混凝土中輔助膠凝組分的研究進展

張 震，高文元,2

（1.大連工業(yè)大學紡織與材料工程學院，遼寧 大連 116034；2.遼寧新材料與材料改性重點實驗室，遼寧 大連 116034）

混凝土中輔助膠凝組分的研究進展

張 震1，高文元1,2

（1.大連工業(yè)大學紡織與材料工程學院，遼寧 大連 116034；2.遼寧新材料與材料改性重點實驗室，遼寧 大連 116034）

利用多孔結(jié)構(gòu)且主要成分為天然活性SiO2的硅藻土、類火山灰效應的礦渣和粉煤灰以及加速水泥水化的硅灰，通過多組分復摻工藝，可開發(fā)出能夠大比例替代水泥的建筑膠凝材料，真正實現(xiàn)固體廢棄物的循環(huán)利用。多組分復摻后形成的多元相效應，優(yōu)化了料漿的工作性能并提高了樣品的強度、耐久性等性質(zhì)。但其早期強度增長緩慢的問題和參與復摻的輔助膠凝材料的種類、比例、物化性質(zhì)等參數(shù)的探討將成為以后研究工作的重點。

火山灰效應；硅藻土；粉煤灰；礦渣；硅灰

目前國內(nèi)外大多數(shù)的水泥生產(chǎn)廠家生產(chǎn)各類水泥產(chǎn)品，都伴隨著大量能源的消耗以及隨之而來產(chǎn)生的各種副產(chǎn)品如二氧化碳，粉塵等，對人類社會和自然環(huán)境都造成了極大的影響。因此，在這樣的背景下，人們開始探索具有火山灰效應的工業(yè)廢棄物[1]（粉煤灰、爐渣、礦渣、河砂等）來代替部分水泥，既減少了水泥制品的依賴，又能夠節(jié)能和廢物利用。另外利用此類工業(yè)廢棄物作為水泥的部分替代物也從一定程度上降低了生產(chǎn)成本，為生產(chǎn)廠商所重視。

1 火山灰效應和輔助膠凝組分的研究

在國外從二十世紀九十年代到二十一世紀初，國外的研究者們早已開展了探索火山灰類物質(zhì)的性質(zhì)研究，獲得了該類物質(zhì)的火山灰效應作用機理，最終將其用作漿中的膠凝組分。從物理效應的角度出發(fā)，添加的礦物質(zhì)能夠占據(jù)顆粒間的空隙使整個樣品更加密實，強度更高[2]。一般情況下，火山灰質(zhì)材料在料漿中的作用可分為以下幾個方面：①填充效應(良好的粒徑可以有效降低樣品的孔隙率，致使強度提高)；②稀釋效應(火山灰質(zhì)材料取代了部分水硬性膠結(jié)料如硅酸鹽水泥，降低樣品強度)；③火山灰反應（材料中的SiO2或Al2O3等化合物與水泥水化產(chǎn)物Ca(OH)2反應生成了提供樣品強度的主要物質(zhì)如硅酸鹽等）。

1.1 硅藻土

硅藻土作為一種天然礦物，具備良好的微孔結(jié)構(gòu)和可塑性等性能，被廣泛應用于助濾劑、填充料、吸收劑、沉淀劑及隔熱材料等方面。硅藻土在我國的儲量非常豐富，但大多是粘土礦物含量較高的次級礦。因此，這些達不到助濾劑級別的硅藻土次級礦或尾礦長期以來得不到有效利用。將次級礦應用于建筑材料時，其中的粘土礦物卻可以提高料漿的可塑性以及膠接強度，為粘土質(zhì)硅藻土礦在建材領域的應用奠定了基礎。

當用于建材方面時，需要考慮到硅藻土加入后給可加工性，成型時間等參數(shù)帶來的影響。除此之外，硅藻土的摻入也帶入了部分空氣，再加上硅藻土本身就具有的微孔結(jié)構(gòu)和低密度使得產(chǎn)品的密度降低。與普通水泥制品相比較，硅藻土替代部分水泥后料漿的初凝時間被縮短，水泥水化產(chǎn)物C3A溶解度增大，更早的形成C-S-H，最終提前達到最大水化熱。硅藻土除了本身富含大量的無定形硅可參與水泥水化的反應中外，最大特點就是其特殊的多孔結(jié)構(gòu)，這一結(jié)構(gòu)往往導致整個料漿的用水量發(fā)生變化，最終影響成型后的樣品性能。Senff[3]研究了僅加入水泥和聚羧酸塑性改性劑的情況下，發(fā)現(xiàn)隨著硅藻土的添加量增加，料漿的粘聚力也增加，而此時加入的水是為了顆粒間的摩擦力，最終降低了料漿的工作性。

在硅藻土的分子表面存在硅羥基鍵（Si-OH）和硅氧烷鍵（Si-O-Si），當Si-O-Si 鍵接受電子時，Si-OH鍵給出電子。當把硅藻土添加在混凝土或砂漿中后，都會給其塑性，強度等性能帶來影響。Kastis[4]在研究利用希臘硅藻土礦作為火山灰質(zhì)材料添加到混凝土中的情況，發(fā)現(xiàn)在樣品養(yǎng)護的前期，硅藻土發(fā)揮的是填充效應，并且此效應的作用效果要大于稀釋效應，這一點可以從樣品的強度隨齡期的變化來看出。但在齡期達到28天后，硅藻土含量在35%的樣品強度依然明顯增加，此時火山灰效應的持續(xù)時間要比其他膠結(jié)料更長。通過XRD測試，發(fā)現(xiàn)經(jīng)較長齡期的養(yǎng)護后，隨著硅藻土加入量的提高，Ca(OH)2的含量也越來越少。因此，Ca(OH)2是火山灰反應的必需反應物，可以作為測定火山灰反應進程的媒介。

硅藻土也因其多孔結(jié)構(gòu)而被用作為吸附劑或吸附劑載體，可吸附多種重金屬離子，特別是經(jīng)改性之后具有更高的吸附效率和再生速度[5]。正是由于硅藻土的多孔性結(jié)構(gòu)，摻入后易吸水導致樣品的早期強度較低。但將硅藻土煅燒后[6]，比表面積明顯降低，硅藻土中天然活性SiO2增多。因此，摻入了煅燒后的硅藻土，其早期強度要高于未煅燒的。硅藻土的多孔結(jié)構(gòu)消失后會變得更致密，此時的性質(zhì)更接近于硅灰或粉煤灰。

將硅藻土作為火山灰質(zhì)材料，以合適的比例替代水泥時，樣品的強度得到提高。但硅藻土的多級有序的微孔結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的毛細管吸力使得攪拌料漿時需要更多的水，卻進一步導致早期強度降低。Degirmenci[7]等人在土耳其當?shù)爻霎a(chǎn)的硅藻土基礎上，研究了硅藻土摻雜的混凝土在凍融循環(huán)條件下的工作性能。當硅藻土摻雜的量提升，測試樣品逐漸顯示出更好的耐久性。實驗中的這種現(xiàn)象被認為與硅藻土的填充效應有關。另外樣品的抗硫酸鹽侵蝕的性能也顯示出相同的趨勢。摻雜了15%硅藻土的樣品在硫酸鹽環(huán)境下的耐久性明顯優(yōu)于空白的標準樣。這是因為由于硅藻土的替代導致了水泥量減少，進而使得水化產(chǎn)物中的鋁酸三鈣減少。

在類似的三元相體系中，可以同時將硅藻土與其他的輔助膠凝材料共摻，達到最大程度的替代水泥的配比。同時為了減少硅藻土易吸水的特點，可使用塑化劑使料漿的用水量降低，進而保證早期強度不會有太大損失[8]。在研究硅藻土和大理石廢料作為水泥的替代物的摻雜比例[9]時，加入塑化劑來調(diào)節(jié)料漿的和易性，減少了料漿用水量。

分別討論硅藻土和大理石廢料的摻雜，以及大理石和硅藻土共摻的情況。硅藻土單摻10%[10]的樣品強度時最高，大理石廢料單摻時，樣品的強度變化不大。基于大理石廢料對樣品內(nèi)部的顆粒填充效應，以5%的比例代替水泥的樣品為最優(yōu)。硅藻土摻雜效果相對較好是由于硅藻土中的無定形SiO2和水泥水化的產(chǎn)物Ca(OH)2反應生成的水化硅酸鈣(CSH)，同時塑化劑減少了料漿的加水量。因此，當10%硅藻土和5%大理石廢料替代部分水泥樣品的樣品強度達到最高。以硅藻土摻加的樣品變形系數(shù)和純水泥樣品非常近似，保證了摻加樣品的工作性能。

在其他的三元相體系的研究中，Aydin[11]分別以浮石和硅藻土摻雜在混凝土中，隨著摻雜量從1%-4%遞增過程中，料漿的初凝時間和凝固時間都有不同程度的延長。摻雜量越大，凝固所需的時間就越久。這可以認為是水泥含量的降低和填充效應的作用結(jié)果。

1.2 粉煤灰

在大部分的水泥制品中，最初都是使用水泥作為唯一的膠凝劑，利用水化產(chǎn)物C-S-H形成的膠凝網(wǎng)絡給成品帶來比較高的強度。在后期的研究關于將工業(yè)廢棄物用于替代部分水泥，也大多是盡量使得廢棄物中的SiO2、Al2O3等無機物與水泥中的Ca2+反應或在激發(fā)劑的作用下形成膠凝網(wǎng)絡。粉煤灰就是典型的火山灰類物質(zhì)?；鹕交屹|(zhì)材料在水化反應期間與Ca(OH)2形成水化硅酸鈣，減小了水化產(chǎn)物的孔徑尺寸，從而提高產(chǎn)品致密度和耐久性。利用粉煤灰在堿性溶液中被激發(fā)，生成聚合的Si-O-Al基團，然后如同水泥一樣在混凝土中起到膠黏劑的作用。

在Sreevidya[12]的研究中，利用氫氧化鈉和硅酸鈉混合溶液作為激發(fā)劑，最終粉煤灰基地質(zhì)聚合物的強度隨堿溶液的濃度升高而升高，其中養(yǎng)護溫度也是一個非常重要的因素。在摻雜有粉煤灰的混凝土制品中隨著強度的增加，火山灰反應程度明顯增加。Vedalakshmi[13]等人借助熱重分析和差熱分析手段證明Ca(OH)2的含量隨強度的增加而減少，進一步證實了火山灰反應的進程伴隨著Ca(OH)2的消耗。

早在1985年就有美國的Mehta[14]研究發(fā)現(xiàn)，在利用不同來源的粉煤灰取代部分硅酸鹽水泥后，影響樣品性能的最重要因素是鈣含量和粒徑分布。粉煤灰取代部分硅酸鹽水泥后最大的缺點在于樣品早期的強度增長緩慢，因此許多研究者通過不同方法來改善樣品性能。如Naik和Ramme[15]在樣品中添加了強塑化劑后，28天齡期的抗壓強度分別提高到21、28MPa。另外Berry[16]認為粗集料粉煤灰包含的高含量玻璃相導致其火山灰反應活性較低。而在Ernst Pagger[17]研究粉煤灰的摻雜對混凝土的內(nèi)部空隙結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的影響時，就發(fā)現(xiàn)粉煤灰中含有的未完全燃燒的碳的含量和性質(zhì)都對混凝土的空隙大小和分布系統(tǒng)有明顯的影響。

將粉煤灰引入到硅酸鹽水泥制品后，粉煤灰的加入量和純度都對整個制品的性能有極大的影響。Paya[18]在粉煤灰摻入量為30%時得到了較高的樣品強度，但在超過30%后，相對于標準樣品強度有明顯的下降。此外粉煤灰替代水泥后，水膠比也隨之降低。在抗壓強度方面，摻加粒徑小于10um的粉煤灰料往往能夠得到較高的強度。由此可見，粉煤灰的粒徑分布與抗壓強度有著密切關系。

在固定水膠比的情況下，摻加篩分后的粉煤灰得到的樣品機械性能要高于未篩分的；同時影響的還有樣品的孔隙度和孔隙的尺寸。粉煤灰的粒徑越小，外形近似球形，可以填充到其他物料顆粒之間或孔隙中，而且有更高的火山灰性質(zhì)[19]。樣品中出現(xiàn)的毛細孔和凝膠孔都與粉煤灰的細度有關。篩分的區(qū)別會導致膠凝組分反應的程度不同，反應程度越高，則孔結(jié)構(gòu)就越小。未篩分的粉煤灰更傾向于形成平均孔徑較大的孔隙，而且經(jīng)篩分后形成的孔隙的均勻性更好，從而對樣品的機械性能又有一定的影響。無論篩分與否，樣品的強度都隨著粉煤灰的添加量大幅降低，但前者的樣品總體效果要優(yōu)于后者，且僅僅略低于純硅酸鹽水泥制品。篩分的效果在于使得粉煤灰的粒徑統(tǒng)一，在Erdog du[20]的實驗中，添加低鈣含量粉煤灰的樣品強度變化來源于該種粉煤灰的粒徑變化。粒徑統(tǒng)一的粉煤灰料要比不均的料使得樣品中的孔隙率更高，即粒度分布不統(tǒng)一的粉料得出顆粒可以填充到樣品中不同大小的的空隙中，最終獲得比預想更高的強度。在Chi Sun Poon[21]的研究中也指出，添加粉煤灰后孔隙率提高，但平均孔徑尺寸下降，孔徑分布更均勻。

粉煤灰中鈣含量也對混合水泥的水化反應至樣品的流動性和機械性能有著重要影響。Stefania Grzeszczyk[22]就不同燃料燃燒后形成的粉煤灰用在混合料漿中帶來的不同影響效果進行了研究。CaO含量超過10%的高鈣粉煤灰相比于其他類型的粉煤灰，料漿的流動性會降低并且樣品的強度會有更大提高。然而高鈣粉煤灰與水泥共混球磨后得到的料漿流動性會同樣被提高；借助于微量熱技術，發(fā)現(xiàn)高鈣粉煤灰加速了水化熱的變化過程，高鈣粉煤灰通過提高水化熱來獲得比低鈣粉煤灰更徹底的水化反應，進而提高成型后的強度。

在燃燒室到收集器的距離不同會收集到不同粒徑范圍的粉煤灰粉料，Seung Heun Lee[23]利用羅森拉穆勒法分布函數(shù)模型研究不同粒徑范圍的粉煤灰料摻入后混合料漿的流動性，發(fā)現(xiàn)粒徑分布越寬，通常會導致料漿的流動性隨之提高。據(jù)Stefania Grzeszczyk[22]的研究報道，高鈣粉煤灰的加入使得料漿流動性降低（強度和塑性粘度提高），同時粉煤灰的粒徑范圍也與料漿的流動性密切相關。隨著高鈣粉煤灰的加入量提高，料漿的水化過程也被明顯加速。Mehmet Geso lu[24]利用粉煤灰可提高料漿的流動性的特點，在大理石廢料填充于混凝土的同時，復摻粉煤灰在保證相同流動性的前提下大大減少了塑化劑的用量。除此之外，大理石廢料或石灰石作為填料時，料漿的粘聚性都被提高，而粉煤灰的作用則相反。

Fraay[25]認為添加了粉煤灰的樣品中，養(yǎng)護7天后才開始發(fā)揮火山灰效應。但后來的研究證明粉煤灰的細度會加速火山灰效應的進程。

在Kraiwood Kiattikomol[26]做的關于粉煤灰的更詳細的分析當中，純水泥的樣品在90天后抗壓強度達到35．8MPa。不同來源和不同粒徑分布的粉煤灰取代部分水泥后，抗壓強度的范圍保持在28．3到43．5MPa之間。可見在選用合適的水膠比和細度的情況下，粉煤灰取代部分水泥后樣品強度一樣可以達到甚至超過純水泥的標準。在中等粒徑的粉煤灰添加樣品的養(yǎng)護過程中，7天強度達到標準強度的85%，28天的抗壓強度會超過標準樣。

隨著粉煤灰的火山灰活性被更多的關注，人們已經(jīng)就粉煤灰作為循環(huán)利用的固體廢棄物開展了更多研究工作。其中最特別的要屬粉煤灰與硅灰復摻，復摻后形成三元相體系降低了因水泥堿性溶液與骨料中的活性組分（SiO2）反應生成硅酸鹽引起的不均勻膨脹（ASR膨脹）。Medhat[27]研究了硅灰與粉煤灰復摻的混凝土，當齡期在三年后，復摻的結(jié)果是降低堿硅反應膨脹水平到0．04%。在養(yǎng)護的早期，硅灰有效地降低了料漿的堿性，緊接著粉煤灰的活性逐漸被激發(fā)，在養(yǎng)護的后期消耗孔隙溶液中溶出的堿，并且這種效果會一直持續(xù)下去。從另一個角度說，樣品內(nèi)部結(jié)構(gòu)中的孔隙細化也會促進堿硅反應導致不均勻膨脹。Moser在做關于偏高嶺土和粉煤灰組成的三元或二元相膠凝組分對ASR膨脹現(xiàn)象的抑制研究中，發(fā)現(xiàn)單摻粉煤灰的抑制效果比偏高嶺土的較差，復摻粉煤灰和偏高嶺土后的抑制效果反而下降，這可能是由于粉煤灰?guī)淼脑缙趬A硅反應膨脹的緣故[28]。

在以水泥作為主要膠凝材料的制品中，大都存在因堿骨料反應引起的體積膨脹，在16-18年時間里純水泥制品的體積膨脹率為0．7-1．5%左右，這些體積膨脹給建筑材料帶來的是工作性能的下降甚至建筑本身的安全問題。Michael Thomas[29]在做的關于抑制水泥制品研究中發(fā)現(xiàn)火山灰質(zhì)材料可以減緩這種體積膨脹。摻雜了25%的粉煤灰即可起到明顯減緩或消除混凝土產(chǎn)品的體積膨脹。同樣在Kunal Kupwade-Patil[30]的研究中，從地質(zhì)聚合物的角度解釋了粉煤灰基聚合物水泥受到的堿骨料膨脹反應的影響要遠小于普通的硅酸鹽水泥制品。GPC（聚合物水泥制品）中的方沸石相引起的堿硅反應膨脹越明顯，那么GPC所處的強堿溶液中的氫氧化鈉就會越多得滲透進入。最終聚合物制品中未完全反應的粉煤灰會在強堿的作用下繼續(xù)進行聚合反應，促使GPC制品的孔隙率降低以及同樣抗壓強度下的抗折強度比普通硅酸鹽水泥更高。

1.3 礦渣

與粉煤灰相似的廢棄物還有各種來源的礦渣，因冶金工業(yè)所排出的礦渣僅2005年高爐爐渣就達到了一億噸。這些礦渣長久以來得不到完善的處理，對自然環(huán)境不斷的侵蝕破壞以及對人類社會來說也存在著安全隱患。高爐爐渣屬于水淬礦渣，含SiO2較多的是酸性礦渣；含Al2O3和CaO較多的則是堿性礦渣。這兩種類型的礦渣都可以發(fā)生類似于粉煤灰一樣的火山灰效應。

目前把礦渣應用于建筑方面主要是作為生產(chǎn)硅酸鹽水泥的原料或者與水泥料混合球磨獲得PBFC特種水泥。在PBFC水泥生產(chǎn)中，以高爐礦渣作為部分替代物完全是依靠礦渣中的主要成分為變硅灰石(α-2CaO ·SiO2)和假硅灰石(α-CaO·SiO2)的水硬性[31]。Khobotova發(fā)現(xiàn)顆粒保持在＞5mm的情況下，水硬組分的含量最大。因此，在生產(chǎn)PBFC水泥時應選擇合適粒徑的高爐爐渣才能發(fā)揮出最大的產(chǎn)品性能。當?shù)V渣中包含的堿金屬氧化物如K2O和 Na2O的量低于1%時，反而會促進石英轉(zhuǎn)變成反應活性更高的白石英以及提高了硅的溶解度。這些都極大得有利于在礦渣中合成各種含鈣化合物。

Binici[32]把建筑垃圾和?；郀t礦渣分別替代部分水泥，?；V渣替代后樣品的耐久性相比于建筑垃圾和空白對照樣品都要好，內(nèi)部結(jié)構(gòu)更致密。這可能與?；V渣中的玻璃相和化學組成有關。

Isaia在研究中提到，火山灰質(zhì)的礦物在混凝土中發(fā)揮的火山灰效應不僅僅是火山灰效應，還包含了物理效應和細微粒徑的粉料的填充效應。

后期的研究表明，摻入礦渣的作用更接近于促使樣品內(nèi)部組分產(chǎn)生提供強度的化合物如沸石、水化硅酸鈣（C-S-H）、石英等。在粉煤灰基聚合物水泥中加入4%的礦渣能夠明顯提高樣品的抗壓強度，并且與未加入的樣品相比孔隙度明顯降低。借助于XRD、XPS等方法，分析出礦渣的加入促進了反應進程和產(chǎn)生了更多的無定形產(chǎn)物[33]。所以也可以利用礦渣與粉煤灰的礦物組成相似的特點，直接添加在混凝土制品中。

將一種火山灰質(zhì)材料替代部分水泥后可構(gòu)成二元組分，在發(fā)揮強度的作用中包含了水泥的水化反應、火山灰反應、物理效應，其中物理效應由于低水膠比或是成型后的樣品中泡孔和膠凝組分的顆粒細化來提高樣品強度。Isaia[34]嘗試將粉煤灰、稻殼灰共摻到粉料中構(gòu)成了三元組分，通過與標樣對比發(fā)現(xiàn)共摻樣品的強度要高于粉煤灰或稻殼灰的單摻樣品強度。這種火山灰活性強度不一的材料共摻所產(chǎn)生的作用稱為協(xié)同效應。這三種效應分別在不同階段發(fā)揮的作用不同。在低強度的混凝土混合物中，物理效應占主導地位。然而在高強度（65MPa）的混凝土混合物中則是火山灰反應的作用更明顯。隨著火山灰質(zhì)材料含量和混凝土強度的提高，由一種火山灰活性強度低的材料和相對較高的材料組成的三元相混凝土混合物中的協(xié)同效應的效果會隨之增強。

Poole[35]等人利用反應活化能表示粉煤灰、高爐礦渣和硅灰等固體廢棄物作為水泥部分替代物時與水泥的反應活性，對實驗結(jié)果的統(tǒng)計分析后得出粉煤灰和硅灰可降低水化反應的活化能，即提高水化反應的活性；礦渣則相反。但是粉煤灰和硅灰的這種提高作用依賴于水泥的組成（包括鋁酸鹽、堿、可溶性硫酸鹽的含量）。

Micah Hale[36]在將粉煤灰與礦渣進行對比研究時發(fā)現(xiàn)相對于標樣，礦渣會改變混凝土的初凝時間和終凝時間，但粉煤灰則會相對延長時間。礦渣或粉煤灰的摻雜都會提高樣品的抗壓強度，但提高的程度依賴于水泥組分的不同，抗折強度則完全不會。

1.4 硅灰

相對于其他幾種輔助膠凝材料而言，硅灰也同樣是來源于工業(yè)冶金的副產(chǎn)物。硅灰的火山灰性質(zhì)使其能夠被應用于混凝土中，樣品的抗壓強度隨硅灰的添加量增加而增加[37][38]。此外，混凝土中的硅灰可以有效抑制堿硅反應引起的有害膨脹，這一特點被越來越多的人重視，成為混凝土產(chǎn)品中火山灰質(zhì)材料最重要的一員之一。由于硅灰微粒極細的粒度，所以摻入了硅灰的樣品初期強度的增加來源于水泥的水化和硅灰粒子的“塞尺效應”，并且據(jù)Detwiler 和Mehta[39]的研究，硅灰微粒在水化過程中為水化硅酸鈣、C-S-H及Ca(OH)2提供了成核點。最終摻入了硅灰的樣品更加致密化，強度更高。

硅灰本身也是富含二氧化硅的材料，但相比于硅藻土的結(jié)構(gòu)，其結(jié)構(gòu)更緊密。Mehmet Gesog lu[40]也在研究三種輔助膠凝材料在水泥制品中的二元，三元，四元相體系時，發(fā)現(xiàn)加入了粉煤灰或礦渣的二元體系料漿的初凝時間和終凝時間都被延長了，但加入硅灰的料漿的初凝時間和終凝時間卻被縮短了。在含有硅灰的三元和四元體系的料漿的時間被縮短的最多，證明是硅灰加速了料漿的凝固。

在Megat Johari[41]做的關于幾種輔助膠凝材料的研究中，發(fā)現(xiàn)硅灰不僅在后期膠凝水化過程中使樣品機械強度持續(xù)增大，而且在初期樣品的強度就已經(jīng)超過標樣強度。這一性質(zhì)彌補了一般輔助膠凝材料在初期強度較低的缺點。并且根據(jù)Hanehara[42]的研究表明，摻雜硅灰的混凝土中火山灰反應在3-4天齡期時就會開始。水泥水化產(chǎn)生的Ca(OH)2和硅灰反應，硅灰的存在加速了C3S的水化和形成CSH網(wǎng)絡[43][44]。同樣，硅灰的反應降低了混凝土的堿度，減弱了堿硅反應的程度。

2 輔助膠凝組分的發(fā)展展望

輔助膠凝組分的發(fā)展主要是依賴著火山灰效應的作用，但同時物理效應和填充效應的作用也必須考慮。在不久將來更多含活性硅的固體廢棄物會加入到輔助膠凝材料的行列，如偏高嶺土、建筑垃圾、廢舊大理石、稻殼灰和爐渣等。不同輔助膠凝材料的共摻可以將每種材料的特性如硅藻土的多孔結(jié)構(gòu)和礦渣的玻璃相等綜合應用，最終多元復摻體系的穩(wěn)定性使替代水泥的比例也將更大，直至徹底取代水泥，從而擺脫高耗能的水泥生產(chǎn)。選用的輔助膠凝材料的種類不同還會給成品帶來特有的功能性，如抗?jié)B，質(zhì)輕，低導熱等。輔助膠凝組分即火山灰質(zhì)材料在逐步替代水泥的同時，還必須考慮到耐久性，孔隙率、抗硫酸鹽侵蝕等性質(zhì)。隨著建筑行業(yè)對建筑材料的要求越來越嚴格、越來越功能化，建筑材料以后的開發(fā)方向也必須以此為基礎，以更高的機械強度，更顯著的功能性為目標，需要向諸如水下工程用建材、輕質(zhì)墻體保溫材料、墻體裝飾材料等新型建材領域邁進，真正實現(xiàn)固體廢棄物的循環(huán)利用。

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Advances in Supplementary Cementitious Materials for Concrete

ZHANG Zhen1, GAO Wenyuan1.2
(1.School of Textile and Material Engineering, Dalian Polytechnic University,Dalian Liaoning 116034; 2.Key Laboratory for Advanced Materials and Material Modif i cation of Liaoning Province, Dalian Liaoning 116034)

Exploiting the porous structure and active natural SiO2of diatomite, pozzolanic effect of fl y ash and slag, and silica fume which accelerating the hydration of cement, supplemented by the multiple mixing process of supplementary cementitious materials, new building cementitious materials which can replace cement on larger proportion have been produced, the recycling of solid waste has been achieved. After the formation of the multiple phase effect of multicomponent mixed, this prompt slurry has excellent workability and to increase the strength, durability and other properties for the samples. Different Supplementary cementitious materials can get the goal function, the largest proportion of the replacement on cement and reduce the production cost. But the slow growth of early strength needs to be improved. The focus of research work will be the types, proportions, physicochemical properties for the multi-mixture of different supplementary cementitious materials in the future.

pozzolanic effect; diatomite; slag; silica fume; fl y ash

TQ174.75

A

：1006-2874(2014)01-0033-07

2013-11-21 Received date: 2013-11-21

高文元，教授Correspondent author: GAO Wenyuan, Professor E-mail: dlgwy64@163.com