改性硅酸盐水泥研究和展望

王凯

【摘要】随着社会不断快速的发展，对于建筑物功能的要求也越来越多种多样。作为建筑中最常用的材料——水泥也就成了研究的关键所在。其中硅酸盐水泥作为水泥中用量最大，使用最為普遍的水泥，对它物理化学性能的改进研究也就成为了重中之重。改性水泥在普通硅酸盐水泥无法适用的特殊环境中也越来越多被应用。

【关键词】 改性硅酸盐水泥； 物理化学性能；

1.国内研究现状及意义

从1889年，中国唐山用立窑生产唐山“细绵土”，到1952年第一个全国水泥统一标准的制定，再到2007年中国水泥的产量约为11亿吨。中国的水泥生产工艺、添加材料改善性能的研究也在不断的进行中。

韩建国，阎培渝，侯维红[1]对C4A3$-CaSO4-CaO掺入硅酸盐水泥中的体系（CCC膨胀剂，C4A3$为4CaO·3Al2O3·SO3）的膨胀能力进行了研究。他们发现CCC膨胀剂能够补偿混凝土的自收缩和和干燥收缩，掺量越大补偿收缩的能力也就越大。同时，文章也提出了补偿收缩能力在不同龄期的变化。论证了CCC膨胀剂对收缩引起的结构开裂和承载能力、抗渗透能力、耐久性和服役寿命都有所提升。

林国新，张建国[2]发现水性环氧乳液改善了原水泥砂浆的微观结构，增强了砂浆的密实度。使水泥砂浆的的强度、变形能力、粘结性能、防水性能、耐久性能都得到了明显改善。聚合物的品种，固体聚合物的质量与水泥质量之比对水泥砂浆性能的改善有很大的关系。

刘晶，汪澜[3]认为将飞灰作为制备水泥的原料，在工艺上具有很高的可行性。同时对环境和经济的发展也有颇为有利。他们发现飞灰间的孔隙较大，有较大的比表面积。虽然不同地区产生的飞灰成分不相同，但是主要成分均为SiO2、Al2O3和CaO，与水泥的原料体系想接近，经处理后取代水泥制备具有较好的物理学性能。目前在北京已经建成了国内首条垃圾飞灰处置示范线。

曹美玲[4]发现传统的砂浆粘聚性和保水性较差，是引起收缩裂缝的关键。当橡胶掺量为18%时，砂浆的抗冲击性能，干燥收缩率都比较合理。主要是由于砂浆中的橡胶颗粒产生弹性变形吸收了一定的外荷载，对改善聚合物砂浆的粘结性和耐久性有很大帮助。也对水泥混凝土的韧性有很大提升。

丁文文，谭克锋，刘来宝[5]认为水泥的水化硬化过程是一个强烈的放热过程，尽管使用矿物掺和料可以减缓放热速度，对于大体积混凝土来说，在水泥水化放热和外界环境的共同作用下，混凝土内部很容易达到或超过60℃，对水泥的干缩特性也会发生影响。经研究发现，在蒸养条件下，复掺粉煤灰、硅灰不仅可以提高早期强度还可以减少浆体的干缩，对水泥浆体抗压强度也有所提高。

亓松彬[6]发现在纤维成分中添加二氧化锆的（含量16%以上）耐碱玻璃纤维，具有较高的拉伸强度和弹性模量、良好的化学稳定性等特性。在水泥混凝土和砂浆中掺加短切抗剪玻璃纤维，可以减少混凝土和砂浆的早期裂缝，提高混凝土和砂浆的防渗、抗裂性能和抗冲击性能，而且施工性能良好。耐碱玻璃纤维在水泥砂浆的应用对于改善水泥性能，开发新材料、新应用具有非常大的实际意义。

张磊，张亚楠，荣辉，王雪平，杨久俊[7]发现通过溶胶凝胶法改性后的硅藻土比表面积由2.76增大到158.52，平均孔径由初始的3.82nm减小到1.41nm。硅氧四面体被破坏，有较多的不饱和化学键，增强了与水分子的键合力；另一方面是由于其含有较多的活性SiO2可以生成更多的水化产物，所以改性硅藻土的水泥砂浆强度较高。当改性硅藻土掺量为10%时。28d抗压强度最高可达52.7MPa。改性后的硅藻土具有良好的火山灰性和调湿性能，掺入水泥基材料后对其力学性能和环境改善效果明显。

王辉，刘爱红，李航[8]发现将掺量为0.04%石墨烯纳米片经过球磨法均匀的分散在水泥基体中，会产生和桥联效应和拔出效应，改善和提高了水泥基复合材料的力学性能。3d抗折强度提高了22.84%和抗压强度提高了23.61%。在水泥断裂处会形成方向交错、形态细长的石墨烯纳米片，当发生断裂时这些纳米片会形成拔出效应，从而有效的分担各个方向的应力，消耗掉部分能量，达到提高韧性的目的。

目前，我国还有许许多多的研究者正投身于改性硅酸盐水泥研究中，相信不久的将来更多针对不同问题的的改性硅酸盐水泥将被研制出来。

2.传统水泥的不足

随着我国社会经济的不断进步和发展，对建筑物的要求也会越来越多。功能、美观、舒适、环保等方面要求迫使更多新型建筑材料的诞生和运用。作为使用最广的传统水泥在水化硬化中会放出大量的热，对建筑物本身也是一种伤害。水化产物中存在大量结晶程度并不好的晶体，使得普通硅酸盐水泥在抗渗、防水、防腐蚀、耐老化等方面有很大缺陷，许多建筑物往往实际的使用寿命尚未达到设计使用寿命便无法满足其使用要求。传统硅酸盐水泥在抗折强度和抗压强度上难以提升，在设计建造时因为安全等因素而使用过大的柱子和梁，这不但增加了建筑物的自重，还影响了建筑物的实用性和美观。

3.应用与展望

改性硅酸盐水泥则能很好的处理上诉问题，改性硅酸盐水泥拥有抗渗、抗冻、防水、防腐蚀、耐久性强等特点，在水闸、港口、冶金工程、化工中多有运用。改性硅酸盐水泥的运用大大提高了建筑物的使用寿命，增加了建筑物的安全系数，降低了建筑物在使用中损坏带来的次生经济损失。随着我国改性硅酸盐水泥的研究的日益成熟，以及国家对建筑物安全、环保、经济方面的重视，改性硅酸盐水泥的研究和运用也将越来越广泛。

参考文献：

[1] 韩建国1，阎培渝1，侯维红2. C4A3$-CaSO4-CaO 体系在硅酸盐水泥浆体中的膨胀能力[J]. 硅酸盐学报，2016，08：1-6.

[2]林国新，张建国. 水性环氧水泥砂浆添加剂的开发[J]. 广州化工，2016，18：113-115.

[3]刘晶，汪澜. 垃圾焚烧飞灰特性及在水泥行业资源利用研究进展[J]. 新型建筑材料，2016，08：62-65+85.

[4]曹美玲. 橡胶颗粒改性掺量对水泥砂浆性能的影响[J]. 价值工程，2016，29：129-130.

[5]丁文文，谭克锋，刘来宝. 养护温度对粉煤灰、硅灰水泥浆体强度和干缩的影响[J]. 西南科技大学学报，2016，03：63-67.

[6] 亓松彬. 耐碱玻璃纤维在水泥混凝土砂浆中的应用研究[J]. 混凝土世界，2016，10：80-85.

[7] 张磊，张亚楠，荣辉，王雪平，杨久俊. 基于溶胶凝胶法改性的硅藻土对水泥基材料性能的影响[J]. 材料导报，2016，16：120-126.

[8] 王辉，刘爱红，李航. 石墨烯纳米片对水泥基复合材料力学性能的影响[J]. 混凝土与水泥制品，2015，12：25-27.