低碱度水泥基凝胶材料研究现状

梁慷 林强 孙国斌

摘 要：植物生长型生态混凝土是一种能够适应植物生长，对调节生态平衡，美化环境景观，实现人类与自然的协调具有积极作用的混凝土材料，已在国内外的住宅区、道路、停车场和水利工程的河流护坡上进行了工程运用。植生型混凝土的核心技术之一是研制低碱度水泥基胶凝材料。文章介绍了低碱度水泥基胶凝材料实现途径及制备技术方法，供相关工程参考。

关键词：生态混凝土；水泥基材料；降低碱度

引言

水泥基胶凝材料（如：混凝土）是目前最大宗的人造工程材料，它具有可浇注、经济、耐用、现场制作、艺术性等优良特点。它给人类带来了文明，也给环境造成了污染。理论上，生产一吨水泥熟料，要燃烧178kg标准煤，因此会排放出大约800公斤CO2，0.74公斤的SO2等有害气体。21世纪混凝土的发展方向应该是生态友好型混凝土，因此，胶凝材料应该突破传统建筑材料的范围，发展生态环境友好型材料，走可持续发展之路。

植物生长型生态混凝土（简称：植生型混凝土）是一种能够适应植物生长，对调节生态平衡，美化环境景观，实现人类与自然的协调具有积极作用的混凝土材料，目前已在国内外的住宅区、道路、停车场和水利工程的河流护坡上进行了工程实施试验，而植生型混凝土的核心技术之一就是研制低碱度水泥基胶凝材料。

1 水泥基材料低碱度获得途径

1.1 水泥品种的选择

按熟料的主要矿物组成，水泥可分为：硅酸盐水泥（主要矿物为硅酸钙）、铝酸盐水泥（主要矿物为铝酸钙）、硫铝酸盐水泥（主要矿物为无水硫铝酸钙）三大系列。硫铝酸盐水泥由于其水化产物主要为钙矾石，且该水化产物能够在低碱环境下稳定存在，此时与之平衡的硬化浆体液相的碱度也是较低的。试验显示，硅酸盐水泥、铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥，它们的硬化浆体液相各组分平衡时的pH值分别为13.5、11.0、10.8左右。因此，硫铝酸盐水泥是配制植生型混凝土时的首选。

1.2 在硅酸盐水泥中掺活性掺合料

目前市面常见的水泥是硅酸盐水泥，如用该类水泥配制植生型混凝土，必须首先降低它水化产物的碱度。目前通过对硅酸盐水泥改性而降低其水化产物碱度的方法主要有三种：

（1）硅酸盐水泥+聚合物乳液（所用的聚合物为丙烯酸酷类）；

（2）硅酸盐水泥+活性掺合料（活性掺合料包括硅灰、高炉矿渣、粉煤灰等，但此方法只有在掺量较大时才能起作用）；

（3）以上两种方法的结合。

1.3 其他措施

其他能有效地减小混凝土pH值的措施有：

（1）通过改变轻质混凝土中轻骨料的组成类型（如增加珍珠岩的量）；

（2）采用FeSO4溶液对多孔混凝土进行降碱处理；

（3）采用封碱的方法，对混凝土孔隙内的碱性环境进行改造。即用喷雾装置将分散性好，抗破乳性强的聚合物（如环氧树脂）对混凝土孔隙的孔壁进行表面处治，在孔壁表面形成一层具有一定强度的均匀薄膜，封堵水化水泥中的毛细孔道，阻塞碱溶液析出。

2 研究结果

（1）矿物外掺料的加入有利于多孔混凝土内部孔隙pH值的降低，矿物外掺料对pH值的降低程度最明显的是硅灰，当硅灰掺量在6%时，其28天的pH值可降到了10.5以下。硅灰的掺入还可明显改善大掺量粉煤灰混凝土的早期强度，后期强度发展也较好，但其成本较高，操作不易，不适合规模化生产，故不提倡使用；

（2）当粉煤灰、矿渣掺量在22.22%～28.58%之间时，28d龄期的植生型混凝土pH值在11.82～10.31之间；当粉煤灰可掺量达65%～70%时，28d的pH值可达11.50以下，90d的pH值甚至可以达到9.00～10.50；

（3）采用环氧树脂对混凝土孔隙进行表面处治后，其pH值可降至7左右，呈现中性。这是因为，环氧树脂在胶结材料表面形成的高分子薄膜能有效地阻止碱类物质的析出，阻断了碱的来源；

（4）在不考虑强度因素的情况下，当铝粉掺量为1.2‰、水胶比为0.60、水泥掺量为10%、生石灰掺量为15%、粉煤灰占75%时、所制得的混凝土90天的pH值仅为8.92。

3 结束语

植生型混凝土技术将工程防护和生态绿化的有效地结合在一起，具有良好的环境效应，符合建设和谐社会的要求和我国可持续发展战略。低碱度水泥基胶凝材料制备是植生型混凝土研究的核心，随着研究的深入，势必会成为混凝土技术研究的热点之一。

参考文献

[1]宋文杰.边坡生态护坡的植生混凝土研究[D].长沙：长沙理工大学，2011.5.

[2]杨永民，赵洪，张君禄.植被混凝土在水利边坡工程中的研究进展和应用现状[J].广东建材，2014，3：9-12.

[3]张开猛.大掺量粉煤灰植生型多孔混凝土的研究[D].绵阳：西南科技大学，2007.4.

[4]刘正龙.生态混凝土低碱度胶凝材料研究[D].南京：南京水利科学研究院，2004.6.

[5]奚新国.高孔隙率低碱度胶凝材料的研究[D].南京：南京工业大学，2003.12.

注：文章得到南京工业职业技术学院院级最大项目（编号：YK13-05-02）资助，作者在此表示衷心感谢。