新型的混凝土技术

华中科技大学，徐长发，2017.5.10

大家知道，“水泥”是一种建筑材料，用水掺和就会变硬，它使用方便，能塑造出不同的形状，现代的建筑少不了它。“水泥”仅仅是个通俗称谓，人们通常所见的是一种叫做硅酸盐水泥，本文介绍其它新型的水泥，不同的“水泥”有不同的性能和不同的应用。

一．硅酸盐水泥

大家都知道的，也是经常见到，建筑楼房用的水泥，是硅酸盐水泥。其特点是，干粉掺水凝结、水中也会凝结、凝结硬化快、承压能力强、抗风化能力强、水化热大、抗冻性好、干缩性小、耐蚀性和耐热性差。硅酸盐水泥的钢筋混凝土结构改变了人类社会，这种说法一点也不过分。用它，人类修建起数不清的伟大建筑，像高楼大厦、大型桥梁、机场、港口等。硅酸盐水泥的钢筋混凝土结构的使用寿命都在100年以上。

硅酸盐水泥都是用石灰石、黏土等烧制出来的。关键是烧制和配料比。由于烧结，产生了氧化钙CaO，二氧化硅SiO2，三氧化二铁Fe2O3，三氧化二铝Al2O3；次要成分有，硅酸三钙（3CaO•SiO2），硅酸二钙（2CaO•SiO2），铝酸三钙（3CaO•Al2O3），铁铝酸四钙（4CaO•Al2O3•Fe2O3）。

硅酸盐水泥的成分比例不同，会在凝结时间和硬度方面有些差异。不同性能的水泥有不同的用途。我国将硅酸盐水泥分为三大类，即

通用水泥。一般土木建筑工程通常采用的水泥。

专用水泥。专门用途的水泥。如油井水泥，要求稠度低可泵压，凝结时间和强度合适，还要求密封性能和抗腐蚀性能好。又如道路水泥，要求耐磨性能好。

特殊水泥。例如打山洞时，为了防止塌方，要用到快速凝固水泥。

二．透水混凝土

透水混凝土是透水的，我们通常所见到的硅酸盐的混凝土是不透水的，不透水的混凝土有什么不好？透水混凝土有什么好处？

随着社会经济的发展和城市建设的进程，现代城市的地表逐步被钢筋混凝土的房屋建筑和不透水的路面所覆盖，与自然的土壤相比，现代化地表给城市带来一系列的问题。

 1.大量使用硅酸盐混凝土会破坏生态环境

(1)不透水的路面阻碍了雨水的下渗，地下水的补充被阻断，再加上地下水的过度抽取，城市地面容易产生下沉。

(2)传统的密实路表面，轮胎噪声大。车辆在高速行驶时，轮胎滚进会将空气压入轮胎和路面间，待轮胎滚过，空气又会迅速膨胀而发出噪声，雨天这种噪声尤为明显。

(3)传统城市路面为不透水结构，雨水通过路表排除，泄流能力有限，当遇到大雨或暴雨时，雨水容易在路面汇集，大量集中在机动车和自行车道上，导致城市路面大范围积水。

(4)不透水路面使城市空气湿度降低，加速了城市热岛效应的形成。

(5)不透水路面是“死亡性地面”，会影响地面的生态系统，它使水生态无法正常循环，打破了城市生态系统的平衡，影响了植被的正常生长。

2.大量使用透水混凝土会保护生态环境

（1）雨水可以快速渗入地下，保持土壤湿度，还原地下水。

（2）在集中降水时能减轻城市排水设施的负担，防止排水系统泛滥。

（3）防止路面积水，防止积水反光，增加行驶安全。

（4）调节铺装地面乃致整个城市的温度和湿度，缓解城市热岛效应。

（5）大孔隙路面可降低行驶噪声，创造舒适的交通环境。

（6）大孔隙路面可吸附城市污染物（例如粉尘），减少粉尘污染。只要用高压冲洗的方法就可清洗路面，路面孔隙不会被堵塞。

（7）大孔隙路面易于维修，减少交通堵塞。

（8）透水混凝土地坪的耐用耐磨性能都优于沥青和一般透水砖，花费少，耐用。

（9）透水混凝土比一般混凝土路面拥有更强的抗冻融能力。因为有较大的孔隙，缩胀性能好，所以路面不会受冻融影响而断裂。

（10）透水混凝土色彩多样，美化环境。

3.透水混凝土一般用在什么地方

透水混凝土可达到以下效果：路面坚硬；路面耐磨；路面摩擦力增高；路面不扬尘；路面不泛碱；耐腐蚀抗老化；路面光泽鲜艳,且使用越久光泽度越好；透水混凝土抗压性能高于一般透水砖。

透水混凝土可用于人行道；非机动车道；社区内地面装饰；社区消防通道；轻量级承重的道路；园林景观道路；城市广场；游泳池旁边及体育场；高尔夫球场；户外停车场；等等。

现在不少国家都在大量推广透水混凝土，如德国预期要在短期内将80%的道路改用为透水混凝土铺设。

4.透水混凝土是怎么做出来的

关键是透水和强度。它是由粗骨料（可以用大小比较均匀的石子，也可以用陶粒，基本上不用细骨料）表面包覆一薄层高标号的硅酸盐水泥浆，加上水性树脂的增强剂，相互粘结而成的。它是一种“蜂窝状结构”，有20%的孔隙，所以它透气、透水、重量轻。再添加颜色，可做成彩色透水混凝土。

三．无熟料水泥--碱矿渣水泥

碱激发矿渣水泥是前苏联乌克兰基辅建工学院的维.德.格鲁霍夫斯基教授于1957年发明的，后来发达国家紧跟研究，它是一种不需要烧制成熟料的水泥。到目前为止，前苏联的一些国家使用碱激发矿渣水泥最多最广，特别是在预制砌块、现场浇筑的民用和工业建筑、以及港口工程、道路工程方面都已经通过了40年以上的考验期，已经证明这项技术是可靠的。我国1970年-1980年才开始研究这种新型水硬性胶凝材料,现在的研究和试验已经成熟，目前已形成了企业标准，也已经开始生产和应用了。例如，河北省东光县水泥厂研制成功免烧的碱激发矿渣水泥,年产4.4万吨，填补了我国水泥行业的一项空白。

1.碱激发矿渣水泥是用什么材料做的

碱激发矿渣水泥是以碱性的高炉矿渣为主要原料，加入少量的硅酸盐水泥熟料和少量的二水石膏，再加上适量的碱激发剂和缓硬剂混合，磨细制成的水硬性胶凝材料。其中

矿渣占总量的80%～85%,碱激发剂占总量的5%-10%,硅酸盐水泥熟料很少。

矿渣可用炼铁过程中产生的高炉矿渣，在炼铁过程中要加不少的助熔剂石灰石，矿石熔化，铁石分离，高温矿渣流出，用水急冷就成为易于粉碎的玻璃体。碱性矿渣自身就含有水硬活性物，在碱激发剂的作用下，碱性矿渣可以生成水硬性的水化产物。除了高炉矿渣外，钢渣、铝渣、磷渣等都可以作为这种水泥的材料。

碱激发剂除可以用水玻璃、碳酸盐等之外,也可以利用工业废碱。

矿渣遇上碱激发剂时变硬的速度太快，为了便于施工，还得用缓硬剂来延长硬化的时间。

2. 碱激发矿渣水泥在性能方面有什么优点 

这种新型水泥，在抗渗透性方面，抗冻指标方面，抗海水侵蚀能力方面，保护钢筋锈蚀方面，后期强度发展方面，耐磨性能好、抗折强度、都比硅酸盐水泥好。

3.大力发展碱激发矿渣水泥的意义

碱激发矿渣水泥是一种几乎全部使用工业废料的水泥，在矿渣废料中加点其它废料就可以变废为宝，既可以减少堆放废渣的场地面积,减少环境污染，又可以综合利用资源，具有深远的经济和社会效益。这种水泥生产工艺简单,勿需高温煅烧，仅需要把矿渣磨粉。它与需要煅烧的硅酸盐水泥比较，其煤耗降低60%～80%,电耗降低40%～50%，成本降低三分之一以上。这种水泥适用于蒸汽养护，让其较快地发展强度,可以缩短养护周期,提高模板周转率。这种混凝土构件的生产工艺和普通水泥混凝土的生产工艺完全一样，在现有的混凝土预制品工厂,在不改变工艺,不增添或更改设备的条件下,就可组织生产。因此,开发和推广这种碱激发矿渣水泥,必将取得巨大的经济效益和社会效益。

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