6高性能水泥的研究
水泥是一種處于介穩(wěn)狀態(tài)的礦物粉體材料，通過水化后產(chǎn)生水化物，水化物彼此鍵合并逐漸硬化成為具有強(qiáng)度的硬化體。水泥從制備到應(yīng)用，不單是復(fù)雜的粉體工程，而且是一個(gè)從穩(wěn)定態(tài)到介穩(wěn)態(tài)，又從介穩(wěn)態(tài)向較穩(wěn)定態(tài)過渡的過程。所以為了提高水硬性就要提高水泥熟料礦物的介穩(wěn)性，使其盡量處于高能態(tài)，但為了提高耐久性就要提高水化物的穩(wěn)定性，盡量降低其能態(tài)。高性能水泥的研究?jī)?nèi)容如下：
(1)通過對(duì)水泥熟料礦相體系的優(yōu)化與改進(jìn)，使水泥高強(qiáng)度化、高性能化，突破礦相低溫生成與高位能的矛盾。
(2)深入研究水泥顆粒微細(xì)化理論和最佳級(jí)配理論，提高水泥熟料顆粒水化率，提高水泥內(nèi)部潛能利用率，并使水泥基材料有高致密性和高耐久性。調(diào)整水泥顆粒形狀和顆粒級(jí)配，將水泥各組分控制在不同粒度范圍，達(dá)到體系最緊密堆積，需水量減少，性能提高。
(3)研究不同熟料的復(fù)合、不同熟料與混合材的復(fù)合、不同顆粒尺寸材料的復(fù)合以及有機(jī)與無(wú)機(jī)的復(fù)合，增加水泥水化密實(shí)性和耐久性。
(4)對(duì)混合材料進(jìn)行物理化學(xué)預(yù)處理，使之微細(xì)化、活性化，具有性能調(diào)節(jié)功能，使混合材的水化產(chǎn)物在水泥中起到結(jié)構(gòu)致密性、膠結(jié)性、抗腐蝕性和耐久性作用，我國(guó)在機(jī)械力化學(xué)法研究方面有一定進(jìn)展。
(5)使水泥的綜合性能取得突破性提高，從而極大提高混凝土構(gòu)筑物各方面的性能和壽命，如強(qiáng)度提高10MPa、水泥用量減少20%～30%、抗?jié)B性能提高、混凝土壽命提高30%～50%等。
非波特蘭水泥體系及其他
1特種水泥
我國(guó)硅酸鹽體系的特種水泥有幾十個(gè)品種，特種水泥能滿足各種特殊性能混凝土的要求，可以考慮在水泥中添加外加劑，但要注意外加劑的品種配套和質(zhì)量問題。我國(guó)非波特蘭水泥體系的特種水泥也有幾十個(gè)品種，是對(duì)普通水泥性能的補(bǔ)充，滿足了大壩、軍工、防洪、防輻射等特殊工程的要求，例如硫鋁酸鹽水泥、氟鋁酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥和阿利尼特水泥等。其中，硫鋁酸鹽水泥的原料為低品位礬土、石灰石和石膏。由于石灰石的配合量低，所以燒成溫度低，CO2排放量也低。氟鋁酸鹽水泥用于搶修、堵漏等特殊工程，鋁酸鹽水泥主要應(yīng)用在耐火材料方面。特種水泥在適應(yīng)節(jié)能環(huán)保和應(yīng)用性能的要求下，品種逐步增多。
2化學(xué)激發(fā)膠凝材料的研發(fā)
傳統(tǒng)的硅酸鹽水泥膠凝材料，在制備過程中會(huì)消耗較多的資源和能源，排放出的粉塵和廢氣也需要處理。近年來(lái)，國(guó)內(nèi)外出現(xiàn)了對(duì)堿激發(fā)膠凝材料的研究與報(bào)道，稱為堿膠凝材料，其目的就是大量采用工業(yè)副產(chǎn)物及工業(yè)廢渣，減少有害物質(zhì)的排放。堿激發(fā)膠凝材料的主要原料是工業(yè)排放的廢渣、尾礦、粘土類物料、天然礦物等，激發(fā)劑主要是各種化學(xué)試劑、工業(yè)副產(chǎn)品或產(chǎn)品，一般用量在10%以下。堿激發(fā)劑的作用是激發(fā)原料，使之具有膠凝性，并且形成含堿水化物。由于大部分原料中都含有一定量的鈣，因此不用專門的含鈣物質(zhì)也可以使其具有膠凝性。一些化學(xué)激發(fā)膠凝材料的研發(fā)種類如下：
(1)堿—鋁硅酸鹽玻璃體類，是以礦渣、粉煤灰、磷渣、赤泥、煤矸石等為主要原料，這些原料是以鋁硅酸鹽的玻璃體或無(wú)定形物質(zhì)為主體。
(2)堿—燒粘土類，以粘土經(jīng)適當(dāng)溫度煅燒后形成偏高嶺石作原料，經(jīng)堿的激發(fā)而形成的膠凝材料，其組成幾乎不含鈣。
(3)堿—礦石尾礦類，如堿激發(fā)鉀長(zhǎng)石尾礦，和燒粘土類有相似處，含鈣量少。
(4)堿—碳酸鈣類，在一定條件下，堿性硅酸鹽溶液可能與天然石灰?guī)r形成膠凝性材料。
這些水泥的加工方法不用高溫處理，處理過程中內(nèi)部原子、離子發(fā)生重排，組成新的結(jié)構(gòu)。
3低碳水泥混凝土制品
摻入混合材是水泥混凝土功能化、高性能化的有效手段，近年來(lái)在深度研究方面又有一定進(jìn)展，成為低碳化的手段之一。加入石灰石等混合材與少量廢棄物混合，在不使一般水泥性能有較大變化的情況下，形成廢棄物可利用性與低碳化的平衡，可對(duì)低碳水泥進(jìn)行設(shè)計(jì)，是新的技術(shù)研究?jī)?nèi)容。水泥與混合材的簡(jiǎn)單混合不一定就好，要全盤研究質(zhì)量管理、控制技術(shù)和恰當(dāng)?shù)闹圃旆椒ā?/p>
用某些工業(yè)副產(chǎn)品中的γ-C2S與CO2反應(yīng)，可提高碳酸養(yǎng)護(hù)的低水灰比混凝土的致密度，因此這種混凝土的耐久性可能提高。另外，混入粉煤灰的混凝土，再用火力發(fā)電站排放的廢氣養(yǎng)護(hù)，甚至可使混凝土CO2的排放量成為負(fù)值，其產(chǎn)品已用于路面裝飾砌塊材料。還有一種低碳膠凝材料，完全不用水泥的壓縮強(qiáng)度也可與水泥一樣，但要蒸汽養(yǎng)護(hù)。這種科技創(chuàng)新最近已有進(jìn)展，引起了世界的關(guān)注。這種材料由鋁硅酸鹽和堿化硅溶液制造。
4新型水泥基材料
目前報(bào)道研究開發(fā)的品種有：無(wú)宏觀缺陷膠凝材料、含有均勻分布超細(xì)顆粒的致密材料體系、活性粉末混凝土和化學(xué)結(jié)合陶瓷材料等。目前在這一領(lǐng)域國(guó)內(nèi)外的關(guān)注點(diǎn)在于提高膠凝材料的力學(xué)性能、斷裂韌性和耐久性，研究?jī)?nèi)容包括不同性能材料的復(fù)合和超細(xì)化，在最小水灰比條件下實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)致密化。新型水泥基材料在隔音、保溫、核廢料儲(chǔ)存、遮擋核輻射等方面具有優(yōu)越的功能和性能。
