硅粉混凝土與人居環(huán)境

2007-01-12 00:00

1 引言

  “人居環(huán)境”是人類(lèi)社會(huì)發(fā)展到20 世紀(jì)后期才提出的概念,它標(biāo)志著人類(lèi)對(duì)待自然的態(tài)度從根本上發(fā)生了轉(zhuǎn)變。吳良鏞院士指出,“人類(lèi)住區(qū)不僅僅是指住房、一個(gè)城市、鎮(zhèn)或鄉(xiāng)村的體形,它所指的是人類(lèi)活動(dòng)的全過(guò)程,包括居住、工作、教育、衛(wèi)生、文化、娛樂(lè)等,以及維護(hù)這些活動(dòng)而進(jìn)行實(shí)體結(jié)構(gòu)的有機(jī)結(jié)合[ 1 ]?!比司迎h(huán)境的核心是人,人居環(huán)境以滿(mǎn)足人類(lèi)居住的需要為目的。人居環(huán)境與建筑材料密切相關(guān),建筑材料的進(jìn)步改善了人類(lèi)的生存環(huán)境,其性能影響著人居環(huán)境的質(zhì)量。開(kāi)發(fā)并使用性能優(yōu)良的新型材料,是人類(lèi)合理地解決生存與發(fā)展,實(shí)現(xiàn)“與自然協(xié)調(diào),與環(huán)境共生”的一個(gè)重要方面[ 2 ]。

2 硅粉及硅粉混凝土

  硅粉是近20 年發(fā)展起來(lái)的一種高活性材料,因?yàn)榫哂辛己玫幕鹕交倚再|(zhì)和微粒填充作用,已廣泛地用作混凝土的摻合料。硅粉也稱(chēng)硅灰、硅塵或二氧化硅,是硅鐵和硅金屬生產(chǎn)中的工業(yè)塵埃,它是在冶煉硅、鐵合金時(shí)由電弧爐中高純度石英與焦碳發(fā)生還原反應(yīng)而生成的。硅粉具有以下特性:① 它是一種非常細(xì)的粉末,主要成分是顆粒極細(xì)(0.1~0.2μm)的無(wú)定型的SiO2,它的平均粒徑比水泥小100 倍,表面積約為1 5~2 0 m2/g ;②因?yàn)楣枋菑恼羝淠?,故其粉末具有非常完美的球狀形態(tài);③這種粉末含有85%~95%以上玻璃態(tài)的活性SiO2;④ 硅粉的比重為22~25,松散容重為200~300 kg/m3。硅粉摻入混凝土后,對(duì)新拌和硬化混凝土的作用與上述幾個(gè)特性有關(guān)。硅粉的主要品質(zhì)指標(biāo)是它的SiO2 含量和細(xì)度。S i O 2 含量越高、細(xì)度越細(xì),其對(duì)混凝土的改性效果也越好[ 3 ]。目前,硅粉的應(yīng)用,主要是摻入混凝土中作硅粉混凝土。硅粉混凝土已在不少?lài)?guó)家獲得應(yīng)用,在人居環(huán)境的建設(shè)中發(fā)揮了重要的作用。

3 硅粉混凝土對(duì)人居環(huán)境的影響

3.1 房屋結(jié)構(gòu)

  人類(lèi)的生存與發(fā)展離不開(kāi)一定的房屋結(jié)構(gòu),隨著人類(lèi)文明的不斷進(jìn)步,高層建筑已成為現(xiàn)代社會(huì)科學(xué)和技術(shù)發(fā)達(dá)的標(biāo)志之一,是人口密度增大,城市功能集中的必然產(chǎn)物,也是人類(lèi)不斷向新的高度挑戰(zhàn),不斷探索新的建造技術(shù),開(kāi)發(fā)新型建筑體系和材料的體現(xiàn)。高層建筑為人類(lèi)提供了高密度、大容量的居住或工作空間,給現(xiàn)代人的生活和工作帶來(lái)許多方便,同時(shí)對(duì)城市環(huán)境、居住條件以及生活方式也帶來(lái)諸多影響。高層建筑的發(fā)展同樣推動(dòng)了結(jié)構(gòu)材料的發(fā)展,人們對(duì)結(jié)構(gòu)材料的工作性能提出了更高的要求,由于承重墻等結(jié)構(gòu)的要求,除了高工作度外,在實(shí)際應(yīng)用中還希望結(jié)構(gòu)材料具有高的強(qiáng)度和耐久性。高強(qiáng)度混凝土是其中應(yīng)用的十分廣泛的一種結(jié)構(gòu)材料。利用火山灰質(zhì)混合材料作添加劑,是目前國(guó)內(nèi)外配制高強(qiáng)混凝土用的最多的方法,而使用硅粉時(shí)將很容易制成抗壓強(qiáng)度高達(dá)100 MPa 的高性能混凝土,對(duì)于制備強(qiáng)度超過(guò)100 MPa 的混凝土,硅粉的使用則幾乎是不可缺少的。使用硅粉后,由于硅粉的顆粒很小,比水泥顆粒小20~100 倍,可以填充到水泥顆粒中間的空隙中;同時(shí)硅粉的二次水化作用,新的生成物堵塞混凝土中孔隙結(jié)構(gòu),極大地降低了水化漿體中的孔隙尺寸,改善了孔隙尺寸分布[ 4 ] ,

  于是使強(qiáng)度增加,滲透性降低。同時(shí),在高層建筑施工中,盡管樓板可以完全在工廠預(yù)制,現(xiàn)場(chǎng)吊裝,但是有些建筑物為了提高其整體性,仍然需要采用現(xiàn)澆樓板的施工方法,泵送大流動(dòng)性混凝土有效地解決了這一問(wèn)題,而摻入硅粉是制備大流動(dòng)性混凝土的基本途徑之一。在新拌硅粉混凝土中,硅粉在混合料中起“滾珠”的作用,從而使泵送和灌注更為容易;由于硅粉微珠的潤(rùn)滑作用,也減少了用水量。另外,由于硅粉混凝土的強(qiáng)度貢獻(xiàn)主要在28d 之前,因此可以加快施工模板的周轉(zhuǎn),提高施工的進(jìn)度。除此之外,由于微硅粉具有高活性,在 Al2O3 成份存在的前提下,更易生成莫來(lái)石相,使耐火材料的高溫強(qiáng)度、熱震性明顯提高,因此硅粉混凝土還是一種優(yōu)良的耐火材料,十分適合在高層建筑中使用。由此可見(jiàn),硅粉混凝土作為一種性能優(yōu)異的結(jié)構(gòu)材料,在高層建筑物的建設(shè)中大有可為。

3.2 交通環(huán)境

  作為具有自然屬性與社會(huì)屬性的人類(lèi),同時(shí)還需要一定的交通環(huán)境來(lái)滿(mǎn)足彼此間的聯(lián)系與交流,例如,海港,道路,橋梁等。而交通環(huán)境的運(yùn)營(yíng)及發(fā)展,也對(duì)材料提出了更加深入的要求。在寒冷地區(qū),海岸及近海的混凝土結(jié)構(gòu),除了遭受凍融作用外,還受潮汐的干濕作用,以及遭受海水浪花的沖擊,這部分的混凝土最容易損壞。而高性能混凝土的出現(xiàn),則很有效地解決了這些問(wèn)題。硅粉作為制備高性能混凝土材料的一種外摻合料,在解決這些病害時(shí)的作用是尤為顯著的。當(dāng)硅粉摻量少于15%時(shí),在一個(gè)很寬的水灰比范圍內(nèi),硅粉能增強(qiáng)混凝土的抗凍性和抗鹽蝕性能,甚至比增加抗壓強(qiáng)度還顯著。摻硅粉混凝土的抗凍性可以從含氣量方面來(lái)做考察。研究表明,摻硅粉的空氣-孔參數(shù)、引氣量性能都比普通混凝土要好,從而提高了混凝土的抗凍性能。另外,在硅粉混凝土內(nèi)摻入高效減水劑,可以生產(chǎn)出滲透性能很低,強(qiáng)度很高的混凝土,十分適合寒帶混凝土結(jié)構(gòu)和寒冷地區(qū)近海結(jié)構(gòu)工程。硅粉混凝土也曾用于近海結(jié)構(gòu)的水下維修,降低滲透性和提高抗磨損性能,很適宜于惡劣環(huán)境下的維修工程[ 5 ]。另一方面,在路用混凝土中摻加適當(dāng)?shù)墓璺勰茱@著提高混凝土的路用性能。混凝土公路路面的損壞是不可避免的。用硅粉混凝土進(jìn)行路面修補(bǔ),由于硅粉混凝土的早期強(qiáng)度高,路面修復(fù)時(shí)間較短,從而減少了路面修復(fù)施工時(shí)所引起的路面交通中斷時(shí)間。同時(shí),由于硅粉混凝土的耐磨性能較好,因此也是一種優(yōu)異的路面材料。在隧道等工程施工中,需要進(jìn)行噴射混凝土施工,硅粉混凝土在這一領(lǐng)域也有其獨(dú)到之處?;炷林袚饺牍璺酆螅@著改善了塑性混凝土粘附性能和凝聚性,大幅度降低了回彈量,增大噴射混凝土一次成型厚度,縮短工期,節(jié)省了工程造價(jià)。在歐美國(guó)家,75% 的噴射混凝土都摻入硅灰,而挪威和瑞典,硅粉是噴射混凝土的必備材料??傊?,硅粉混凝土在交通建設(shè)方面的應(yīng)用十分廣泛,而且已經(jīng)日益成為一種交通建設(shè)不可或缺的工程材料,其應(yīng)用的前景十分可觀。

3.3 自然環(huán)境

  自然環(huán)境是人居環(huán)境的基礎(chǔ),人們的生產(chǎn)和生活以及具體的人居環(huán)境建設(shè)活動(dòng)都離不開(kāi)更為廣泛的自然背景。理想的人居環(huán)境應(yīng)實(shí)現(xiàn)人與自然的和諧統(tǒng)一,實(shí)現(xiàn)人與自然的可持續(xù)發(fā)展。建筑材料是人與自然相互作用的媒介,在很大程度上影響著人居環(huán)境與自然的和諧性。當(dāng)前,大量使用的傳統(tǒng)硅酸鹽混凝土不僅浪費(fèi)資源和能源,而且破壞生態(tài)環(huán)境,不利于人居環(huán)境的建設(shè) [6],發(fā)展生態(tài)水泥混凝土已成為實(shí)現(xiàn)人居環(huán)境與自然可持續(xù)發(fā)展的重要途徑。生態(tài)水泥就是利用各種廢棄物,包括各種工業(yè)廢料,廢渣以及城市生活垃圾作為原材料制造的水泥[ 7 ]。近年來(lái),已經(jīng)出現(xiàn)了多種生產(chǎn)生態(tài)水泥混凝土的技術(shù),硅粉混凝土就是利用廢棄物生產(chǎn)生態(tài)水泥混凝土的一種典型方法。在普通硅酸鹽水泥中添加硅粉,可以大摻量地利用工業(yè)副產(chǎn)品(粉煤灰和礦粉等)和廢料(化學(xué)廢料和碎玻璃等)作為摻合料,其中外摻合料的摻入量最高可達(dá)60% 以上,而所生產(chǎn)的水泥可用于生產(chǎn)高強(qiáng)混凝土在內(nèi)的多種混凝土,同時(shí)大量地減少了高價(jià)耗能的水泥熟料的用量。這種水泥采用比普通水泥少3 0 % ~50% 的水泥熟料,所產(chǎn)生的環(huán)境破壞也比較小[ 8 ],從而實(shí)現(xiàn)了人居環(huán)境與自然環(huán)境的和諧發(fā)展。硅粉混凝土利廢的作用機(jī)理在于硅粉與各種粉磨礦物摻合料之間的復(fù)合作用,提高了膠凝材料的火山灰效應(yīng),增加了體系中微粒間的化學(xué)交互、誘導(dǎo)激發(fā)作用,因此提高了粉體的化學(xué)活性[ 9 ],實(shí)現(xiàn)了大摻量的廢物利用。由此可見(jiàn),硅粉混凝土的出現(xiàn)是改善自然環(huán)境,促進(jìn)人居環(huán)境與自然環(huán)境協(xié)調(diào)發(fā)展的一條有效途徑。

4 結(jié)語(yǔ)

  硅粉混凝土在人居環(huán)境的建設(shè)中正在發(fā)揮著日益重要的作用,大力發(fā)展硅粉混凝土并對(duì)硅粉混凝土的作用機(jī)理進(jìn)行進(jìn)一步的研究和探討,已經(jīng)成為人居環(huán)境建設(shè)的當(dāng)務(wù)之急。另一方面,由于我國(guó)的硅灰產(chǎn)量有限、價(jià)格昂貴(2500 元/t)[10],因此開(kāi)展采用其它工業(yè)固體廢渣粉部分取代硅灰配制高性能混凝土的研究也應(yīng)該得到大力的支持與重視。

參考文獻(xiàn)

1 吳良鏞.開(kāi)拓面向新世紀(jì)的人居環(huán)境學(xué).建筑學(xué)報(bào),1995,(3):9.

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7 施惠生,袁玲.生態(tài)水泥的研究與進(jìn)展.建筑材料學(xué)報(bào),2003.(6):166~172.

8 Konstantin SOBOLEV, Lefke-TRNC Metin ARIKAN, High VolumeMineral Additive for Eco-Cement,American Ceramic Society Bulletin-January2002.

9  李?lèi)?ài)武,王琮,楊崎,遲培云.復(fù)合超細(xì)粉提高混凝土耐久性的研究.低溫建筑技術(shù),2004,(4):10~11.

10 李家和,李秋義,呂寶玉.礦物質(zhì)摻合料對(duì)高強(qiáng)混凝土強(qiáng)度和微觀結(jié)構(gòu)的影響.哈爾濱師范大學(xué)自然科學(xué)學(xué)報(bào),2002,(3):73~78.


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2024-10-31 09:20:02