建筑砂浆胶凝材料存在的问题及对策

发布时间:2024-01-11 20:01:41浏览次数:21
建筑砂浆胶凝材料存在的问题及对策1、建筑砂浆胶凝材料目前存在的主要问题1)矿物资源和能源消耗大,对环境破坏严重目前配制建筑砂浆的胶凝材料主要是水泥。据统计我国约有 25-40%的水泥用于配制建筑砂浆。2006 年我国水泥产量约为 12.4 亿 t,占世界水泥总产量的 50%左右。21 世纪,人类面临着“人口膨胀、资源短缺与环境恶化”三大问题。随着世界人口的膨胀,人类大规模建设活动的加剧,资源、能源短缺、环境破坏严重、生态环境恶化、物种灭绝等问题已对人类的生存与发展构成了极大的威胁。自从英国人 J·Aspdin 1824 年发明波特兰水泥以来,水泥混凝土(包括砂浆砂浆在本质上也是一种混凝土,是一种无粗骨料的混凝土 )已成为当代最大宗的人造工程材料,在水泥混凝土给人类带来巨大文明进步的同时,也带来了十分严峻的资源、能源及环境问题。据估算,我国水泥生产的资源与能源消耗为:每生产 1 吨水泥熟料需石灰石 1.4~1.5t、粘土 0.3t、煤 0.2t,排放 CO21t、有害气体 SO2 0.74 kg 与Nox 1.51 kg 及大量粉尘等污染物。据有关部门调查,我国能生产水泥的石灰石储量仅 500亿 t,可采量 50%,仅够水泥工业使用 40~50 年。由于硅酸盐水泥的生产要消耗大量的矿物资源、能源并排放大量的温室气体,极不利于其可持续发展,因此,目前混凝土工程界正在大力研究绿色高性能混凝土,力求用更多的工业废渣活性掺合料取代硅酸盐水泥,最大限度地降低水泥用量并提高混凝土的耐久性。2)用高强度等级水泥配制低强度等级砂浆,造成资源浪费我国自从 1999 年修订六大通用水泥标准以后,水泥强度提高了一个等级,最低一级为32.5 级 , 相 当 于 过 去 的 425 号 水 泥 。 目 前 建 筑 砂 浆 的 强 度 等 级 分 为M2.5、M5、M7.5、M10、M15、M20,用量最大的是 M2.5、M5、M7.5、M10 等。由于大部分建筑砂浆的强度等级较低,目前没有供配制砂浆的低强度等级水泥,实际工程中,对于水泥砂浆,一般采用 32.5 级水泥,而低强度等级砂浆只需少量水泥即能满足强度要求 ,但为了改善稠度便于施工,只得超量增加水泥,从而造成水泥的浪费;对于水泥混合砂浆,由于为改善砂浆保水性而加入的石灰膏等掺加料会降低砂浆的强度,一般采用 32.5、42.5级水泥,从而增大了整个土木工程界对 42.5 等较高强度等级的水泥的需求与消耗量(42.5级水泥一般用于配制中等及以上强度等级的普通混凝土及高性能混凝土),不利于资源节约与 环境保护。3)水泥石灰混合砂浆的物理力学性质及耐久性差,配制工艺复杂,不利于推广干混砂浆建筑砂浆按胶凝材料可分为水泥砂浆、水泥石灰混合砂浆及石灰砂浆等。水泥砂浆的强度较高,但保水性差(即泌水性大)、和易性不良,不易施工。为了改善水泥砂浆的保水性和施工和易性,人们在水泥砂浆中掺入石灰膏等掺加料,从而制成了水泥石灰混合砂浆。由于水泥石灰混合砂浆柔软、保水性好、和易性好,容易施工,因此在工程实际中得到了广泛的应用,是用量最大的一种建筑砂浆。但由于石灰是气硬性胶凝材料,具有不耐水、强度低、收缩大及容易存在过火石灰等特性,致使水泥石灰混合砂浆亦相应存在耐水性差、收缩大、粘结强度低、耐久性差以及易产生安定性不良等缺点,不能用于地下工程和潮湿环境。此外,水泥石灰混合砂浆的掺加料石灰膏的制作较复杂,生石灰需消化为熟石灰并经过“陈伏”后才能使用,否则由于其中含有的过火石灰的缓慢水化,发生体积膨胀,导致砂浆的安定性不良。《砌筑砂浆配合比设计规程》(JGJ-2000)和《砌体工程施工质量验收规范》(GB50203-2002)都明确规定 “消化石灰粉不得直接用于拌制建筑砂浆”。实际工程中,往往由于采用的石灰膏消化不充分,其中含有的过火石灰导致出现抹灰层的爆灰、开裂和起壳等质量通病. 为此,有关规范对石灰泡水时间已及石灰膏的过滤都作出了详细的规定,即便如此传统混合砂浆的质量仍难以保证。另外,石灰的生产也要消耗大量的矿物资源、能源及排放大量的 CO2等温室气体,不利于节约资源与保护环境。目前,干混砂浆是建筑砂浆的发展方向,发达国家已经普及,在我国一些大城市已开始推广。掺石灰膏的水泥混合砂浆的配制需增加石灰膏的制作及烘干工艺,增大了工艺复杂性及成本,也不利于其推广应用。2、解决建筑砂浆胶凝材料存在问题的对策鉴于目前建筑砂浆所使用的胶凝材料存在的诸多问题,应研究开发能够替代水泥和石灰专用于配制建筑砂浆的胶凝性能、施工单位性能均较佳(即既具有水泥砂浆硬化后高强、耐水又具有混合砂浆硬化前容易施工操作的特点)的节约资源、保护环境型的新型胶凝材料,这对土木工程界来说,具有十分重要的意义.研究开发建筑砂浆新型胶凝材料较优的技术途径是综合利用具有潜在胶凝性的工业废渣,充分发掘其潜在活性,实现资源利用的最大化。目前我国排放量较大的具有潜在胶凝性的工业废渣主要有粉煤灰、水淬矿渣、钢渣、磷渣、液态渣 、沸石粉、煤矸石等及其它火山灰质材料. 上述许多废渣均是由高温下冷却下来形成的,内部 含有较多玻璃态物质,处于化学不稳定状态,在一定条件下可以与水发生反应,生成具有胶凝性的水硬性物质。这是它们可以作为胶凝材料的基础。但其化学活性往往是潜在的,必须要在有适当的激发剂的条件下才能显现。另外,上述废渣的活性激发、强度发展和施工和易性等也存在较大差异,通过合理配伍,可以取长补短、优势互补,产生叠加效应,配制出性能优良的胶凝材料,能够取代水泥和石灰用于配制大部分中低强度等级建筑砂浆。开发建筑砂浆新型胶凝材料需要研究的主要问题有:(1)具有潜在胶凝性的工业废渣的遴选与合理加工;(2)废渣胶凝材料活性激发剂(碱性激发剂、硫酸盐激发剂、矿物激发剂以及其它激发剂)的优选与研究;(3)砂浆新型复合胶凝材料的配方的试验与优选;(4)砂浆新型胶凝材料的性能研究,包括力学性能(抗压强度、抗折强度)、物理性能(标准稠度、凝结时间、体积安定性、耐水性等)、施工性能(流动性与保水性等)及耐久性(抗渗性、抗冻性、耐腐蚀性等)等性能的实验与研究;(5)砂浆新型胶凝材料的工程应用研究,主要包括砂浆砌体的力学性能 (砌体的抗压强度、砌体沿通缝截面抗剪强度及砖砌体弯曲抗拉强度等)的试验研究等。用这种新型胶凝材料取代目前建筑砂浆中的主要胶凝材料水泥及石灰,具有多方面的优越性,其一可大幅度降低和节省我国目前大规模工程建设中的水泥和石灰用量,节约我国十分有限而宝贵的矿物资源 、能源以及保护生态环境;其二可改善水泥砂浆保水性差、施工性能不良的缺点,改善水泥石灰混合砂浆耐水性差、收缩大、粘结强度低和耐久性差、易产生安定性不良以及不能用于地下工程和潮湿环境等严重缺点;其三是可简化砂浆配制工艺,降低成本,将水泥砂浆和水泥石灰混合砂浆统一为一种砂浆,对推广干混砂浆或预拌砂浆(商品砂浆)极为有利;其四是可大量利用工业废弃物,变废为宝,发展循环经济。
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