激發(fā)膠凝材料一些問題的思考

[摘要] 本文總結(jié)了礦物摻合料在混凝土材料中的作用,指出了活性效應(yīng)的地位及其對其它效應(yīng)的影響。分析激發(fā)膠凝材料活性的方法及其作用方式,從對混凝土材料性能的影響出發(fā),提出激發(fā)膠凝材料活性時應(yīng)注意的問題。在此基礎(chǔ)上提出目前在化學(xué)活化膠凝材料領(lǐng)域的一個研究方向,實現(xiàn)這一目標(biāo)所面臨的困難,以及解決這一問題的一些思路。

[關(guān)鍵詞]  膠凝材料 活化 作用 思路

1  引言

    在混凝土材料中,膠凝材料是不可缺少的一個重要的組成部分。膠凝材料通過水化等反應(yīng),將砂、石等材料膠結(jié)在一起,形成具有較好力學(xué)性能和耐久性能的混凝土材料。袁潤章等在分析水泥礦物的膠凝性時曾指出[1 ] ,水泥礦物具有膠凝能力的本質(zhì)與條件可以歸結(jié)為三點:(1) 水泥熟料礦物的活性決定于其結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性,這種結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性的原因或者是由于它是介穩(wěn)的高溫型結(jié)構(gòu),或者是由于在礦物中形成了有限的固熔體,或者是由于微量元素的摻雜使晶格排列的規(guī)律性受到某種程度的影響, 或者是這些原因兼而有之; (2) 在晶體結(jié)構(gòu)中存在著活性陽離子。結(jié)構(gòu)中活性陽離子存在的原因或者是由于不規(guī)則的配位和配位數(shù)降低,或者是由于結(jié)構(gòu)的變形,或者是由于它們在結(jié)構(gòu)中電場分布的不均勻性,或者是這些原因兼而有之; (3) 膠凝材料硬化的決定性條件是能否形成足夠數(shù)量的穩(wěn)定的水化物,以及這些水化物能否彼此連生并形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。然而,除了水泥以外,一些工業(yè)廢渣,如礦渣、粉煤灰、硅灰等也是在高溫下形成的,甚至在一些天然礦物(如沸石等) 中,也具有這些不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)特征。這些潛在能量的存在表明,這些礦物和工業(yè)廢渣具有潛在的活性,這些材料也可以通過一些反應(yīng)將砂、石等材料膠結(jié)在一起,形成具有較好性能的混凝土材料。因此,它們也可以作為一種膠凝材料,或者與其它組分結(jié)合,構(gòu)成新的膠凝材料體系。目前,這些礦物摻合料已經(jīng)成為混凝土材料中的一個重要組分,而且是膠凝材料的一個重要的組成部分。但是, 由于組成和形成過程的差異,這些材料的活性遠(yuǎn)不及水泥熟料礦物。

    從化學(xué)動力學(xué)角度看,礦物摻合料的反應(yīng)速度較慢,尤其在冬季及北方地區(qū),由于氣溫低,當(dāng)在混凝土中摻入礦物摻合料時,因其活性發(fā)揮較慢,使得早期強(qiáng)度降低,凝結(jié)時間延長,脫模時間延長,影響施工進(jìn)度,不能滿足實際工程的需要。正是由于這一原因,使得礦物摻合料在混凝土中的應(yīng)用受到很大的限制。近幾十年來,一些研究者們開展了大量的工作,以尋求提高礦物摻合料活性的方法,但在怎樣把這些礦物摻合料的潛能全部發(fā)揮出來,使之由被動的填充材料愈來愈多地轉(zhuǎn)向質(zhì)優(yōu)價廉的寶貴資源方面還有待進(jìn)一步創(chuàng)新。

    本文從礦物摻合料在混凝土中的作用入手,分析礦物摻合料的活性效應(yīng)與其它效應(yīng)的關(guān)系和激發(fā)礦物摻合料活性的方式方法,提出選擇激發(fā)方法時應(yīng)注意的問題,以及對激發(fā)礦物摻合料活性方法的一些新構(gòu)思,試圖通過多學(xué)科相互借鑒與交叉的思維方式,尋找充分活化礦物摻合料新的突破點。

2  在混凝土材料中礦物摻合料的作用及對其性能的影響

  沈旦申在研究粉煤灰在混凝土中的作用時提出了粉煤灰效應(yīng)假說[2 ] ,把粉煤灰對混凝土可能發(fā)生的效應(yīng)歸結(jié)為“形態(tài)效應(yīng)”、“活性效應(yīng)”和“微集料效應(yīng)”三項基本效應(yīng)。

    所謂形態(tài)效應(yīng),泛指各種應(yīng)用于混凝土中的礦物質(zhì)粉料,由其顆粒的外觀形貌、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、表面性質(zhì)、顆粒級配等物理性狀所產(chǎn)生的效應(yīng)。

    所謂活性效應(yīng),是指混凝土中礦物摻合料的活性成分所產(chǎn)生的化學(xué)效應(yīng)。

    所謂微集料效應(yīng),是指礦物摻合料微細(xì)顆粒均勻分布于水泥漿體的基相中,就象微細(xì)集料一樣,改善混凝土的結(jié)構(gòu)和性能。

    實際上,上述三種基本效應(yīng)是所有礦物摻合料在混凝土中的作用形式,不僅粉煤灰如此,其它礦物摻合料也是如此,差別僅僅是作用程度的不同?;钚孕?yīng)是礦物摻合料在混凝土中作用的一個重要組成部分。礦物摻合料之所以得到普遍的應(yīng)用,就是因為它具有一定的反應(yīng)能力,形成類似于水泥熟料水化產(chǎn)物的反應(yīng)產(chǎn)物,這些反應(yīng)產(chǎn)物的形成, 使混凝土材料的結(jié)構(gòu)得到改善。勿容置疑,活性效應(yīng)是礦物摻合料對混凝土材料性能貢獻(xiàn)的一個重要方面?;钚孕?yīng)是微集料效應(yīng)發(fā)揮的基本保證。礦物摻合料的微集料效應(yīng)來自于三個方面:一是這些礦物微粉顆粒本身具有較高的強(qiáng)度;二是這些礦物微粉顆粒與水化產(chǎn)物之間具有較好的粘結(jié)性能;三是這些礦物微粉顆粒在水泥漿體中分散狀態(tài)良好, 有助于新拌混凝土和硬化混凝土均勻性的改善,也有助于混凝土中孔隙的填充與“細(xì)化”。其中礦物微粉顆粒與水化產(chǎn)物之間具有較好的粘結(jié)性能是其它兩者的基礎(chǔ)。只有當(dāng)微集料顆粒與水化產(chǎn)物緊密結(jié)合時它較高的自身強(qiáng)度才能發(fā)揮作用,使孔細(xì)化的效果才能得以體現(xiàn)。只有在這一前提下,它的優(yōu)越的性能才能得到利用和發(fā)揮。微集料顆粒的界面反應(yīng)是提高其界面性能的一個重要途徑。因此,礦物質(zhì)粉料活性效應(yīng)的發(fā)揮是微集料效應(yīng)發(fā)揮的前提和保證?;钚孕?yīng)是形態(tài)效應(yīng)作用效果的延續(xù)。礦物摻合料的形態(tài)效應(yīng)僅僅決定了混凝土材料的初始結(jié)構(gòu),隨著礦物摻合料各種反應(yīng)的進(jìn)行,可以使混凝土材料的結(jié)構(gòu)得到進(jìn)一步的改善,而這些反應(yīng)的程度和速度則取決于它的活性效應(yīng)。從對混凝土材料性能的影響上看,活性效應(yīng)是形態(tài)效應(yīng)的延續(xù)和發(fā)展, 它使混凝土性能得到進(jìn)一步的改善。由此可見,充分挖掘礦物摻合料的活性潛力有著特別重要的意義。同時,也應(yīng)該看到,礦物摻合料在混凝土中的作用是由三個效應(yīng)組成的,在挖掘它的活性效應(yīng)潛力的同時也應(yīng)該注意兼顧它的其它效應(yīng)。

3  激發(fā)水泥基膠凝材料的方式

    在摻有礦物摻合料水泥基材料的水化反應(yīng)過程中存在著兩類反應(yīng):一是水化反應(yīng),主要是指水泥熟料礦物的水化反應(yīng)。由于礦渣中也存在著一些水泥熟料礦物,它們也可以直接與水反應(yīng),這一反應(yīng)也屬于水化反應(yīng);二是火山灰反應(yīng)。作者在研究粉煤灰水泥水化動力學(xué)時發(fā)現(xiàn)[3 ] ,這兩類反應(yīng)并非是孤立進(jìn)行的,而是相互影響、相互促進(jìn)。因此,激發(fā)水泥基膠凝材料的方式也可以分成兩類:一是促進(jìn)水化反應(yīng);二是促進(jìn)火山灰反應(yīng)。促進(jìn)水化反應(yīng)方式的作用對象是水泥熟料礦物,通過適當(dāng)?shù)拇胧龠M(jìn)熟料礦物的水化。盡管這一類措施不直接作用于火山灰反應(yīng),但由于水化反應(yīng)與火山灰反應(yīng)的相互影響, 也會間接地加速火山灰反應(yīng)過程。促進(jìn)火山灰反應(yīng)方式的作用對象是火山灰質(zhì)礦物。同樣,盡管這一類措施不直接作用于水化反應(yīng),也可以通過這兩類反應(yīng)間的相互作用來加速水化反應(yīng)。盡管這兩類激發(fā)方式對兩類反應(yīng)都會產(chǎn)生影響,但它們的作用點、對兩類反應(yīng)的作用程度都是不同的。從對水泥基膠凝材料性能的影響來看,激發(fā)水化反應(yīng)的措施對水泥基膠凝材料性能的影響在早期較顯著,而激發(fā)火山灰反應(yīng)的措施對水泥基膠凝材料性能的影響則在后期比在早期更顯著。

    不同的礦物摻合料由于組成的差異,它們的反應(yīng)方式也不完全相同,因此,也應(yīng)采取不同類型的激發(fā)措施。對于礦渣,由于存在著相當(dāng)數(shù)量的水泥熟料礦物,這些礦物必將發(fā)生水化反應(yīng)過程。因此,應(yīng)著重采取激發(fā)水化反應(yīng)的措施。對于一些火山灰質(zhì)材料,如低鈣粉煤灰、硅灰等,則是以火山灰反應(yīng)為主,特別是當(dāng)火山灰材料摻量較大時,更應(yīng)該注重激發(fā)火山灰反應(yīng)活性。當(dāng)火山灰材料摻量較小時,可以考慮采用激發(fā)水化反應(yīng)的措施,以加速水化反應(yīng)來帶動火山灰反應(yīng),這對改善水泥基材料的早期性能有一定的作用。

4  激發(fā)膠凝材料的方法

    為了激發(fā)膠凝材料的活性,研究者們開展了大量的研究工作,開辟了各種激發(fā)途徑,這些方法大體可分為三類。

(1) 機(jī)械活化

    機(jī)械活化是一種物理激發(fā)方法,通過機(jī)械力的作用,將膠凝材料磨細(xì),增加新的活性表面,加速反應(yīng)過程。機(jī)械活化的作用方式取決于機(jī)械力的作用對象。如果粉磨對象是火山灰質(zhì)材料,其作用方式則是激發(fā)火山灰反應(yīng)。同樣,也可以通過粉磨具有水泥熟料礦物的微粒來激發(fā)水化反應(yīng)。值得注意的是機(jī)械作用可能改變顆粒的形貌,因此,可能影響其形態(tài)效應(yīng)。采取這一方法時應(yīng)綜合考慮對活性效應(yīng)和形態(tài)效應(yīng)的影響,平衡其得失。

(2) 化學(xué)活化

    所謂化學(xué)活化,是通過一些有機(jī)或無機(jī)的化學(xué)激發(fā)劑來激發(fā)其活性?;瘜W(xué)激發(fā)劑大體有以下幾類:

a 堿性激發(fā)劑

    常用的堿性激發(fā)劑有氫氧化鈣、氫氧化鈉等。這類激發(fā)劑由于它比水分子較易進(jìn)入礦渣、粉煤灰等礦物摻合料網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)部孔穴,并能與活性陰離子比較激烈地互相作用,因而促進(jìn)結(jié)構(gòu)的解體和溶解。另外,溶液中Ca2 + 離子濃度增加,又促進(jìn)了Ca (OH) 2 與礦物摻合料中活性SiO2 和活性Al2O3 化合,生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣等水化物。一般來說,堿金屬離子比堿土金屬離子更容易進(jìn)入膠凝材料結(jié)構(gòu)的內(nèi)部,因此,具有更強(qiáng)的激發(fā)作用。但堿金屬離子的存在有可能導(dǎo)致堿集料反應(yīng)。

b 硫酸鹽類激發(fā)劑

    常用的硫酸鹽激發(fā)劑有石膏、硫酸鈉等。只有在一定的堿性環(huán)境中,再加入一定的石膏,礦渣活性才能充分發(fā)揮出來。但在生產(chǎn)過程中同時加入兩種外加劑,難度較大,生產(chǎn)不好控制,計量也難以精確。此外,加入硫酸鈉等一些含堿金屬離子的硫酸鹽激發(fā)劑也會對混凝土的耐久性帶來不利的影響。

c 硅酸鹽類激發(fā)劑

    常用的硅酸鹽類激發(fā)劑有水玻璃或固體硅酸鈉。一些研究表明,這一類激發(fā)劑對礦渣有較好的激發(fā)效果,但對一些火山灰質(zhì)材料激發(fā)效果較差。

d 碳酸鹽類激發(fā)劑

    碳酸鹽激發(fā)劑常用碳酸鈉,這種激發(fā)劑通常用于激發(fā)礦渣的活性,對于火山灰質(zhì)材料的激發(fā)效果并不明顯。

e 其它類型激發(fā)劑

    除上述四類激發(fā)劑外,也有采用明礬石(主要成分為K2 SO4 ·Al2 ( SO4 ) 3 ·4Al (O H) 3 ) 、亞硝酸鹽和一些鋁酸鹽作為激發(fā)劑,但其激發(fā)效果并不理想。

    從其激發(fā)機(jī)理來看,大體上表現(xiàn)為兩種作用:一是打破玻璃體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu),使其解體和溶解,在水溶液中建立起對新形成的水化產(chǎn)物是過飽和的溶液, 以實現(xiàn)水化產(chǎn)物的成核、生長、再彼此交叉搭接,形成水化產(chǎn)物的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu);二是與這些材料中的某些組分反應(yīng)形成水化物。礦渣粉、粉煤灰等礦物摻合料玻璃體的聚合度高,怎樣使之?dāng)噫I,由高聚體變?yōu)榈途垠w。根據(jù)玻璃結(jié)構(gòu)的特征,要使玻璃結(jié)構(gòu)解體, 在水溶液中必須具有足夠數(shù)量的極性分子和離子, 而且要求這些極性分子或離子能夠進(jìn)入玻璃體內(nèi)部,特別是堿金屬離子進(jìn)入玻璃體結(jié)構(gòu)后,打破玻璃體結(jié)構(gòu)中的橋氧鍵,形成較弱的金屬離子鍵。由此看來,只有堿性物質(zhì)能夠打破玻璃體結(jié)構(gòu)。而其它的一些離子僅僅是與膠凝材料中的某些組分反應(yīng)形成水化物。水泥熟料礦物主要由各種硅酸鹽、鋁酸鹽等“微晶子”聚集而成,這些微晶子是極度變形的晶體。因此,不需要解體就能與水反應(yīng),一些無機(jī)鹽類也可以與其反應(yīng)形成水化物。粉煤灰等一些火山灰礦物則是以玻璃體結(jié)構(gòu)為主,因此,必須依靠堿來打破這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)才能發(fā)揮其活性。在礦渣中也存在著一定數(shù)量的微晶子,它們也不需要解體就能與水反應(yīng)。此外,礦渣中還存在著大量的玻璃體,這種結(jié)構(gòu)需要激發(fā)。但礦渣的玻璃體結(jié)構(gòu)與粉煤灰等不同,在礦渣的玻璃體結(jié)構(gòu)中存在著較多的非橋氧鍵, 甚至存在著一定數(shù)量的金屬離子鍵,這些鍵易于打破。因此,硫酸鈉、硅酸鈉等一些激發(fā)劑對礦渣都表現(xiàn)出一定的激發(fā)效果,當(dāng)有堿性激發(fā)劑存在時,激發(fā)效果更好。

(3) 熱活化

    熱活化是通過提高溫度的途徑來激發(fā)礦物摻合料的潛在活性。由于膠凝材料的反應(yīng)速度與溫度關(guān)系很大,因此這種途徑可有效增強(qiáng)其水化速度,發(fā)揮其潛在活性。但在實際使用中因其增加工藝的復(fù)雜程度且增加生產(chǎn)成本,使得本來希望利用礦物摻合料來降低企業(yè)生產(chǎn)成本的優(yōu)勢減弱甚至變?yōu)橄喾矗?失去了綜合利用的意義,而且在現(xiàn)澆混凝土工程中也難以采用。

5  激發(fā)膠凝材料活性時應(yīng)注意的幾個問題

5.1  激發(fā)膠凝材料活性時應(yīng)注意各組分之間的平衡

  無論是水化反應(yīng)還是火山灰反應(yīng)都是化學(xué)反應(yīng),當(dāng)某一反應(yīng)物消失時,反應(yīng)也將停止。反應(yīng)物的存在是反應(yīng)進(jìn)行的先決條件。因此,必需注意各組分之間的平衡,否則,激發(fā)其活性也就失去意義。作者曾指出[4 ] ,隨著水泥水化的進(jìn)行及水化產(chǎn)物的生成,鈣、硅、硫、鋁等元素之間存在著一種動態(tài)平衡, 在確定各種物料配比及加入激發(fā)劑時必須注意對不同齡期這種平衡關(guān)系的影響規(guī)律。破壞了這種平衡,即便活性再高,也不能得到所需要的反應(yīng)產(chǎn)物, 因而也就不能獲得所期望的性能。

5.2  激發(fā)膠凝材料活性時應(yīng)注意對混凝土各種性能的影響

  工程對混凝土的性能要求是多方面的,因此,在選擇激發(fā)膠凝材料活性方法時不能單純地考慮強(qiáng)度性能,必須兼顧其它方面的性能。由于目前所采用的許多激發(fā)劑都含有一定量的堿金屬離子,因此,有兩個方面的問題尤其需要引起研究者的注意。

(1) 堿集料反應(yīng)問題。當(dāng)混凝土中含有活性集料時,堿的存在有可能導(dǎo)致堿集料反應(yīng)。當(dāng)然,礦物摻合料可以抑制堿硅反應(yīng),但在高堿含量情況下,即便摻入大量的礦物摻合料,堿硅反應(yīng)仍可能發(fā)生,對此不能掉以輕心。加入激發(fā)劑時應(yīng)注意控制混凝土的堿含量。

(2) 干縮變形問題。干縮變形是導(dǎo)致混凝土開裂的一個重要方面。在約束條件下,混凝土的干縮受到限制,在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力,當(dāng)這種內(nèi)應(yīng)力大于混凝土抗拉極限時,混凝土將開裂。一些研究表明[ 5 ] ,在膠凝材料用量相同時,水泥堿含量越高, 混凝土的干縮變形越大。礦物摻合料及激發(fā)劑帶入的堿對混凝土的干縮變形有什么影響? 需要進(jìn)行一些研究。因此,在選擇激發(fā)方法時應(yīng)充分注意這一方面的影響。

6  對于激發(fā)膠凝材料活性方法的一些思考

     從上述分析可以看出,激發(fā)膠凝材料的方法很多,但這些方法都存在著一些問題。因此,應(yīng)該根據(jù)礦物摻合料的種類和工程的實際情況合理采用。例如,對于優(yōu)質(zhì)的Ⅰ級粉煤灰,不要采用機(jī)械活化的方法來激發(fā)其活性;對于礦渣可采用機(jī)械活化與化學(xué)活化相結(jié)合的方法來激發(fā)其活性;對于一些火山灰材料,如果集料是非活性的,且抗裂性要求不高時, 可考慮采用一定數(shù)量的堿性激發(fā)劑。如果集料是活性的,則應(yīng)以機(jī)械活化為主,適當(dāng)?shù)剡x擇一些激發(fā)水化反應(yīng)的激發(fā)劑來間接地加速火山灰反應(yīng)。

    目前,化學(xué)活化方法主要是采用一些堿性物質(zhì)作為激發(fā)劑,在實際工程中,這些激發(fā)劑的使用受到很多的限制,其它的激發(fā)劑效果大多數(shù)不太理想。因此,開發(fā)不含堿或低堿的激發(fā)劑是當(dāng)前亟待解決的問題。然而,從礦物摻合料的結(jié)構(gòu)分析,開發(fā)不含堿或低堿的激發(fā)劑困難較大。因此,需要從觀念上有一個較大的轉(zhuǎn)變,借鑒其它領(lǐng)域的一些思維模式, 才有可能較好地解決這一問題。以下提供一些思路,僅供研究者們參考。

(1) 介穩(wěn)晶型

    從結(jié)晶化學(xué)角度可知,晶格缺陷越多越不穩(wěn)定。因此, “活化”反應(yīng)物晶格使其缺陷增多,使反應(yīng)物的位能提高,有利于平衡向生成產(chǎn)物一邊移動。關(guān)鍵在于怎樣“活化”晶格? 怎樣“創(chuàng)造”晶格缺陷?

(2) 晶核形成與晶體生長

    對于一些溶解沉淀反應(yīng),反應(yīng)物與反應(yīng)產(chǎn)物的溶解度差則是這一反應(yīng)的驅(qū)動力。由物理化學(xué)知識可知,物質(zhì)的溶解度與其顆粒的曲率半徑有關(guān),曲率半徑越小,溶解度越高。在反應(yīng)的初期沒有反應(yīng)產(chǎn)物存在,在這一條件下形成反應(yīng)產(chǎn)物的晶體,通常需要較高的過飽和度。這意味著在反應(yīng)的初期,反應(yīng)物與反應(yīng)產(chǎn)物的溶解度差比正常情況下小。如果在正常情況下反應(yīng)物與反應(yīng)產(chǎn)物的溶解度差不大,不能形成足夠的過飽和度,反應(yīng)產(chǎn)物則不能形成,反應(yīng)也就不能進(jìn)行。若引入一些反應(yīng)產(chǎn)物的“晶種”,使反應(yīng)產(chǎn)物在這些晶種上結(jié)晶長大,則可以提高反應(yīng)初期反應(yīng)物與反應(yīng)產(chǎn)物的溶解度差,增大反應(yīng)的驅(qū)動力,使反應(yīng)可以進(jìn)行,或者使反應(yīng)可以更快的進(jìn)行。在水泥水化反應(yīng)中,有一些反應(yīng)屬于溶解沉淀反應(yīng)。引入一些相應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物“晶種”,可能會對這些反應(yīng)起到有益的作用。

(3) 顆粒分散

    礦粉、粉煤灰等粉狀物料加水后容易聚集,粘結(jié)在一起,減少了與水和激發(fā)劑的接觸面積,影響反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行。適當(dāng)?shù)丶尤胍恍┓稚蛊浞稚⑽锪项w粒,增大反應(yīng)表面,將是提高反應(yīng)速度的一個途徑。外加劑的應(yīng)用是混凝土科學(xué)的一場革命,它之所以作為混凝土的一個不可缺少的組分,恰恰是因為它能有效地分散水泥顆粒。因此,研制適宜礦渣、粉煤灰等礦物摻合料的表面活性劑也是應(yīng)該引起注意的問題之一。

(4) 化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)

    一個化學(xué)反應(yīng)是否發(fā)生? 反應(yīng)朝著什么方向進(jìn)行?是由向熵增加的方向,這是熱力學(xué)第二定律。但是,熱力學(xué)上可能發(fā)生的反應(yīng)在實際中不一定都是可行的,有的反應(yīng)進(jìn)行得如此之慢,甚至幾千年、幾萬年才能有微小的變化。因此更有實際意義的是反應(yīng)速度。決定反應(yīng)速度的有:反應(yīng)物的數(shù)量、溫度、界面面積、能量勢壘等等因素。通常采用的熱激活就是考慮了提高反應(yīng)物的溫度來加速水化反應(yīng)。采用的物理激發(fā)就是通過磨細(xì)礦物摻合料、增大反應(yīng)界面面積的途徑來加速反應(yīng)。另外一個措施就是采用催化劑。所謂催化,就是將一個能壘較高的反應(yīng)通過形成中間產(chǎn)物分解成多步能壘較低的反應(yīng)。由于分步反應(yīng)過程的能壘降低,反應(yīng)則易于進(jìn)行。怎樣通過引入中介介質(zhì)、形成介穩(wěn)晶型、活化晶格、破鍵、解聚等路徑跨越反應(yīng)能壘,也將是繼續(xù)探索活化膠凝材料的突破點之一。

(5) 石油的裂解

    石油是各種不同鏈長有機(jī)物分子的集合體,其中一些鏈長較短的油稱之為輕油,它們具有較低的燃點,較易燃燒,常用作飛機(jī)、汽車等的燃料。一些鏈長較長的油稱之為重油,燃點較高,不易燃燒。為了獲得更多的燃料油,人們通過裂解的辦法將重油的長鏈打斷,形成短鏈的輕油。這一過程與玻璃體的斷鍵很相似。是否可借鑒石油工業(yè)中裂解方法的一些思路,運(yùn)用到礦物摻合料的活化方面來? 特別是催化裂解的一些新的科研成果,如果能結(jié)合水泥化學(xué)方面的知識,并充分考慮到礦物摻合料的結(jié)構(gòu)特征,也許能獲得突破性的發(fā)現(xiàn)。

    上述思路僅是作者提出的一種多學(xué)科交叉借鑒的思維方式,所舉例子及一些觀點,沒有做深入地探索和研究,可能不一定正確,提出來謹(jǐn)供探討。

7  結(jié)論

(1) 活性效應(yīng)是礦物摻合料對混凝土材料性能貢獻(xiàn)的一個重要部分,也是其它效應(yīng)發(fā)揮的基礎(chǔ)。只有充分地發(fā)揮活性效應(yīng),礦物摻合料的形態(tài)效應(yīng)和微集料效應(yīng)才能得以體現(xiàn)和較好地利用。同時, 在激發(fā)膠凝材料的活性時也應(yīng)該兼顧其它效應(yīng)的作用。

(2) 盡管激發(fā)膠凝材料活性的方法很多,但作用方式大體可分為兩類:一是促進(jìn)熟料礦物的水化反應(yīng);二是促進(jìn)火山灰反應(yīng)。由于這兩類反應(yīng)之間的相互作用,盡管兩類激發(fā)方式的作用對象不同,但對這兩類反應(yīng)都會有不同程度的影響。

(3) 在實際工程中對混凝土材料的性能要求是多方面的,因此,在激發(fā)膠凝材料時必須綜合考慮對膠凝材料多種性能的影響。由于堿對混凝土耐久性和抗裂性的影響,以及實際工程對混凝土堿含量的限制,尋找無堿或低堿的激發(fā)劑將成為化學(xué)活化膠凝材料領(lǐng)域的一個重要研究方向。

(4) 本文提出的化學(xué)平衡、介穩(wěn)晶型、晶核形成與晶體生長、化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)、分散及斷鍵、石油裂解等方面設(shè)想僅是提出一種多學(xué)科交叉借鑒的思維模式,能否作為尋找新的突破點的平臺,有待于探索與驗證。

(5) 目前激發(fā)膠凝材料活性的方法很多,在礦物摻合料的應(yīng)用中取得了一些成果。但若使這些礦物摻合料的潛在活性充分地激活,真正地由被動的充填材料轉(zhuǎn)化為具有高活性、高分散性的優(yōu)質(zhì)廉價膠凝材料,還有很長的一段路。因此,必須轉(zhuǎn)變觀念,借鑒其它領(lǐng)域的研究思路,尋找新的突破點,才有可能取得突破性的進(jìn)展。

(6) 無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、生物化學(xué)、食品加工、醫(yī)學(xué)等多學(xué)科跨行業(yè)相互借鑒交叉,可能為尋找活化礦物摻合料的途徑開創(chuàng)一個新的發(fā)展空間。

參考文獻(xiàn)

[1 ]《膠凝材料學(xué)》編寫組1 膠凝材料學(xué)1 北京:中國建筑工業(yè)出版社,19801

[2 ] 沈旦申1 粉煤灰混凝土1 北京:中國鐵道出版社,19891

[3 ] 王愛勤,楊南如,鐘白茜,張承志1 粉煤灰水泥的水化動力學(xué)1《硅酸鹽學(xué)報》,1997 年4 月,Vol125 , No16A ,pp123 - 129

[4 ] 王愛勤,張承志,孫偉1 廢渣及外摻物對粉煤灰的綜合作用1 東南大學(xué)學(xué)報11996 年11 月,Vol126 , No12 ,pp159 - 163

[5 ] 廉慧珍,覃維祖譯1 混凝土的可見與不可見裂縫1 清華大學(xué)土木工程系建筑材料研究所,2001 年11 月,pp25

[作者簡介]  王愛勤(1958 ———) ,女,工學(xué)博士,高級工程師,嘉華建材(中國) 有限公司總工程師。

 

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