，由予比原有技術可大幅度降低成本和提高質量，因此可使充填采礦技術快速推廣，從而抑制和根除地面塌陷所帶來的生態(tài)環(huán)境問題。     另一方面，凝石對各類尾礦具有超強的固結能力，當采用凝

9、石為膠凝材料時，用尾礦代替河砂配置各類混凝土，強度和安定性不但不降低，反而有所提高。因此凝石技術的推廣可以帶動各類尾礦的大量利用，從而進一步促進環(huán)境生態(tài)的保護。    2資源意義    根據中國建材工業(yè)協(xié)會的報告，我國適宜燒制水泥的石灰石儲量為450億噸，其中可開采儲量為250億砘，按2003年的水泥產量計算，再過30年我國水泥的原材料資源就面臨枯竭【1l12】。然而象我國這樣一個發(fā)展中國家再過30年就停止進行基本建設是不可想象的。因此必須在科學技術上取得重大突破，才能減輕經濟增長對資源供給的壓力，實現(xiàn)資源的高效利用和循環(huán)利用，使我國

10、的國民經濟發(fā)展得以順利進行。凝石技術為完成一重大歷史使命開辟了一條新的道路。    此外，由于凝石的超強固土、固砂能力可以使充填采礦技術低成本快速推廣。低成本充填采礦技術的推廣不但可以抑制地表塌陷，還能使許多“三下"(建筑物下、水體下、鐵路下)礦產資源的回采率提高50以上，對我國的資源戰(zhàn)略的實施和國民經濟的可持續(xù)發(fā)展具有重大意義。    3產業(yè)意義            凝石技術的應用將提升改造傳統(tǒng)產業(yè)，促進資源一能源一巧境一

11、材料的領域的良性循環(huán)。遵循循環(huán)經濟理念；利用凝石技術，將電力、煤炭、冶金等行業(yè)的全部固體排放物用于生產高性能凝石水泥，減少能源、資源消耗，保護生態(tài)、環(huán)境，實現(xiàn)材料的高附加值制備。    凝石技術要求上游產業(yè)的固體排放物排放過程也是凝石原材料的生產過程，進行固體排放物形成過程改性，實現(xiàn)資源節(jié)約和能量的梯級利用。因此，凝石將傳統(tǒng)產業(yè)的“獨立”生產調整為各產業(yè)間具有有機聯(lián)系的生態(tài)產業(yè)鏈，將上一個產業(yè)環(huán)節(jié)的排放物用于下一個產業(yè)環(huán)節(jié)的原材料，徹底改變原有環(huán)境問題的末端治理方式，使各產業(yè)環(huán)節(jié)間實現(xiàn)良性循環(huán)。    4經濟意義  

12、;     目前我國可直接作為凝石主體材料的廢渣與現(xiàn)有水泥的年產量(10億噸年)幾乎相等，以全國年產10億噸凝石計算，由于生產凝石可比生產水泥節(jié)能30以上，生產成本下降30以上，因此僅以簡單替代水泥來考慮，每年也可以取得數以百億元計的直接經濟效益。     此外凝石還有許多水泥所不具有的特殊性能，如耐酸、堿、鹽類侵蝕性，超長的耐久性、特有的固土能力、超高強和速凝快硬等特征，將有助于解決許多工程難題，或使工程成本大幅度下降。因此，凝石技術的推廣應用將取得數倍于直接經濟效益的間接經濟效益。    如利用凝石耐腐蝕、不溶出、抗凍融性等特征可以制備出使用壽命比現(xiàn)在長幾倍的混凝土梁，用于超交通負荷的大城市立交橋的建設，由于大幅度降低了維修和重建的頻率，可給城市的建設和發(fā)展帶來極大間接效益。       綜上所述，發(fā)展凝石技術，推行清潔生產，可將膠凝材料生產和工礦業(yè)固廢排放對自然資源的需求和生態(tài)環(huán)境的影響降