田长安等：固体氧化物燃料电池电解质材料的研究进展
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第37卷第1期
碱激发胶凝材料及混凝土研究进展
孔德玉1，张俊芝1，倪彤元1，蒋靖2，方诚1
(1. 浙江工业大学建筑工程学院，杭州310014；2. 杭州建工建材有限公司，杭州 311107)
摘要：综合评述了碱激发胶凝材料及其混凝土的研究进展，总结了影响碱激发胶凝材料性能的主要因素，着重介绍了采用碱激发胶凝材料配制的混凝土性能最新研究进展，包括新拌混凝土拌合物和易性、硬化混凝土强度和抗化学侵蚀、碱集料反应、对钢筋的保护作用等耐久性问题以及硬化混凝土变形性能等，并提出当前研究存在的问题和今后研究的发展方向。
关键词：碱激发胶凝材料；混凝土；力学性能；耐久性
中图分类号：TQ172 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2009)01–0151–09
RESEARCH PROGRESS ON ALKALI-ACTIV ATED BINDERS AND CONCRETE
KONG Deyu1，ZHANG Junzhi1，NI Tongyuan1，JIANG Jing2，F ANG Cheng1
(1. College of Civil Engineering & Architecture, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014;
2. Hangzhou Construction & Building Materials Co. Ltd., Hangzhou 311107, China)
Abstract: Research on alkali-activated binders and concrete made with alkali-activated binders are reviewed. Factors affecting the properties of the alkali-activated cement are summarized and emphasis is placed on the properties of concrete made with al-kali-activated binders, including the workability of the fresh concrete, the strength, deformation and durability such as chemical attack resistance, alkali-aggregate reaction and protection of the steel bar in reinforced concrete. Some suggestions for future investigations are also made.
Key words: alkali-activated binder; concrete; mechanical property; duration
20世纪30年代，Purdon等[1]研究发现，少量NaOH在水泥硬化过程中可起催化作用，使水泥中铝硅酸盐易溶而形成硅酸钠和偏铝酸钠，进一步与氢氧化钙(CH)反应形成水化硅、铝酸钙，使水泥硬化并重新生成NaOH，催化下一轮反应，由此提出“碱激发”理论。此后，前苏联开展大量相关研究，开发新型碱矿渣水泥，我国于20世纪80年代也开展了相关研究，取得大量研究成果。[2–3] 研究发现，与硅酸盐水泥相比，碱矿渣水泥具有需水量小，水化热低，强度高，耐久性好等优点，[4] 但也存在凝结硬化速度快，[4–5] 硬化混凝土干缩大等致命缺点，[6–9] 限制了其大范围推广应用。
20世纪70年代，受“碱激发”理论启发，法国科学家Davidovits[10]以偏高岭土为主要原料，开发新型碱激发偏高岭土胶凝材料，并将其命名为地聚合物(geopolymer)。研究发现，地聚合物具有许多硅酸盐系列水泥难以达到的优异性能，在土木工程、固核固废、高强、密封及高温材料等方面均显示出很好的开发应用前景。[11–12] 由于偏高岭土价格较高，近年来采用各种工业废渣，如：粉煤灰、矿渣、炉渣、尾矿等铝硅酸盐材料部分或全部取代偏高岭土制备碱激发复合胶凝材料再次成为国内外的研究热点。目前，国内外在碱激发胶凝材料组成、水化产物及机理、碱激发水泥混凝土拌合物和易性、水泥石–集料界面结构、硬化混凝土物理力学性能及耐久性等方面已取得大量研究成果。综述了国内外在碱激发胶凝材料及混凝土的研究进展，希望为实现碱激发胶凝材料在我国作为一种新型胶凝材料应用
收稿日期：2008–04–25。修改稿收到日期：2008–08–03。
基金项目：浙江省科技计划项目(2007C23058)；杭州市科技计划项目(20070733B20)。
第一作者：孔德玉(1972—)，男，博士，副教授。Received date:2008–04–25. Approved date: 2008–08–03. First author: KONG Deyu (1972–), male, Ph.D., associate professor. E-mail: kongdeyu@https://www.doczj.com/doc/7311482347.html,
第37卷第1期2009年1月
硅酸盐学报
JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY
Vol. 37，No. 1
January，2009
· 1130 ·2009年 碱激发胶凝材料的反应产物 王旻 (清华大学土木工程系，北京 100084) 摘要：通过X射线衍射、红外光谱、扫描电子显微镜、能谱分析，对碱激发胶凝材料反应产物的相组成进行探索性分析。结果表明：该碱激发胶凝材料硬化后的反应产物主要是含碱的铝硅酸盐凝胶，并存在未反应的水玻璃，副产物K2SO4是生产物中唯一的晶体物质。含碱的铝硅酸盐凝胶中可固溶Mg，Ca，S，Fe等离子，包裹着起微集料作用的未反应的粉煤灰玻璃微珠与莫来石颗粒，形成高度非均质的复杂体系。 关键词：碱激发偏高龄土；含碱铝硅酸盐凝胶；硫酸钾 中图分类号：TQ172 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2009)07–1130–07 REACTION PRODUCTS OF ALKALI-ACTIV ATED CEMENTING MATERIAL W ANG Min (Department of Civil Engineering, Tsinghua University, Beijing 100831, China) Abstract: The phase components of reaction products of a sort of alkali-activated metakaolin were analyzed by means of X-ray dif-fraction, infrared spectrophotometer and scanning electron microscope, energy dispersive X-ray spectroscopy. It was shown that the dominating reaction product was the amorphous aluminosilicate gel containing alkali, and some original water-glass still existed to-gether with the reaction products. K2SO4 as a minor product, was the only crystal matter in the new products. Alkaline-earth metal ions such as Mg, Ca, S, Fe could be solid dissolved in aluminosilicate gel; unreacted micro glass beads and mullite grains as micro- aggregate were wrapped by gel, a very heterogeneous complicated system were formed whereupon. Key words: alkali-activated metakaolin; aluminosilicate gel containing alkali; kalium sulfate 国内外对碱激发胶凝材料已有长期研究的历史，[1–4]大多作为结构构件材料来研究，也已应用于作为预制混凝土管、固化土壤加固地基等。[5]尚未见有用于作为结构加固的报道。碱激发胶凝材料的特点之一是凝结速率和黏结力发展都很快，适合用于结构加固。选择天然高岭土经适当温度下分解成无定形产物，具有较高的潜在反应活性。文献[6]报道了一种碱激发“偏高龄土”材料Geopolymer(翻译为“地聚物”，或“土聚合物”)，认为其产物是沸石的无定形相似物，又称“类沸石”或“准沸石”。[7] 但是，沸石是一种结晶质矿物，其特点是含有丰富的孔穴孔道，存在可交换的阳离子和脱附自由的沸石水，因此检测出这些特性才能确认是沸石。最可靠的检验方法是X射线衍射(X-ray diffraction，XRD)和NH 4 +净交换量的测定，如果组成和沸石完全一样， 但不具备NH 4 +交换的特性或无XRD特征峰，就不是沸石，也不能称作“类沸石”，[3] 因为只是成份相似，并不等于结构相似或性质相似，正像石墨和金刚石的成分都是C，但完全不是一种物质一样，化学组成通过结构而决定物质的性能。[8]只是从化学成分结果分析计算，得出化学组成(没有水)与某种沸石的一致，并没有证据证明有该组成的物质就是沸石。[3]经显微共焦激光Raman光谱法检测，在试样中，因“偏高龄土”的存在，加水1h到1d，水玻璃中的碱首先反应生成含碱铝硅酸盐凝胶，同时生成K2SO4，才可加速固化剂中铝硅酸盐凝胶的生成反应。[9] 收稿日期：2009–04–12。修改稿收到日期：2009–04–22。第一作者：王旻(1978—)，男，博士研究生。Received date:2009–04–12. Approved date: 2009–04–22. First author: WANG Min (1978–), male, postgraduate student for doctor degree. E-mail: wangmin01@https://www.doczj.com/doc/7311482347.html, 第37卷第7期2009年7月 硅酸盐学报 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol. 37，No. 7 J u l y，2009
混凝土胶凝材料杂谈 摘要 水泥熟料、矿渣硅酸盐水泥、无熟料水泥、凝石、土聚物、地聚合物它们都应属于胶凝材料。 混凝土是重要的结构材料，是水泥、石子、砂子、水、外加剂（还有的加混合材料）组成的混合物，是一个有机的整体，混凝土的综合性能是五大材料特性及含量决定的，这五大组成部分互相依托、互为条件、互相作用、互相影响，混凝土的综合性能是五大材料特性的集中体现。 五大材料有自然条件形成的，有人工条件合成的，各材料矿物成分不同，特性不同，都或多或少地含有一些对混凝土有害的化学成分，影响混凝土的综合性能。所以，制备混凝土必须统筹考虑水泥、石子、砂子、水、外加剂等各材料的矿物成分、矿物成分的特性，各矿物成分之间的关系，各矿物成分特性之间的关系，最终水化产物的矿物组成、性能等诸多因素，只有把五大材料看作是一个有机的整体，使各矿物成分的特性得到充分的发挥和利用，使水泥、骨料、水、外加剂各矿物成分的特性达到相对的统一，才能使混凝土的综合性能才能达到最佳状态。 目前，混凝土存在碱骨料反应问题、微裂缝问题、耐久性问题、五大材料之间的适应性问题等，对于这些问题还没有实质性的突破。其主要原因是水泥本身存在一些问题，同时，石子、砂子、水、外加剂等各材料也存在一些问题，对于这些问题没有得到有效控制或有些根本就没有办法有效控制，更没有得到有效利用。引发碱骨料反应的因素，主要是水泥、石子、砂子、水、外加剂中，都或多或少的含有非常活跃的钾、钠离子造成的，固化了这些非常活跃的钾、钠离子，也就消除了碱骨料反应问题。微裂缝问题，温度是造成微裂缝的主要因素，在成型过程中因水化热过高造成的，水泥水化热的峰值基本出现在终凝之后，改变水泥的放热时机，就可以消除或大大降低水化热引起的温度裂缝。消除钾、钠离子和水化热的危害，混凝土耐久性将有显著的提高。 水泥是混凝土的主要胶结材料，对混凝土的综合性能起主导作用，在混凝土中起桥梁和纽带的作用。是由多种矿物成分组成的混物，水泥的综合性能是由水泥中所含矿物成分特性及含量决定的，是许多矿物成分特性的集中体现。因此，研究水泥的综合性能就必须研究各种矿物成分的水化特性、水化产物，各种矿物成分水化特性之间的关系，各种水化产物之间的关系，只有当水泥各种矿物成分所有的特性都达到所需的最佳状态，使水泥中多种矿物成分的水化特性、水化产物的特性，都得到最大限度地发挥和利用，水泥的综合性能才能达到最佳状态。特别注意的是：只研究水泥的综合性能是不够的，必须统筹考虑石子、砂子、水、外加剂这些材料中，能与水泥起反应的化学成分，于水泥的各矿物成分达到相对的统一，使所有的矿物成分都得到最大限度地发挥和利用，并能产生互补叠加效应，这才是最理想的胶凝材料。 水泥熟料、矿渣硅酸盐水泥、无熟料水泥、凝石、土聚物、地聚合物它们都应属于胶凝材料，但它们特性各有优、缺点，它们的生产工艺既有相同或相似之处，又有差异。既有共性规律，又有个性特点。 经过处理的矿渣、粉煤灰、水泥熟料都属于火山灰性材料，在高温的作用下使其结构
碱激发胶凝材料原理及应用 姓名：梁止水学号：05507117 日期：2008年12月6日 凝石的定义： 以经过高温过程的固体废物或火山灰类物质为主要原材料（掺量大于90%，可不需要烧制水泥熟料），模仿火山灰大地成岩过程，经配方设计，配料计算制备而成的硅铝基水硬性胶材料称为凝石。凝石是一类可以在许多场合取代水泥，但又有着许多与传统水泥不同的优异特性的硅铝基胶凝材料体系。 技术原理： 普通水泥的生产由于要以石灰石为主要原料煅烧水泥熟料，正在引起严重的环境污 染、生态破坏＼能源浪费、资源枯竭等一系列问题。凝石的生产与使用过程是火山 成岩过程的仿真。凝石生产的能耗只有普通硅酸盐水泥的30％一50％，几乎不产生 污染物，是2 1世纪最具发展潜力的绿色胶凝材料。凝石是根据火山成岩原理，以 循环经济思想为指导，运用地球化学＼岩石矿物学理论、分子设计理论以及材料仿 地设计原则等手段，对工业固体排放物(如煤矸石、尾砂、粉煤灰以及冶金渣等) 进行匹配设计，所获得的能够在常温常压下聚合成类天然岩石的生态胶凝材料。凝 石的硬化体是以硅氧四面体和铝氧四面体以顶角相连而形成的具有非晶态和半晶态 特征的三维网络状固体材料。阳离子填充在网络的空隙中以平衡由铝的四次配位而 形成的负电价。共价键结合是凝石网络体及其与骨料边界结合的本质特征。 凝石在各个领域的应用 建筑领域 建筑凝石除了具有普通水泥所不具有的一些特殊优异性能外，完全满足目前建筑常用水泥的各项性能指标，因此技术上可替代水泥应用于所有的建筑领域，如现浇混凝土、预制件、砌筑、抹面、地基处理，以及适应于普通水泥的所有墙体材料和屋面材料。 交通领域 道路凝石与目前常用的道路水泥相对应，特别适合于制备凝石混凝土路面。道路凝石除了具备道路水泥的全部性能外，还具有明显的高抗折强度、高耐磨性、快硬早强和充足的后期强度增长空间。土工凝石与各类粘土颗粒、粉砂颗粒、各种沙砾及岩石都具有天然的亲合性，将土工凝石用于软弱地基土层的处理(GBJT一89)，当加入量为6％时，其7天抗压强度可达8—1 O M pa，因此可应用于路基处理。凝石特有的远远高于普通水泥制品的耐久性，抗碱、酸、盐及其它环境污染物侵蚀的能力使得凝石特别适合于制备超交通负荷条件下的混凝土桥梁及其它交通设施。 工业建设安装领域 凝石类胶凝材料所具有的耐酸、耐碱、耐高温、快硬早强、高强等综合性能，使其特别适合于各类工业安装工程。如可用于各种设备基础的快速浇注、快速安装，特别是各种高温设备的耐热混凝土基础工程。在电力行业，60万千瓦大型机组所配套的锅炉烟囱，每根造价约3 OOO万元，其中花在防酸耐热工程部分的费用就占整体造价的50％，如果用凝石作为胶凝材料直接浇注耐酸混凝土，不但整体造价可下降50％以上，还能大幅度缩短工期，延长使用寿命。耐酸凝石可用于工业领域各种强酸、强碱的容器及管道建设。 海洋工程领域 用凝石类胶凝材料制备海洋工程混凝土要比现有的水泥混凝土具有更好的耐久性，并可直接用海水拌和。 岩土工程领域
碱激发胶凝材料基本原理及其应用 05207146 周素华在一些火山灰质的混合料中，存在着一定数量的活性二氧化硅、活性氧化铝等活性组分。这些活性组分与氢氧化钙反应，生成水化硅酸钙、水化铝酸钙或水化硫铝酸钙等反应产物，其中，氢氧化钙可以来源于外掺的石灰，也可以来源于水泥水化时所放出的氢氧化钙。这就是火山灰反应，也就是碱性激发的原理。 xCa(OH)2+SiO2+mH2O→xCaO·SiO2·nH2O xCa(OH)2+Al2O3+mH2O→xCaO·Al2O3·nH2O 众所周知，工业废渣成分大都为SiO2、Al2O3、CaO等，这类废渣自身没有或有很微弱胶凝性，但其大都是经急冷形成的玻璃体，本身具有热力学活性，因而可用机械、热力、化学方法激活，使之具有胶凝性。通用的方法是碱性激发或硫酸盐激发(即化学激发)。 传统高钙体系水泥，碱含量很高，尤其是Ca(OH)2 含量，当建筑物和土壤接触后，不同类型的粘土就开始与建筑物发生反应，消耗水泥基结构物内部的Ca(OH)2，当碱度低于维持水泥水化产物稳定所需的碱度时，水泥水化产物开始分解来维持其碱度，随着Ca(OH)2的不断消耗，水泥基材料的水化产物开始变成无胶凝性能的物质，建筑物的耐久性遭到破坏。 凝石是碱激发材料的一个典型的代表，与水泥相比，它存在一定的优势： 第一，更环保。10吨水泥就要消耗7吨石灰石，产生6吨毒气；而凝石的原料，95%为工业废料，无需开山炸石取原料，更无需烧制，“绿色化”生产工艺完全无烟、无粉尘、无废水排放…… 第二，更优质。结构决定性能，水泥是硅钙体系，凝石是硅铝体系，“地球上的绝大部分石头都是后者，凝石在固结粘土细沙上的能力，在低温下抗冻的能力，和在特殊环境下受酸碱腐蚀的能力，普遍超出同标号水泥3倍以上！” 在各个领域，凝石都能发挥作用： 1、建筑领域 建筑凝石除了具有普通水泥所不具有的一些特殊优异性能外，完全满足目前建筑常用水泥的各项性能指标，因此技术上可替代水泥应用于所有的建筑领域，如现浇混凝土、预制件、砌筑、抹面、地基处理，以及适应于普通水泥的所有墙体材料和屋面材料。 2、交通领域 道路凝石与目前常用的道路水泥相对应，特别适合于制备凝石混凝土路面。道路凝石除了具备道路水泥的全部性能外，还具有明显的高抗折强度、高耐磨性、快硬早强和充足的后期强度增长空间。
碱激发地质聚合物的研究进展 指导老师： 学生姓名： 专业班级：材料工程801 摘要 碱激发胶凝材料是近年来发展的新型胶凝材料．许多固体废弃物均可作为它的原料．这将为充分利用工业固体废弃物开辟一条新的途径。本文主要介绍了碱激发胶凝材料的制备、应用及研究现状。从国内、国外两方面了介绍了碱激发胶凝材料的发展现状及理论科研成果。阐述了碱激发地质聚合物胶凝材料的优点，同时指出在该领域中存在的问题以及对未来的展望。 关键词：碱激发，地质聚合物，胶凝材料
Research progress on Alkali stimulate geological polymer Name: Longtao chen Instructor : Xiping lei Abstract Alkali stimulate cementitious material is the recent development of new cementious material. Many solid waste could be used as its raw material. It will to make full use of industrial solid wastes opened up a new way. This article mainly introduced the alkali stimulate cementitious material preparation, application and research actuality. Both from domestic and overseas are introduced alkali stimulate cementitious material development present situation and the theory of scientific research. Expounds the alkali stimulate geological polymer cementitious material advantages, in this field is also pointed out the existing problems and outlook for the future. Keywords: alkali inspired, geological polymer, gelled material
《公路桥梁施工规范》JTJ 041-2000 于2000年11月01实施，历经十年已严重滞后于科技进步，国家要求规范四年已修订，交通运输部远落后于我国其他部门规范；新规范《公路桥梁施工规范》JTG /T F50-2011（简称新桥规）于2011年08月01实施，《公路工程集料试验规程》JTG E42-2005于2005年08月01实施，还没有来得及将粉煤灰、矿粉、石灰岩粉、硅粉等矿物掺合料比表面积、烧失量、需水量比、28d活性指数等试验检测方法没有列入试验规程，依据G B/T 8074、GB/T 1596、GB/T 18736-2002、GB/T176 将有关试验分述如下： 1、比表面积 新桥规表6.15.8-1只测定45um负压筛粉煤灰、矿粉细度而不测定比表面积，第二章我已经论述，只测定细度容易造成供销商掺假使杂，对HPC性能造成影响。 矿物掺合料比表面积越大，矿物掺合料就越细，其对混凝土强度的贡献就越明显，因为比表面积越大的矿物掺合料其活性越大。 试验表明，同一种掺合料的比表面积越大，需水量比越大，活性指数就越高，早期水化反应速度就越快，放热就越快，导致水化热峰值就越高，不利于大体积结构物的温度控制。但在试验的同时也发现硅粉和粉煤灰比表面积不仅与水泥的水化热有关，还与混凝土的保水性有很大的关系。比表面积越小，水化放热较慢，但保水效果不好，易泌水；比表面积越大，使得早期水化放热速度较快，但保水效果好，不易泌水。经多次试验分析，硅粉掺合料的比表面积控制在15m2/g~
20m2/g、普通硅酸盐P.O42.5水泥宜控制在300m2/kg~350m2/kg、硅酸盐水泥P.Ⅰ、P.Ⅱ52.5宜控制在350m2/kg~400m2/kg、粉煤灰宜控制在400m2/kg~600m2/kg、矿粉宜控制在550m2/kg~750m2/kg、石灰岩粉宜控制在450m2/kg~550m2/kg。 1）比表面积测定 粉煤灰、矿粉、石灰岩粉采用GB/T 8074-2008水泥比表面积测定方法（勃氏法），硅粉采用碳吸附法测定。注意：比表面积测定粉煤灰、石灰岩粉密度采用蒸馏水、水泥、矿粉密度采用无水煤油。见《中华人民共和国国家标准》GB/T 208-1994 水泥密度测定方法。 2、烧失量 是指其它胶凝在高位灼烧下质量损失。烧失部分主要为未烧尽固态碳，这些碳成分的增加，及意味有效成分的减少，同时会导致矿物掺合料的需水量增加，因此要加以控制。 称取约 1g试样，精确至0.0001g ，置于已灼烧恒量的瓷柑锅中，将盖斜置于增祸上，放在马弗炉内从低温开始逐渐升高温度，在950-1 000℃下灼烧15~20 min，取出钳涡置于干燥器中冷却至室温并称量。反复灼烧，直至恒量。 烧失量=（试样的质量—灼烧后试样的质量）/试样的质量 3、需水量比 在相同流动度下，其它胶凝材料的与硅酸盐水泥的需水量之比。需水量比小的矿物掺合料掺入混凝土中，可增加其流动性，改善和易性，提高强度。
第六章其它品种混凝土 内容：轻混凝土的种类，轻骨料混凝土的组成、技术性质及混凝土配比，多孔混凝土的组成，性能和应用，其它混凝土的简介。高强混凝土及高性能混凝土概念、区别及主要配制途径与性能特点。 基本要求： 1．了解高强和高性能混凝土的发展趋势。[3] 2．了解轻混凝土的种类，组成及特点。[3] 3．了解轻骨料混凝土的技术性质及应用。[1] 重点：轻混凝土的分类、组成特点、轻骨料混凝土的技术要求及应用。 △自学内容△ 自学其它品种混凝土，自学思考题： ·高强混凝土与高性能混凝土的区别 ·轻混凝土的分类；轻骨料混凝土的性能特点 ·防水混凝土的配制方法。 ·大体积混凝土配制和施工时应采取哪些措施 ·什么是泵送混凝土的可泵性？如何保证泵送混凝土的可泵性？ 第六章其它品种混凝土 第一节高强高性能混凝土 随着现代化工程结构向大跨、重载、高耸发展以及重大混凝土结构在各种严酷环境条件下使用的需要，高强度和高耐久性混凝土日益受到世界范围内的重视和关注。 一．高强混凝土 是用常规的水泥、砂石作原材料，采用常规制作工艺，主要依靠高效减水剂，或同时外加一定数量的活性矿物掺合料，使硬化后强度等级不低于C60的水泥混凝土。 1．高强度混凝土的优点和缺点 优点： 致密坚硬，抗渗性、抗冻性优于普通混凝土。
●可减小结构断面 ●刚度大，变形小，可施加更大预应力和更早地施加预应力。 缺点： ●对原材料要求严格 ●对生产施工的质量管理水平要求高 ●质量易受多方面情况影响 ●延性差 2．物理力学性能（略讲） （1）应力－应变曲线不同于普通混凝土 （2）早期－后期强度规律，早期强度高，后期增进率低 （3）抗拉强度与抗压强度之比降低 （4）收缩：初期大，但最终与普通混凝土相当 （5）耐久性提高 3．高强度混凝土配制原则 （1）水泥质量稳定，强度等级不低于42.5的硅酸盐水泥或普通硅酸盐水泥。 （2）粗骨料最大粒径不应大于25mm，最好控制在15～25mm,严格控制针片状含量。 （3）砂率，一般可取30～35％。 （4）掺合料的使用 （5）胶凝材料用量不宜大于550kg/m3，且矿物掺合料不得超过40％。 二．高性能混凝土 高性能混凝土是一种新型高技术混凝土，是在大幅度提高普通混凝土性能的基础上采用现代混凝土技术制作的混凝土，它以耐久性作为设计的主要指标，要对工作性、强度、体积稳定性、经济性等重点予以保证。特点是优选材料，低水胶比，并除水泥、水、骨料外，必须参加足够数量的矿物细掺料和高效减水剂。 1．拌合物的性能 包括充填性、可泵性、稳定性（抗泌水、抗离析等）。 2．耐久性 一般来说，混凝土只要其抗渗性很低，就有很好的抵抗水和侵蚀性介质侵入的能力。高性能混凝土由于水胶比很低而具有很低的渗透性，因而其耐久性好。 3．强度 当胶凝材料总量确定后，调整水泥与活性掺合料的比例，即可制成不同强度等级且经济合理的高性能混凝土。 4．收缩。 除了普通混凝土的收缩以外，还应特别注意自收缩。 高强混凝土与高性能混凝土的区别： 高强混凝土主要是以强度作为指标，而高性能混凝土则侧重于施工性和耐久性、体积稳定性，并不一定要求有较高的强度。
试验研究文章编号:1009-9441(2010)03-0001-03 碱激发矿渣胶凝材料的试验研究 杨 猛1,孙小巍2,李文学3 (1.辽宁省建筑材料监督检验院,辽宁沈阳 110032;2.沈阳建筑大学,辽宁沈阳 110168;3.辽阳市工程质量监督站,辽宁辽阳 111200) 摘 要:通过变换碱种类、碱掺量、水玻璃模数,研究了矿渣粉在碱的作用下的强度发展规律,并对这类碱激发材料的性能进行了试验与分析。结果表明,碱掺量增加,凝结时间越短;水胶比越小,凝结时间越短。采用水玻璃比用N aOH的凝结时间短,水玻璃对矿渣的激发效果要优于N aOH的激发效果,模数为1.2的水玻璃当掺量达到8%时强度达到最大值。胶砂强度随N a OH掺量的增加而增加,N aOH掺量达到10%时强度达到最大值。 关键词:胶凝材料;矿渣;碱激发 中图分类号:TU528.062;TU528.04 文献标识码:A 引言 硅酸盐水泥是建筑工程中不可或缺的建筑材料,其用量之大,使之成为人类使用量最大的人工材料。然而,硅酸盐水泥本身存在着固有的不足。一方面是能源与资源消耗大,污染大。我国的水泥生产每年要消耗近1亿t煤,用电近600亿k W h,同时还要消耗近4亿t石灰石和大量黏土,对这些不可再生的矿物资源的持续性大量消耗,将对人类社会产生重大的影响。另一方面,在熟料的煅烧过程中,因石灰石分解和燃料燃烧释放出大量的CO2,以及SO2、NO x等有毒气体,导致了严重的环境污染,尤其是巨大的CO2排放量在不断加剧地球的温室效应。因此,研究胶凝材料制备的新原理,加强工业废渣的利用研究,是一项既具有科学意义,又具有实际意义的工作。 碱激发胶凝材料是近年来新发展起来的一种无机非金属胶凝材料,其抗压和抗折强度、抗酸碱侵蚀性、抗冻融性、抗碳化性能等均优于普通硅酸盐水泥。另外,碱激发胶凝材料制备工艺简单、不需要高温煅烧、能耗低、成本低、市场广,又免除了大量有害废气的排放,是21世纪极具发展潜力的一种胶凝材料。这类材料多以铝硅酸盐类矿物为主要原材料,而许多工业固体废弃物如矿渣、钢渣、粉煤灰和煤矸石等,其主要矿物成分均为硅酸盐或铝硅酸盐类。因此,这些工业固体废弃物均可作为制备碱激发胶凝材料的主要原材料,这将为充分利用工业固体废弃物开辟一条新的途径。碱激发矿渣是目前研究最为深入的碱激发胶凝材料。 1 原材料与试验方案 1.1 试验仪器 试验仪器主要有:XJ202-A型行星式水泥胶砂搅拌机;K JZ-500型电动抗折试验机;YA W-300型电子液压式压力试验机。 1.2 原材料 2试验所用原材料主要有:鞍钢产的矿渣(质量系数K=1.62,碱度系数M o=1.33,属于碱性矿渣,活度系数M n=0.292)、氢氧化钠(分析纯)、水玻璃(模数为2.7)、天然二水石膏。 1.3 试验方案 (1)选用不同种类的碱为激发剂,在不同的碱掺量、不同的用水量和缓凝剂掺量下制成胶凝材料,测定其凝结时间,研究碱激发胶凝材料凝结时间的影响因素及规律。 (2)以模数为1.2和1.6,掺量为6%、8%、10%、12%的水玻璃作为碱激发剂,进行力学性能试验,分析水玻璃的模数与掺量对纯矿渣粉料的影响。 (3)采用不同掺量的N a OH作为碱激发剂,进行力学性能试验,分析Na OH对纯矿渣粉料的影响。 2 试验结果与讨论 2.1 碱激发矿渣凝结时间的影响因素 2.1.1 碱掺量对碱激发材料凝结时间的影响 以矿渣为原料,模数为1.2的水玻璃为碱激发剂,选择不同的碱掺量,其凝结时间测定结果见表1。 表1 水玻璃掺量对初凝时间的影响 水玻璃掺量/%4681012 初凝时间/m i n5750312016
第二章建筑胶凝材料 一、名词解释 1.胶凝材料： 2.气硬性胶凝材料： 3.石灰膏的陈伏： 4生石灰的熟化： 5水泥的体积安定性： 二、填空题 1. 石灰的特性有：可塑性、硬化、硬化时体积和耐水性等。 2.建筑石膏具有以下特性：凝结硬化、孔隙率、表观密度，强度，凝结硬化时体积、防火性能等。 3.国家标准规定：硅酸盐水泥的初凝时间不得早于，终凝时间不得迟于。 4.石灰膏在使用前，一般要陈伏两周以上，主要目的是。 5.水玻璃在硬化后，具有耐、耐等性质。 6.大体积混凝土，不宜使用水泥，而宜使用水泥。 7.水泥熟料中含量增加，水泥石强度提高。 8.活性混合材料中的主要化学成分是。 三、判断题 1．气硬性胶凝材料只能在空气中凝结硬化，而水硬性胶凝材料只能在水中硬化。 ( ) 2．建筑石膏的分子式是 caS04·2H20。 ( ) 3．石灰在水化过程中要吸收大量的热量，其体积也有较大收缩。 ( ) 4．因为普通建筑石膏的晶体较细，故其调成可塑性浆体时，需水量较大，硬化后强度较低。（） 5．生石灰加水水化后可立即用于配制砌筑砂浆用于砌墙。 ( ) 6．石膏在硬化过程中体积略有膨胀。 ( ) 7．水玻璃硬化后耐水性好，因此可以涂刷在石膏制品的表面以提高石膏的耐水性。( ) 8．在空气中存过久的生石灰，可照常使用。（ ) 9. 石灰进行陈伏,其主要目的是使过火石灰充分熟化。 ( ) 四、选择题 1.建筑石膏凝结硬化时，最主要的特点是（）。 A、体积膨胀大 B、体积收缩大 C、放出大量的热 D、凝结硬化快 2.由于石灰浆体硬化时（），以及硬化强度低等缺点，所以不宜单使用。
A、吸水性大 B、需水量大 C、体积收缩大 D、体积膨胀大 3.（）在使用时，常加入氟硅酸钠作为促凝剂。 A、高铝水泥 B、石灰 C、石膏 D、水玻璃 4.建筑石膏在使用时，通常掺入一定量的动物胶，其目的是为了（） A、缓凝 B、提高强度 C、促凝 D、提高耐久性 5.生石灰的主要成分为（） A、CaCO3 B、CaO C、Ca(OH)2 D、CaSO3 6.（）在空气中凝结硬化是受到结晶和碳化两种作用。 A、石灰浆体 B、石膏浆体 C、水玻璃溶液 D、水泥浆体 7.在下列胶凝材料中，（）在硬化过程中体积有微膨胀性，使此材料可单独 使用。 A、石灰 B、石膏 C、水泥 D、水玻璃 8.硬化后的水玻璃不仅耐酸性好，而且（）也好。 A、耐水性 B、耐碱性 C、耐热性 D、耐久性 9.水泥体积安定性不良的主要原因是（） A、石膏掺量过多 B、CaO过多 C 、MgO过多 D、（A+B+C） 10.用煮沸法检验水泥安定性，只能检查出由（）所引起的安定性不良。 A、游离CaO B、游离MgO C、（A+B） D、SO3 11.干燥地区夏季施工的现浇混凝土不宜使用（）水泥。 A、硅酸盐 B、普通 C、火山灰 D、矿渣 12.在完全水化的硅酸盐水泥中，（）是主要水化产物，约占70%。 A、水化硅酸钙凝胶 B、氢氧化钙晶体 C、水化铝酸钙晶体 D、水化铁酸钙凝胶 13.纯（）与水反应是很强烈的，导致水泥立即凝结，故常掺入适量石膏 以便调节凝结时间。 A、C3S B、C2S C、C3A D、C4AF 14.（）水泥适用于一般土建工程中现浇混凝土及预应力混凝土结构 A、硅酸盐 B、粉煤灰硅酸盐 C、火山灰硅酸盐 D、矿渣硅酸盐 15.高铝水泥适用于（）。 A、大体积混凝土工程 B、配制耐火混凝土 C、长期承受荷载的混凝土工程 D、处在湿热条件下的混凝土工程 16.硅酸盐水泥石由于长期在含较低浓度硫酸盐水的作用下，引起水泥石开裂，是由于形成了（） A、二水硫酸钙 B、钙矾石 C、硫酸钠 D、硫酸镁
胶凝材料 在建筑工程中，凡以自身的物理化学作用，能从浆体变成坚硬的石状体，并将松散矿质材料胶结成一个整体的材料，统称为胶凝材料。 根据化学成分，可分为有机和无机两大类。 无机胶凝材料是由无机化合物组成的，又成矿物质胶凝材料。按硬化条件分为气硬性和水硬性两种。气硬性胶凝材料只能在空气中硬化，也只能在空气中保持或继续增长强度（如石灰、石膏等）。水硬性胶凝材料不仅能再空气中而且能更好的在水中硬化，保持并继续提高共强度（如各种水泥）。 石灰：以块状石灰岩或其它以碳酸钙为主要成分的岩石，经900℃-1300℃的温度煅烧，得到的块状材料称为石灰。它是人类最早使用的建筑材料之一。 石灰的应用： 1、拌制灰土及三合土 将熟石灰粉、粘土按体积比2:8（或3:7）的比例拌合均匀，并加入适量的水，分层夯实可制成灰土。熟石灰粉、粘土砂按1:2:3的比例，加水夯实制成三合土。 2、调整砂浆 3、调制石灰刷将 4、磨成磨细生石灰
混凝土强度是设计时候选定的，通过结构计算需要多大强度的混凝土就用多大强度的混凝土，水泥标号是配置所需混凝土配合比时候选用的，不是一个阶段。 一般来说混凝土用水泥应该是强度向匹配的，混凝土用水泥的强度等级应大于等于设计混凝土的强度等级，但作为高强混凝土，主要是掺外加剂已达到增强混凝土强度。比如说，设计混凝土强度等级为C30，一般用32.5级得水泥就够了，若涉及的为C40，则应该用42.5级得水泥，若设计为C45以上等级的混凝土，就应该用特种水泥或用较高强度等级的水泥，另掺永外加剂来补强，当然，必须先进行试配。 目前我国生产的水泥一般有225＃、325＃、425＃、525＃等几种标号。生产不同标号的水泥，是为了适应制做不同标号的混凝土的需要。 水泥标号表示水泥固化２７后所能达到的强度．标号越高，强度越高，低标号的水泥一般用于抹墙，砌墙．高标号的水泥一般用于混凝土，另外还有一些特殊水泥， 如何选择混凝土的强度等级 2010-1-9 10:24:56 混凝土强度等级是根据结构部位选择的 如基础垫层，可以选择C15；基础可以选择C20-C25；如果基础配有钢筋，可以选择C25-C30；如果基础在海水里，混凝土标号不能低于C30；如果是预应力钢筋混凝土，选择C40-C50；如果是很重要的部位，可以选择C60。 但一般对于杆或者柱来讲（因为受弯的程度不大），选择标号可以低点；对于梁选择标号可以高点。 还有不成文的规定： 素混凝土选择不高于C25 钢筋混凝土选择不低于C25 预应力混凝土选择不低于C40 混凝土强度等级选用范围 混凝土强度等级
项目名称：碱激发固废基胶凝材料的科学基础及其在废水处理和制氢中的应用推荐单位：西安建筑科技大学 项目简介： 本世纪人类将面临能源短缺和环境污染给全球经济和社会的可持续发展所带来的双重挑战。项目原创性地提出了以粉煤灰、钢渣、矿渣等为原料，制备新型有机树脂乳液增韧的碱激发固废基胶凝材料，并将其用于染料废水处理及制备氢能的应用基础研究，对于固废的基础研究及高附加值综合利用具有重要意义。 项目研究的主要内容包括无机固废的性能检测、激发剂的种类及用量、有机增韧剂掺量、水渣比、养护制度、力学性能、碱激发固废基胶凝材料水化机理、树脂的增韧机理、碱激发固废基胶凝材料用于染料污水处理的降解机理以及用于制备氢能的活性评价等。主要的研究成果如下： 建立了制备有机树脂乳液强化增韧碱激发固废基胶凝材料的新方法；系统地考察了影响碱激发固废基胶凝材料力学性能的诸多因素，当乳液掺量为1wt% 时胶凝材料呈现出最高的抗折及抗压强度；高分子乳液强化增韧机理的研究结果表明，有机高分子与胶凝材料中的羟基通过缩聚反应形成互穿的网络结构，镶嵌在固废基胶凝材料的间隙，从而增强了胶凝材料韧性；原创性的提出了揭示碱激发固废胶凝材料水化本质的20余种未见报道的新水化反应方程式；首次提出了将碱激发固废基胶凝材料作为一类新型廉价高效催化剂应用于有机废水降解的应用基础研究，发现碱激发矿渣以及钢渣固废基胶凝材料对有机阴离子染料以及阳离子染料降解规律。 项目历时9 年，取得了丰硕的科研成果：发表学术论文 48 篇（其中：SCI 收录18 篇，EI 收录23篇），17 篇 SCI 收录论文他引199 次；48 篇论文他引290次；获授权国家发明专利16 项。
胶凝材料对混凝土的影响 摘要：由于我国建设工程的快速发展，胶凝材料在施工中得到广泛应用。在混凝土中，胶凝材料作为辅助材料，通过不同的配比比例，得到混凝土不同的使用性能。胶凝材料的使用不仅可以提升混凝土的使用性能，更间接提高了工程质量及企业效益。为此，本文主要分析了，胶凝材料对施工混凝土的强度、耐久性的影响及未来发展趋势。进而总结胶凝材料在混凝土中的使用方法，以期对混凝土凝胶材料施工技术提供一定的理论依据，更好的指导生产实践活动。 关键字：混凝土；胶凝材料；影响分析；发展趋势 一、胶凝材料常见的种类 混凝土是指由胶凝材料将集料胶结成整体的工程复合材料的统称。通常讲的混凝土一词是指用水泥作胶凝材料，砂、石作集料；与水（加或不加胶凝材料和掺合料）按一定比例配合，经搅拌、成型、养护而得的水泥混凝土，也称普通混凝土，它广泛应用于土木工程。混凝土材料是以“粗集料-细集料-胶凝材料-水”组成的复杂多相体系，所以混凝土的性质与这几种成分是分不开的，其中胶凝材料是其中的一项重要物质，其常见的主要种类有石灰石粉、天然火山灰、粉煤灰、硅灰、矿渣及磷渣粉等，不同辅助胶凝材料在混凝
土中的作用机理、特殊应用以及对混凝土性能的具体影响。 二、胶凝材料对混凝土的影响 1.胶凝材料对混凝土强度的影响 为使混凝土有较高的强度，就要减少硬化水泥浆体中的毛细孔隙，改善水化产物的结构，提高水泥石的结构强度，特别是骨料界面上的硬化浆体的结构强度。在水胶化较高的普通混凝土中，拌料内大量水份加大了水泥颗粒间的距离，硬化后留下大量毛细孔隙，拌料中过量的水份还有集结在粗骨料表面特别是底面的倾向，水泥石的结构强度因此也不可能很高，而硅酸盐水泥的主要水化产物是水化硅酸钙与氢氧化钙，氢氧化钙为强度较低的六角片状结晶，更使粗骨料界面成为混凝土中的薄弱环节，所以降低混凝土的水胶化和用水量是提高混凝土强度的重要环节。 改善胶凝材料粉体颗粒的级配也是减少混凝土中毛细孔隙的一种途径，目前混凝土工程中应用较多的细掺合料有：硅粉、矿粉、粉煤灰等，细掺合料能很好地填充水泥在凝结和硬化过程中形成的空隙，改善水泥的微孔结构，改善水泥石与骨料之间的界面结构，使混凝土更加密实。细掺合料在氢氧化钙的激发下具有一定的活性，能与水泥水化产物薄弱结晶氢氧化钙起反应，生成水化硅酸钙，并能使水泥水化产物氢氧化钙的结晶变得细小。从根本上改善混凝土的微观结构性能，与骨料界面性能，使混凝土的强度得到显著的
田长安等：固体氧化物燃料电池电解质材料的研究进展 · 151 · 第37卷第1期 碱激发胶凝材料及混凝土研究进展 孔德玉1，张俊芝1，倪彤元1，蒋靖2，方诚1 (1. 浙江工业大学建筑工程学院，杭州310014；2. 杭州建工建材有限公司，杭州 311107) 摘要：综合评述了碱激发胶凝材料及其混凝土的研究进展，总结了影响碱激发胶凝材料性能的主要因素，着重介绍了采用碱激发胶凝材料配制的混凝土性能最新研究进展，包括新拌混凝土拌合物和易性、硬化混凝土强度和抗化学侵蚀、碱集料反应、对钢筋的保护作用等耐久性问题以及硬化混凝土变形性能等，并提出当前研究存在的问题和今后研究的发展方向。 关键词：碱激发胶凝材料；混凝土；力学性能；耐久性 中图分类号：TQ172 文献标志码：A 文章编号：0454–5648(2009)01–0151–09 RESEARCH PROGRESS ON ALKALI-ACTIV ATED BINDERS AND CONCRETE KONG Deyu1，ZHANG Junzhi1，NI Tongyuan1，JIANG Jing2，F ANG Cheng1 (1. College of Civil Engineering & Architecture, Zhejiang University of Technology, Hangzhou 310014; 2. Hangzhou Construction & Building Materials Co. Ltd., Hangzhou 311107, China) Abstract: Research on alkali-activated binders and concrete made with alkali-activated binders are reviewed. Factors affecting the properties of the alkali-activated cement are summarized and emphasis is placed on the properties of concrete made with al-kali-activated binders, including the workability of the fresh concrete, the strength, deformation and durability such as chemical attack resistance, alkali-aggregate reaction and protection of the steel bar in reinforced concrete. Some suggestions for future investigations are also made. Key words: alkali-activated binder; concrete; mechanical property; duration 20世纪30年代，Purdon等[1]研究发现，少量NaOH在水泥硬化过程中可起催化作用，使水泥中铝硅酸盐易溶而形成硅酸钠和偏铝酸钠，进一步与氢氧化钙(CH)反应形成水化硅、铝酸钙，使水泥硬化并重新生成NaOH，催化下一轮反应，由此提出“碱激发”理论。此后，前苏联开展大量相关研究，开发新型碱矿渣水泥，我国于20世纪80年代也开展了相关研究，取得大量研究成果。[2–3] 研究发现，与硅酸盐水泥相比，碱矿渣水泥具有需水量小，水化热低，强度高，耐久性好等优点，[4] 但也存在凝结硬化速度快，[4–5] 硬化混凝土干缩大等致命缺点，[6–9] 限制了其大范围推广应用。 20世纪70年代，受“碱激发”理论启发，法国科学家Davidovits[10]以偏高岭土为主要原料，开发新型碱激发偏高岭土胶凝材料，并将其命名为地聚合物(geopolymer)。研究发现，地聚合物具有许多硅酸盐系列水泥难以达到的优异性能，在土木工程、固核固废、高强、密封及高温材料等方面均显示出很好的开发应用前景。[11–12] 由于偏高岭土价格较高，近年来采用各种工业废渣，如：粉煤灰、矿渣、炉渣、尾矿等铝硅酸盐材料部分或全部取代偏高岭土制备碱激发复合胶凝材料再次成为国内外的研究热点。目前，国内外在碱激发胶凝材料组成、水化产物及机理、碱激发水泥混凝土拌合物和易性、水泥石–集料界面结构、硬化混凝土物理力学性能及耐久性等方面已取得大量研究成果。综述了国内外在碱激发胶凝材料及混凝土的研究进展，希望为实现碱激发胶凝材料在我国作为一种新型胶凝材料应用 收稿日期：2008–04–25。修改稿收到日期：2008–08–03。 基金项目：浙江省科技计划项目(2007C23058)；杭州市科技计划项目(20070733B20)。 第一作者：孔德玉(1972—)，男，博士，副教授。Received date:2008–04–25. Approved date: 2008–08–03. First author: KONG Deyu (1972–), male, Ph.D., associate professor. E-mail: kongdeyu@https://www.doczj.com/doc/7311482347.html, 第37卷第1期2009年1月 硅酸盐学报 JOURNAL OF THE CHINESE CERAMIC SOCIETY Vol. 37，No. 1 January，2009
混凝土的种类按胶凝材料分类 ①无机胶凝材料混凝土，如水泥混凝土、石膏混凝土、硅酸盐混凝土、水玻璃混凝土等； ②有机胶结料混凝土，如沥青混凝土、聚合物混凝土等。 混凝土按表观密度分类 混凝土按照表观密度的大小可分为：重混凝土、普通混凝土、轻质混凝土。这三种混凝土不同之处就是骨料的不同。重混凝土是表观密度大于2500Kg/m³;，用特别密实和特别重的集料制成的。如重晶石混凝土、钢屑混凝土等，它们具有不透x射线和γ射线的性能。普通混凝土即是我们在建筑中常用的混凝土，表观密度为1950～2500Kg/m³;，集料为砂、石。轻质混凝土是表观密度小于1950Kg/m³;的混凝土。 它由可以分为三类：1．轻集料混凝土，其表观密度在800～1950Kg/m³;，轻集料包括浮石、火山渣、陶粒、膨胀珍珠岩、膨胀矿渣、矿渣等。2．多空混凝土（泡沫混凝土、加气混凝土），其表观密度是300～1000Kg/m³;。泡沫混凝土是由水泥浆或水泥砂浆与稳定的泡沫制成的。加气混凝土是由水泥、水与发气剂制成的。3．大孔混凝土（普通大孔混凝土、轻骨料大孔混凝土），其组成中无细集料。普通大孔混凝土的表观密度范围为1500～1900Kg/m³;，是用碎石、软石、重矿渣作集料配制的。轻骨料大孔混凝土的表观密度为500～1500Kg/m³;，是用陶粒、浮石、碎砖、矿渣等作为集料配制的。 按使用功能分类主要有 结构混凝土、保温混凝土、装饰混凝土、防水混凝土、耐火混凝土、水工混凝土、海工混凝土、道路混凝土、防辐射混凝土等。 按施工工艺分类主要有 离心混凝土、真空混凝土、灌浆混凝土、喷射混凝土、碾压混凝土、挤压混凝土、泵送混凝土等。按配筋方式分有：素(即无筋)混凝土、钢筋混凝土、钢丝网水泥、纤维混凝土、预应力混凝土等。 按混凝土拌合物的和易性分类 干硬性混凝土、半干硬性混凝土、塑性混凝土、流动性混凝土、高流动性混凝土、流态混凝土等。