孔令煒

（吉林建筑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，吉林長春 130118）

硅鈣渣制備堿激發(fā)膠凝材料分析

孔令煒

（吉林建筑大學(xué)材料科學(xué)與工程學(xué)院，吉林長春 130118）

硅鈣渣是指將堿和石灰石加入到高鋁粉煤灰中高溫?zé)Y(jié)，通過濕化學(xué)方法提取出Al2O3后將堿提取出后的固體殘留物，這些固體殘留物主要包含硅和鈣兩種化學(xué)元素，所以它們被統(tǒng)稱為硅鈣渣。目前國內(nèi)硅鈣渣的處理也還沒有得到合理的處理。而以工業(yè)廢渣為原料制備的堿激發(fā)膠凝材料因其綠色的制作工藝越來越受研究者的關(guān)注。本文將就硅鈣渣制備堿激發(fā)膠凝材料來展開論述。

硅鈣渣 堿激發(fā)膠凝材料

在日常生活中，煤主要是以燃燒的方式進(jìn)行消耗，這種消耗方式在解決人們?nèi)粘Ｋ璧膯栴}時也帶來了一系列的環(huán)境污染問題如大氣臭氧層破壞，空氣污染等。粉煤灰是煤炭燃燒過程中產(chǎn)生的環(huán)境污染固體殘留物，而且國內(nèi)每年粉煤灰的排放量達(dá)到了數(shù)億噸的令人驚駭?shù)臄?shù)目。因而粉煤灰回收利用處理問題迫在眉睫。堿激發(fā)膠凝材料是一種新型的綠色膠凝材料，而粉煤灰的濕法提取Al2O3后產(chǎn)生的硅鈣渣因其具備一定的化學(xué)成分和活性正好可以作為制備堿激發(fā)膠凝材料的原料，因而硅鈣渣為原料制備堿激發(fā)膠凝材料的研究也相應(yīng)成為人們的研究熱點(diǎn)。本文以鈣硅渣為原料，研究制備堿激發(fā)膠凝材料。

一、硅鈣渣的應(yīng)用

隨著粉煤灰提取鋁的工藝的不斷優(yōu)化，通過堿和石灰石燒結(jié)法提取氧化鋁的應(yīng)用也越來越廣，隨之也就產(chǎn)生了大量的硅鈣渣，然而這種工業(yè)廢渣的利用范圍卻很狹小，一部分被人們用于建筑材料如制造水泥等應(yīng)用上，一部分用于環(huán)境保護(hù)方面的實驗研究，大部分為了防止環(huán)境污染被人工填埋。如何大量利用硅鈣渣成為急需解決的問題。

二、堿激發(fā)膠凝材料的制備優(yōu)勢

我們都知道，在工業(yè)產(chǎn)出時都會產(chǎn)生很多含有SiO2、Al2O3、CaO等的工業(yè)廢渣材料，如果對它們置之不理，不僅由于這些工業(yè)廢渣材料自身沒有或有很微弱膠凝性，不能自發(fā)形成有用的產(chǎn)品，還可能造成嚴(yán)重的環(huán)境污染。[1]一般人們通過急冷方式將其形成玻璃體，利用其具有熱力學(xué)活性和相應(yīng)的化學(xué)組成，通過機(jī)械、熱力、化學(xué)方法等方式使其激活從而具有相應(yīng)的膠凝性，從而制得堿激發(fā)膠凝材料。

三、堿激發(fā)膠凝材料的優(yōu)勢及應(yīng)用領(lǐng)域

傳統(tǒng)的通用膠凝材料，以硅酸鹽水泥為高鈣體系的水泥為代表，例其堿的含量極高，特別是水化后Ca(OH)2含量很高。所以，以該種膠凝材料構(gòu)筑的建筑物，在其服役環(huán)境下，表現(xiàn)出耐久性不足的缺點(diǎn)，其中，硬化后的水泥石及其混凝土的結(jié)構(gòu)因素和化學(xué)組分因素，在服役環(huán)境中，極易導(dǎo)致其結(jié)構(gòu)破壞和化學(xué)組分改變的現(xiàn)象，例如，在酸性服役環(huán)境下，會降低堿性環(huán)境的堿度，當(dāng)堿性環(huán)境低于水泥水化產(chǎn)物穩(wěn)定所需的堿度時，水泥內(nèi)部堿含量開始分解來維持平衡，從而破壞了水泥石內(nèi)部的結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性， 直接后果就是影響其構(gòu)筑物的力學(xué)性能，同時其構(gòu)筑物的耐久性也得到極大破壞。與通用硅酸鹽類膠凝材料相比，堿激發(fā)材料的優(yōu)勢包含如下方面：綠色環(huán)保，按化學(xué)成分計算，1噸通用硅酸鹽水泥，而產(chǎn)生二氧化碳0.4噸左右，而堿激發(fā)膠凝材料95%的原料是工業(yè)廢料，不需要以犧牲礦山和土地資源為代價來作為原料，也不需要燒制，“綠色化”生產(chǎn)過程，更加不涉及煙、粉塵、廢水等污染物的排放；性能優(yōu)異，材料結(jié)構(gòu)決定其使用性能，把傳統(tǒng)材質(zhì)水泥與堿激發(fā)材料對比，可以看出前者是硅鈣體系，后者是硅鋁體系[2]。在同等條件下，堿激發(fā)膠凝材料的膠結(jié)粘土細(xì)沙的能力、低溫下抗凍的能力、特殊環(huán)境中抗酸堿腐蝕的能力，普遍超出同標(biāo)號水泥，由此，可以看出堿激發(fā)膠凝材料的性能優(yōu)勢。

在許多領(lǐng)域，堿激發(fā)膠凝材料均能發(fā)揮作用：1、建筑領(lǐng)域，具有通用硅酸鹽水泥的膠凝作用，可以用來澆混凝土、預(yù)制件、砌筑、抹面、地基處理等；2、交通領(lǐng)域。包含道路凝石、混凝土橋梁及其它交通設(shè)施；3、工業(yè)建設(shè)安裝領(lǐng)域。用于工業(yè)設(shè)備的基礎(chǔ)快速澆注、快速安裝。4、海洋工程領(lǐng)域。制備海洋工程混凝土；以及礦業(yè)工程和水利工程及農(nóng)業(yè)等多個應(yīng)用領(lǐng)域。

四、硅鈣渣制備堿激發(fā)膠凝材料的特點(diǎn)

在提取氧化鋁的化工生產(chǎn)中產(chǎn)生的固態(tài)硅鈣渣，因其有限的利用范圍，工業(yè)價值未得到充分的利用，同時造成了環(huán)境污染。堿激發(fā)膠凝材料，一種以硅鋁質(zhì)廢棄物為原料的低碳膠凝材料，因其能耗低、排放少、強(qiáng)度高、耐久性好等潛在的優(yōu)勢性能具有廣闊的應(yīng)用前景。在這樣的境況下，我們進(jìn)行了初步的硅鈣渣原料制作堿激發(fā)膠凝材料的研究。研究發(fā)現(xiàn)它們的結(jié)合具有以下優(yōu)勢特點(diǎn)：（1）硅鈣渣制作堿激發(fā)膠凝材料能夠使工業(yè)廢渣實現(xiàn)無害化處理，廢渣資源得到了二次利用，同時能拓寬其應(yīng)用范圍。（2）研究中采用了新工藝，該工藝使用使得硅鈣渣的利用率提高了一個層次。由于在制作過程中所有的廢渣都得到了充分的利用，使得生產(chǎn)過程幾乎沒有環(huán)境污染產(chǎn)物的剩余。（3）建立的硅鈣渣原料制作堿激發(fā)膠凝材料的工藝方法可以實現(xiàn)經(jīng)濟(jì)效益和資源效益的共同進(jìn)步。其多樣產(chǎn)品結(jié)構(gòu)可以形成相應(yīng)的經(jīng)濟(jì)發(fā)展模式。

五、硅鈣渣制備堿激發(fā)膠凝材料的應(yīng)用總結(jié)

通過對硅鈣渣制備堿激發(fā)膠凝材料的介紹，從中我們可以看出這種綠色新型膠凝材料的的應(yīng)用前景。為了實現(xiàn)產(chǎn)業(yè)化應(yīng)用，加快未來發(fā)展道路，目前有幾方面的問題需要進(jìn)一步去研究解決：（1）硅鈣渣制備堿激發(fā)膠凝材料性能的影響因素。其性能的影響因素的規(guī)律雖然已經(jīng)有了一些研究成果，但仍缺乏系統(tǒng)性。因此，如何提高鈣硅渣堿激發(fā)膠凝材料性能的穩(wěn)定是工程實際應(yīng)用應(yīng)解決的關(guān)鍵問題。（2）硅鈣渣制備堿激發(fā)膠凝材料的減水劑問題。由于對硅酸鹽水泥具有良好減水效應(yīng)的減水劑通常對堿激發(fā)膠凝材料無效。因此，需要迫切尋找與堿激發(fā)材料適應(yīng)的減水劑，以提高大規(guī)模工程應(yīng)用的利用率。（3）硅鈣渣制備堿激發(fā)膠凝材料的相關(guān)研究還不夠系統(tǒng)和深入，針對原材料及制備工藝對其性能的影響規(guī)律、機(jī)理及其定量表征等，均需要更加深入的研究。相信解決了這些問題，硅鈣渣制備堿激發(fā)膠凝材料的未來將會迎來光明的舞臺階梯[3]。

結(jié)語：隨著氣候變暖問題的日益白熱化，環(huán)境保護(hù)意識的提升，人們對于綠色環(huán)保材料的要求與需求也與日劇增。而就堿激發(fā)膠凝材料而言，它是一種以硅鋁質(zhì)廢棄物為原料的低碳膠凝材料。因其能耗低、排放少、強(qiáng)度高、耐久性好等優(yōu)勢性能，被許多研究學(xué)者一致認(rèn)為是一種具有廣闊應(yīng)用前景的綠色膠凝材料。而硅鈣渣具有高污染，利用效應(yīng)低等特點(diǎn)，以硅鈣渣為原料制備的堿激發(fā)膠凝材料有利于工業(yè)固體廢棄物資源化利用，相信在我們的共同努力下硅鈣渣制備堿激發(fā)膠凝材料的應(yīng)用前景將會更廣闊。

[1]詹蘭,郭麗萍.礦渣-稻殼灰基堿激發(fā)膠凝材料的制備[J].混凝土與水泥制品,2014,(10):12-15.

[2]趙顏紅,潘社奇,李長成等.放射性焚燒灰堿激發(fā)膠凝材料固化體浸出實驗[J].核化學(xué)與放射化學(xué),2010,32(5):268-273.

[3]劉龍,黃莉美,王愛貞等.赤泥-粉煤灰-礦渣堿激發(fā)膠凝材料性質(zhì)的研究[J].洛陽理工學(xué)院學(xué)報（自然科學(xué)版）,2012,22(1):13-20.

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