胶凝材料学认识综述

【摘要】本文通过阐述胶凝材料的发展历史，提出了非传统胶凝材料的概念，根据工业废渣的化学组成、矿物特征以及胶凝固结特征对其进行了分类并探讨了工业废渣在胶凝材料中的应用途径，指出工业废渣在胶凝材料中的应用不仅有助于解决环境污染，节约能源，而且可降低产品成本，不同程度地改善胶凝材料的性能，具有显著的社会经济效益，并对以后工业固体废弃物在胶凝材料学中的发展提出了建议。

【关键词】胶凝材料；工业废渣；利用

胶凝材料，是指经过自身的物理化学作用后，能够由液态或半固态变成坚硬固体的物质。胶凝材料按其化学成分可分为有机和无机两大类。无机胶凝材料按其硬化时的条件又可分为：气硬性胶凝材料与水硬性胶凝材料。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提高其强度，如石灰、石膏、水玻璃等。水硬性胶凝材料不仅能在空气中硬化，而且能更好地在水中硬化，保持并继续提高其强度，如各种水泥。

1.胶凝材料学的发展历程

1.1传统胶凝材料

1.1.1　古代胶凝材料

人类发现和利用胶凝材料，有着悠远的历史。新石器的前陶器时代人们就开始使用天然胶凝材料粘土和姜石，并且在9000年前开始使用最早的人造胶凝材料－石灰。公元前2500-3000年，人们就开始使用石膏－石灰类胶凝材料。公元初期，石灰－火山灰水硬性胶凝材料开始使用。这种胶凝材料表现出极强的耐久性。

古代胶凝材料的最大不同是Al2O3和SiO2含量高而且有大量（40%）的方沸石存在。方沸石是一种化学稳定性较高的水化产物，溶解度小，与Ca（OH）2几乎完全反应。因此古代的胶凝材料的溶解度小，其内的成分不会因为时间的流失而流失，所以古代胶凝材料有卓越的耐久性。

1.1.2现代胶凝材料

现代胶凝材料一般指硅酸盐水泥、石灰、石膏等最常用的胶凝材料。而铝酸盐水泥、硫铝酸盐水泥、则又称为非硅酸盐水泥。现代以波特兰水泥为主的胶凝材料的最大特点是强度主要由硅酸盐熟料四种矿物质和石膏水解水化而形成强度。

1.2非传统胶凝材料

显然就是那些不在上述领域的胶凝材料。传统胶凝材料的主要元素是地壳中含量最高的几种元素，但元素的含量和地壳中元素的丰度次序差异较大，特别是钙的含量相差较大，生产水泥需要大量的高品质的石灰石。而石灰石资源也是有限的，因此未来的水泥应该是一种比较适合于未来资源枯竭条件下生产的水泥，而且更适合于回收利用。

非传统胶凝材料应该是：不用自然资源，以各类工业废渣为主要原料、制造工艺简单、能耗小、基本上零排放的环境友好型的胶凝材料。

2.固体废弃物的成分

固体废弃物是指在社会的生产、流通、消费等一系列活动中产生的一般不再具有原使用价值而被丢弃的以固态赋存的物质。工业固体废弃物是指工业生产过程中产生的废渣、粉末、碎屑、污泥等。固体废弃物具有一些与工业原料相当的物理学性质，又被称为“放错了地方的资源”、“二次资源”、“再生资源”。

有些工业固体废弃物具有潜在的胶凝活性，能够作为胶凝材料和辅助胶凝材料使用，并能改善原胶凝材料的一些性质：如混凝土中加入矿渣微粉或粉煤灰后可以起到改善工作性，降低水化热，提高耐久性的作用。

根据工业固体废弃物的化学组成、矿物特征以及胶凝固结特征，将工业固体废弃物分为以下几类：石灰类、石膏类、火山灰类、潜在水硬性类、水硬性类及惰性和有害类等。

3.固体废弃物在胶凝材料中的应用

3.1代替粘土做组分配料

粉煤灰、煤矸石、炉渣、金属尾矿、赤泥等。根据实际情况可部分或全部代替。煤矸石、炉渣不仅代人化学组分，而且还可代人部分热量；

3.2代替石膏作矿化剂

磷石膏、氟石膏、盐田石膏、环保石膏、柠檬酸渣等，因其含有三氧化硫、磷、氟等都是天然的矿化成分。且S03含量高达40％以上，可全部代替石膏。因石膏类工业废渣与莹石配合作复合矿化剂时，在烧成过程中发滞，可与品种技术配合作用，充分发挥复合矿化剂和晶种技术的互补优势。

4.建议

4.1发展非传统胶凝材料势在必行

由于非传统胶凝材料的优点和特点，符合节能、减排，又能消纳多种工业排放的废弃物，特别是可以在基本不排放C02的情况下，生产性能良好的胶凝材料。我国有多达40余单位在研究和开发这类材料，但工业生产却未能有一定的规模。材料的有些性能也有待改进。急需要得到政府、企业、用户各方面的大力支持（包括给予各种科研课题、中间试验、生产性试验等）。

4.2制定标准

鉴于材料制备的特殊性，需要制订与此相适应的标准，也要得到有关部门的支持。

4.3应用推行

从我国国情出发，希望对材料的应用有计划的逐步推行，例如：我国今年将建立一定数量的核电站，可以将此类材料用于固化核废渣。碱激发胶凝材料的一个很大的优点就是抗化学腐蚀性好，用于西部地区土地盐碱性的建设，是很恰当的。另外可以用于海港、地下、地铁隧道等的建设。

参考文献：

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