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水泥基材料的發(fā)展與應(yīng)用

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新世紀(jì)水泥工業(yè)的發(fā)展趨勢是以節(jié)能、降耗、環(huán)保、改善水泥質(zhì)量和提高勞動力生產(chǎn)率為中心，實(shí)現(xiàn)清潔生產(chǎn)和高效率節(jié)約化生產(chǎn)，走可持續(xù)發(fā)展的道路。提高中國水泥基材料生產(chǎn)與使用水平，對資源有效利用、降低環(huán)境負(fù)荷、促進(jìn)水泥基材料與工程的可持續(xù)發(fā)展具有非常重要的意義。本文詳細(xì)論述了水泥基材料的發(fā)展與應(yīng)用。

水泥基材料 發(fā)展趨勢 使用水平 可持續(xù)發(fā)展

引言

隨著科學(xué)技術(shù)的發(fā)展和人們環(huán)保意識的增強(qiáng)，水泥工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展越來越得到重視，先進(jìn)水泥基材料以現(xiàn)代材料科學(xué)理論為指導(dǎo)，以未來膠凝材料為主要研究目標(biāo)，其目的是把傳統(tǒng)的水泥與混凝土材料推向高新技術(shù)領(lǐng)域進(jìn)行研究和開發(fā)。近年來，國內(nèi)外專家在水泥基研究和應(yīng)用領(lǐng)域取得了很大的進(jìn)步，為建材行業(yè)節(jié)約成本、減少環(huán)境影響和能源消耗方面做出了很大貢獻(xiàn)。

1. 水泥基材料

我國是水泥工為大國，水泥業(yè)作為我國基礎(chǔ)性原材料工業(yè)的支柱之一，在國民經(jīng)濟(jì)可持續(xù)發(fā)展中具有舉足輕重的地位。水泥基復(fù)合材料是指以水泥為基體與其它材料組合而得到的具有新性能的材料。按所摻材料的分子質(zhì)量來劃分，可分為聚合物水泥基復(fù)合材料和小分子水泥基復(fù)合材料，其中聚合物水泥基復(fù)合材料物包括纖維、乳液等。

2. 水泥基材料的發(fā)展

2.1 重點(diǎn)發(fā)展

建筑物的出現(xiàn)，推動了水泥工業(yè)的可持續(xù)發(fā)展，對水泥與混凝土材料提出了更高的要求，高強(qiáng)度、長壽命、低環(huán)境負(fù)荷是當(dāng)代水泥材料發(fā)展的主要方向。通過大幅度提高水泥應(yīng)用過程中的水泥基材料耐久性，延長建筑物安全使用壽命，大幅度降低水泥的長期需求量，從水泥礦物著手開發(fā)節(jié)能型礦物體系，即低燒成溫度及易磨性好的礦物和礦物體系，是實(shí)現(xiàn)水泥工業(yè)節(jié)能、環(huán)保的有效技術(shù)途徑。

在混凝土中加入纖維，可以強(qiáng)化、韌化水泥砂漿，提高水泥基復(fù)合材料拉伸、彎曲以及沖擊強(qiáng)度，控制裂紋的擴(kuò)展，改善失效模式和未成型時材料的流動性，是改善其性能的最有效途徑。研發(fā)利用廢棄石渣、鋼渣等工業(yè)廢渣作為再生骨料，配制混凝土道路工程基層材料；研發(fā)混凝土路面專用道路水泥新材料，大幅提升道路水泥抗折強(qiáng)度、耐磨性等性能指標(biāo)，獲得高彎拉強(qiáng)度、高耐疲勞極限、高耐久性的高性能道路混凝土；研發(fā)用于道路路面破損快速修復(fù)的高性能水泥基新材料。

2.2 發(fā)展趨勢

2014 年中國的水泥產(chǎn)量已達(dá)24.7億噸，隨著產(chǎn)品進(jìn)口原料價格的逐年下降，隨著生產(chǎn)廠家對產(chǎn)品利潤追逐的心態(tài)平衡，隨著國標(biāo)的實(shí)施和設(shè)計部門的理解支持，水泥基材料應(yīng)用范圍已越來越廣泛。新型輥式磨及混壓機(jī)粉磨系統(tǒng)、自動化控制及網(wǎng)絡(luò)技術(shù)、新的熟料燒成方法如流態(tài)化床和噴騰爐燒成技術(shù)、高效除塵技術(shù)、煙氣脫硫除氮技術(shù)等的開發(fā)和應(yīng)用，使水泥工業(yè)進(jìn)入現(xiàn)代化發(fā)展期。通過對了業(yè)廢棄物進(jìn)行合理的活化處理，開辟出能夠調(diào)節(jié)水泥性能的新的輔助膠凝組分，盡可能大量地取代水泥料。對大型施工設(shè)備依賴程度較低，同時兼具施工快速、維修簡易等特點(diǎn)，能滿足不同環(huán)境特征的海洋海島建筑需求。

2.3 發(fā)展問題

我國水泥工業(yè)仍然存在一系列問題；如企業(yè)平均規(guī)模小、結(jié)構(gòu)不合理、總體產(chǎn)品質(zhì)量較低、生產(chǎn)能源資源消耗高、環(huán)境污染嚴(yán)重等等。建立由高膠凝性水泥熟料與低鈣的性能調(diào)節(jié)型材料共同構(gòu)成的強(qiáng)度與耐久性兼優(yōu)的高性能水泥材料新體系，實(shí)現(xiàn)水泥和水泥基材料的高性能化和生態(tài)化。在可持續(xù)發(fā)展已成為人類共識的今天，以實(shí)現(xiàn)水泥工業(yè)低污染、低排放，推進(jìn)水泥工業(yè)成為資源、環(huán)境與人類社會協(xié)調(diào)、持續(xù)發(fā)展的循環(huán)經(jīng)濟(jì)產(chǎn)業(yè)體系。

3. 水泥基材料的應(yīng)用

3.1 工程應(yīng)用

隨著我國經(jīng)濟(jì)建設(shè)的高速發(fā)展，國家提出了建設(shè)海洋強(qiáng)國的戰(zhàn)略目標(biāo)。不僅大型跨海工程、重大海濱建設(shè)項目大量實(shí)施，而且遠(yuǎn)海和近海島礁的建設(shè)也即將大規(guī)模展開。近年來，隨著石油和天然氣等石化能源開采環(huán)境的復(fù)雜化和深度化，地下巖層結(jié)構(gòu)和溫度壓力的不斷增加，迫切需要開發(fā)適用于復(fù)雜地質(zhì)條件下的油井水泥基新材料。海洋海島建筑常年處于腐蝕性海水與腐蝕性鹽霧侵蝕環(huán)境，混凝土結(jié)構(gòu)除承受較大溫差形成的溫度應(yīng)力外，并經(jīng)常處于風(fēng)力場、潮汛場破壞狀態(tài)中，受到多重因素的復(fù)合破壞。路橋工程應(yīng)用此類材料施工，我們建議主要應(yīng)用于路面施工縫的銜接補(bǔ)強(qiáng)，橋墩混凝土基面的防水防腐涂層，焊接處的防腐防水處理。不主張作為唯一材料使用于路面和橋面。混凝土路面比瀝青路面具有使用壽命長、施工簡單、維修費(fèi)用低的優(yōu)勢，同時還具有良好的耐磨性和抗沖擊性特點(diǎn)，因此在世界各國廣泛采用。提高路面混凝土的耐久性、安全性、服役壽命、降低環(huán)境負(fù)荷是道路工程用水泥基新材料發(fā)展的主要方向。跨海橋隧和海洋海島工程用水泥基材料研發(fā)重點(diǎn)，應(yīng)是開發(fā)以“有效抵御各類鹽類腐蝕”、“早期強(qiáng)度與后期強(qiáng)度協(xié)調(diào)發(fā)展”、“在溫度-應(yīng)力-腐蝕多條件耦合時具有長服役壽命”為三大特征的新一代新型水泥基材料。

3.2 防水應(yīng)用

隨著人們對滲透結(jié)晶型防水材料的認(rèn)識不斷深入，人們會感受和體會到此類材料在廚衛(wèi)防水工程上的優(yōu)勢。大力發(fā)展替代能源、資源或低品位原燃料在水泥產(chǎn)業(yè)的綜合利用技術(shù)，目前對量大面廣的一些工業(yè)廢渣如粉煤灰、礦渣等的綜合利用已經(jīng)形成了一系列相當(dāng)成熟的綜合利用技術(shù)，并已廣泛應(yīng)用于水泥生產(chǎn)、混凝土摻合料和混凝土制品中。我們在理智地拒絕水泥基滲透結(jié)晶型防水材料用于大面積屋面防水工程的同時，也應(yīng)該可以考慮其在屋面工程的其他作用。這樣涂層和基面的相融性強(qiáng)，不起殼開裂，防水效果就好，尤其適用于高性能混凝土、高強(qiáng)高性能混凝土、水工大體積混凝土的制備。利用水泥工業(yè)可有效消化和降解廢棄物的獨(dú)特優(yōu)勢，加大對各種固體廢棄物的資源化利用，在廚房，衛(wèi)生間等建筑內(nèi)部的防水施工中，目前使用比較多的還是JS復(fù)合防水涂料和聚氨酯防水涂料，改性瀝青基防水涂料等等。研究開發(fā)低能源資源消耗、低環(huán)境負(fù)荷及具性能特色的水泥。

4. 建議

2012年5 月，國務(wù)院討論并通過了《“十二五”國家戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)發(fā)展規(guī)劃》，就水泥基材料可持續(xù)發(fā)展所面臨的問題和機(jī)遇進(jìn)行了熱烈的討論，提出了節(jié)能環(huán)保、新一代信息技術(shù)、生物、高端裝備制造、新能源、新材料以及新能源汽車等七大戰(zhàn)略新興產(chǎn)業(yè)的重點(diǎn)發(fā)展方向和主要任務(wù)。以水泥熟料形成理論為依據(jù)，有效指導(dǎo)高膠凝性水泥熟料的制備過程，我們建議建筑外墻的防水工程可以用水泥基滲透結(jié)晶型防水材料。要開展大量的研究工作并將取得大量的研究成果應(yīng)用于水泥混凝土生產(chǎn)中，水泥混凝土制品具有高的抗壓縮強(qiáng)度和好熱性能,但抗拉伸能力差。為克服這些缺點(diǎn)，采用的方法之一是摻入纖維材料。

結(jié)語：為了保護(hù)環(huán)境、變廢為主和保持可持續(xù)發(fā)展，世界各國水泥學(xué)者已開展了大量的研究工作并將取得大量的研究成果，應(yīng)用于水泥混凝土生產(chǎn)中，節(jié)能環(huán)保、新材料新能源等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)離不開建材領(lǐng)域中相關(guān)新材料產(chǎn)業(yè)的支撐，戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)的發(fā)展也將為建材新材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展創(chuàng)造巨大的市場空間，因此，與能源、環(huán)境等戰(zhàn)略性新興產(chǎn)業(yè)息息相關(guān)的國家重大工程用水泥基材料的發(fā)展前景值得期待。

[1]陳茜、伍勇華 ;纖維增強(qiáng)型水泥基復(fù)合材料的理論發(fā)展及應(yīng)用分析;混凝土與水泥制品;2011年第11期

[2]陳蘇梅；淺析國內(nèi)外水泥及水泥基材料發(fā)展現(xiàn)狀；《城市建設(shè)理論研究》；2012年

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1007-6344（2015）12-0016-01