邢東海

（北京肇倩工程技術有限公司，北京　314002）

研發(fā)新型綠色混凝土的技術途徑

邢東海

（北京肇倩工程技術有限公司，北京314002）

混凝土轉(zhuǎn)型升級走綠色發(fā)展之路勢在必行。筆者提出采用超細高強水泥、水泥內(nèi)摻抗?jié)B粉、利用粉體改性技術摻加無機微納米材料、適應泵送性提高密實性和利用納米硅作載體，開發(fā)多功能綠色混凝土等方法。為混凝土企業(yè)實現(xiàn)綠色混凝土生產(chǎn)提供可選擇的途徑。

超細水泥；內(nèi)摻抗?jié)B粉；粉體改性；綠色工程

0　前言

水泥混凝土是世界上最大量的建筑材料，也是最復雜的活性復合材料制品?；炷恋馁|(zhì)量關系社會資源消耗、人類生存及生命安全，如何走可持續(xù)發(fā)展的綠色混凝土道路，是值得高度重視的社會問題。

回顧中國混凝土發(fā)展的歷程，存在一條波浪式前進的主鏈，大致是：水灰比學說引起合理用水；澆注成型方法不斷改進；化學品輔助改性；摻合料品種增多；減水劑普遍使用；高性能混凝土得到發(fā)展；泵送混凝土提高了施工效率；防水抗?jié)B廣泛重視；廢棄混凝土再生利用；混凝土的本質(zhì)缺陷即將改變。

對比國外材料變革的發(fā)展現(xiàn)象，主鏈條似較簡單：70 年代出現(xiàn)各種混合水泥、化學水泥、聚合物水泥等；90 年代大力推廣超細高標號水泥，攪拌和泵送機械率先普及。因為超細水泥的推廣應用，混凝土質(zhì)量和施工效率明顯提高，建筑自重減輕……

對比國內(nèi)外的差距是，國內(nèi)大量使用傳統(tǒng)水泥帶來了十分嚴重的資源環(huán)境破壞，混凝土次生災害嚴重，危及人類生存安全。面對現(xiàn)實，混凝土行業(yè)迫切需要轉(zhuǎn)型升級，爭走綠色發(fā)展道路。

1　推廣采用超細高強水泥

超細水泥指粒度小于10μm 的水泥顆粒占90% 的高標號水泥，水泥標號與細度成正比關系。國內(nèi)超細水泥發(fā)展慢，325μm（45μ）的水泥也稱“超細水泥”。90 年代上海浦東高層建筑每年進口超細水泥十幾萬噸，是國外設計圖紙的技術要求。十多年來，東南亞國家的建筑工程已普及采用超細水泥。中國至今只有幾家中外合作企業(yè)生產(chǎn)少量超細水泥，軍工需要一直靠高價進口。

筆者曾發(fā)表一篇《水泥混凝土改性增強原理及方法》，全文闡述水泥混凝土結構疏松多孔需要超細補強的長壽觀念及方法。水泥的強度主要決定于小于10μm 的水泥顆粒比例，粗顆粒只起填充作用，存在后期活性危害性。水泥超細后，小于10μm 顆粒成倍增長，水泥快硬高強，混凝土的致密性也因此提高，耐久性自然增長。

超細水泥電耗高不是主要問題，筆者研究20 年的難點是設備大型化困難。后來研究出小型化的工藝設備方案，100 萬設備費，便可生產(chǎn)2～3萬噸/年超細水泥。單位產(chǎn)品電耗不到200 度/噸。與網(wǎng)上投資6億建50 萬噸超細水泥廠的可行性研究報告相比，6億投資可在攪拌站建600 套小型機組，使產(chǎn)品升級，水泥產(chǎn)能可達1000 萬噸以上。

2　使用摻加納米材料的水泥

水泥的細度僅180 目（88μm），一般不會因為細度而產(chǎn)生表面靜電。水泥的堿性特點是化學成份決定的，為提高和易性，減少吸水量，采用減水劑減少用水量，是行之有效的方法。

水泥表面改性目的是提高分散性、和易性、混合均勻性，達到均質(zhì)減水、密實增強效果。摻加微細粉比表面積大、吸水量大，微粉需改性疏水，有利減水，也緩和速凝。如果使用摻有納米二氧化硅的水泥，由于流動性改善，水泥顆粒表面極性降低，混凝土的用水量會自然減少。

摻加無機材料需要輔助改性的是極性強、流動性差的微納米粉體，如納米二氧化硅，納米偏高嶺石粉等。

試驗證明，水泥中摻加2%～3% 的納米級二氧化硅，水泥混凝土的抗?jié)B標準可提高到 P15以上等級，能徹底解決水泥混凝土滲漏問題。但這種外摻方法存在混合均勻性問題，也給攪拌站操作帶來不便。有效的方案是在粉磨站水泥磨前計量配料加入納米級二氧化硅粉磨。

值得指出，必須加入小于100nm 占50% 以上的納米級二氧化硅（氣相法來達標），才能在磨內(nèi)起分散作用，提高水泥流動性，既有助磨作用，也有減水效果。對比水泥內(nèi)摻和混凝土外摻兩種添加納米二氧化硅的方法，超細水泥內(nèi)摻入少量納米二氧化硅是理想方案，在傳統(tǒng)水泥中摻入2%～3%的納米二氧化硅則是最方便方案。

添加納米二氧化硅吸水增稠防泌水，可增加流動性。在油田固井行業(yè)，為適應泵送鉆探深井操作需要摻加納米二氧化硅，摻量大至20%～30%，可大大提高流動性，延長稠化時間，又減輕漿料體重方便泵送。

提高密實性的方法較多，如攪拌、振搗、引氣、顆粒級配設計，減水劑改性等。改性的原理應掌握粉體酸堿度的特性，按正負電性或粘性調(diào)節(jié)。合理使用高分子材料交聯(lián)、整合、滲透，延長硅氧鏈網(wǎng)構，發(fā)揮有機與無機材料相結合的凝固作用，是值得重視研究應用的。

3　尾語

本文簡述了與轉(zhuǎn)型升級相關的個人見解，希望能拋磚引玉。筆者認為，混凝土的人性化發(fā)展目標是健康長壽，超細微納米材料的合理使用是解決水泥及混凝土質(zhì)量的根本方向，群眾路線要發(fā)動建工建材兩大陣營的科技力量聯(lián)合攻關，有了高質(zhì)量的超細水泥品種，何苦需要各種添加劑減水、防水、抗?jié)B、抗凍？何必生產(chǎn)專用抗?jié)B劑、纖維網(wǎng)？

納米二氧化硅的光、電、磁、波、熱、力學、化學性能有獨異功能，因為帶負電，磁性強，可吸收紫外波，是吸光材料、光電材料、儲能材料，也是性能穩(wěn)定的化工催化劑、藥物、顏料、金屬粉的載體材料。利用多孔高比表面積的納米二氧化硅作載體，可開發(fā)各種多功能材料，如壓光、消光、吸波、抗紫外、耐老化、抗菌、自潔、抗靜電、防輻射、導電等高性能多功能水泥混凝土。

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邢東海（1941—），男，研究員，主要從事城市粉體材料研究。