特種膠凝材料發(fā)展趨勢

隨著建筑產(chǎn)業(yè)的發(fā)展，特種膠凝材料需求趨旺。當前，中國特種膠凝材料國產(chǎn)化率較高，少部分依賴進口，但核心配置技術(shù)掌握較少，中國相關(guān)企業(yè)和研究院所正在積極攻關(guān)，并在一些領(lǐng)域有所突破。核相關(guān)建筑行業(yè)的對膠凝材料的性能要求會越來約嚴苛 ，這也是中國特種膠凝材料以后的出路所在。

特種膠凝材料主要有以下四種。

特種膠凝材料耐酸水泥

能抵抗強酸侵蝕的水泥。主要有水玻璃耐酸水泥、硫磺水泥和聚合物耐酸水泥。水玻璃耐酸水泥由鈉（或鉀）水玻璃、硬化劑與耐酸填料所組成。硬化劑通常用氟硅酸鈉。主要用作防腐設(shè)備內(nèi)襯，設(shè)備基礎(chǔ)及建筑物或構(gòu)筑物的耐酸防腐層，使用溫度可達800℃。硫磺水泥由硫磺、增韌劑與耐酸填料組成。增韌劑通常用聚硫橡膠或聚氯乙烯。主要用于聯(lián)結(jié)耐酸槽的襯砌、制作防腐地面以及固定設(shè)備基礎(chǔ)的預(yù)埋件等。聚合物耐酸水泥由合成樹脂、固化劑、增韌劑與耐酸填料等組成。所用合成樹脂有環(huán)氧、酚醛與不飽和聚酯等。其固體的耐酸性好，但價格較高，主要用于結(jié)合層、嵌縫、修補、密封及設(shè)備基礎(chǔ)覆面等。

特種膠凝材料防輻射水泥

用于制備防輻射的混凝土。有鋇水泥、鍶水泥和含硼水泥等。鋇水泥的主要原料是重晶石與黏土，經(jīng)燒結(jié)生成以硅酸三鋇為主的熟料，再加適量石膏共同磨細而成。其密度高于普通硅酸鹽水泥，可與重質(zhì)集料配制成防γ射線與X射線的混凝土。因其熱穩(wěn)定性較差，只適于制作不受熱防護墻、儲源室、活動防護屏等，以及原子反應(yīng)堆外殼低溫部位。鍶水泥的主要原料是碳酸鍶與黏土，經(jīng)燒結(jié)生成以硅酸三鍶為主的熟料，加適量石膏共同磨細而成。其密度高于普通硅酸鹽水泥，可與重質(zhì)集料配制成防γ射線與X射線的混凝土，但防射線性能較鋇水泥稍差。硼水泥是由高鋁水泥熟料，經(jīng)800～1?000℃煅燒過的硼鎂石和硬石膏共同粉磨制成的。由于組分中含有一定量的三氧化二硼和較多的結(jié)晶水，故對快中子的慢化、熱中子的吸收和減少以及γ射線輻射的俘獲有明顯的效果。可與含硼集料、重質(zhì)集料配制成防混合輻射（γ射線和中子）的混凝土，適用于核反應(yīng)堆、粒子加速器和防原子輻射的工程等。

特種膠凝材料磷酸鹽膠結(jié)料

由特定的磷酸或磷酸鹽溶液與各種集料所組成的特種膠凝材料。磷酸鹽溶液在其中起膠結(jié)劑的作用，可用磷酸鋁、磷酸鎂、磷酸鋅或聚磷酸鈉等溶液。此種膠結(jié)料既同水泥一樣有可塑性、膠結(jié)性與凝固性，又同高溫陶瓷一樣有高的耐火度、熱穩(wěn)定性和荷載軟化溫度等。由磷酸鋁或磷酸鎂溶液與耐火集料（鋁質(zhì)、硅質(zhì)等）組成的膠結(jié)料可用于冶金、石化、電力、建材和國防工業(yè)中制作耐火混凝土和耐火膠泥等。由磷酸鉀鹽溶液與氧化鎂粉末所組成的膠結(jié)料可用于包裹與穩(wěn)定核廢料。由氧化鋅為主要成分的原料，經(jīng)煅燒后磨細，加入適量的磷酸鹽溶液，可調(diào)制成補牙膠結(jié)料，具有優(yōu)良的黏結(jié)性和速凝性。

特種膠凝材料堿激活水泥

由某些超細的火山灰材料（如礦渣、硅灰與粉煤灰等）與堿性激發(fā)劑（如苛性鈉、非硅酸的弱酸鹽、硅酸鹽水泥或高鋁水泥、硫酸鈉或明礬等）配制而成。具有凝結(jié)硬化快、強度高、抗?jié)B性與抗凍性好及耐腐蝕性強等優(yōu)點?？捎糜谥谱髂透g的制品與構(gòu)件。

根據(jù)化學組成的不同，膠凝材料可分為無機與有機兩大類。石灰、石膏、水泥等工地上俗稱為“灰”的建筑材料屬于無機膠凝材料；而瀝青、天然或合成樹脂等屬于有機膠凝材料。

無機膠凝材料按其硬化條件的不同又可分為氣硬性和水硬性兩類。

1、水硬性膠凝材料

和水成漿后，既能在空氣中硬化，又能在水中硬化、保持和繼續(xù)發(fā)展其強度的稱水硬性膠凝材料。這類材料通稱為水泥，如硅酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥、硫鋁酸鹽水泥等。

2、氣硬性膠凝材料

非水硬性膠凝材料的一種。只能在空氣中硬化，也只能在空氣中保持和發(fā)展其強度的稱氣硬性膠凝材料，如石灰、石膏和水玻璃等；氣硬性膠凝材料一般只適用于干燥環(huán)境中，而不宜用于潮濕環(huán)境，更不可用于水中。

膠凝材料水玻璃

無色正交雙錐結(jié)晶或白色至灰白色塊狀物或粉末。能風化。在100℃時失去6分子結(jié)晶水。易溶于水，溶于稀氫氧化鈉溶液，不溶于乙醇和酸。熔點40～ 48℃。低毒，半數(shù)致死量(大鼠，經(jīng)口)1280mg/kg(無結(jié)晶水)。

用途：

水玻璃的用途非常廣泛，幾乎遍及國民經(jīng)濟的各個部門。在化工系統(tǒng)被用來制造硅膠、白炭黑、沸石分子篩、五水偏硅酸鈉、硅溶膠、層硅及速溶粉狀硅酸鈉、硅酸鉀鈉等各種硅酸鹽類產(chǎn)品，是硅化合物的基本原料。在經(jīng)濟發(fā)達國家，以硅酸鈉為原料的深加工系列產(chǎn)品已發(fā)展到50余種，有些已應(yīng)用于高、精、尖科技領(lǐng)域；在輕工業(yè)中是洗衣粉、肥皂等洗滌劑中不可缺少的原料，也是水質(zhì)軟化劑、助沉劑；在紡織工業(yè)中用于助染、漂白和漿紗；在機械行業(yè)中廣泛用于鑄造、砂輪制造和金屬防腐劑等；在建筑行業(yè)中用于制造快干水泥、耐酸水泥防水油、土壤固化劑、耐火材料等；在農(nóng)業(yè)方面可制造硅素肥料；另外用作石油催化裂化的硅鋁催化劑、肥皂的填料、瓦楞紙的膠粘劑、實驗室坩堝等耐高溫材料、金屬防腐劑、水軟化劑、洗滌劑助劑、耐火材料和陶瓷原料、紡織品的漂、染和漿料、礦山選礦、防水、堵漏、木材防火、食品防腐以及制膠粘劑等。

膠凝材料石灰

石灰一種以氧化鈣為主要成分的氣硬性無機膠凝材料。石灰是用石灰石、白云石、白堊、貝殼等碳酸鈣含量高的原料，經(jīng)900～1100℃煅燒而成。石灰是人類最早應(yīng)用的膠凝材料。石灰在土木工程中應(yīng)用范圍很廣，在我國還可用在醫(yī)藥用途。為此，古代流傳下以石灰為題材的詩詞，千古吟頌。

石灰粒子形成氫氧化鈣膠體結(jié)構(gòu)，顆粒極細(粒徑約為1μm)，比表面積很大(達10～30 m2/g)，其表面吸附一層較厚的水膜，可吸附大量的水，因而有較強保持水分的能力，即保水性好。將它摻入水泥砂漿中，配成混合砂漿，可顯著提高砂漿的和易性。

石灰依靠干燥結(jié)晶以及碳化作用而硬化，由于空氣中的二氧化碳含量低，且碳化后形成的碳酸鈣硬殼阻止二氧化碳向內(nèi)部滲透，也妨礙水分向外蒸發(fā)，因而硬化緩慢，硬化后的強度也不高，1：3的石灰砂漿28 d的抗壓強度只有0.2～0.5 MPa。在處于潮濕環(huán)境時，石灰中的水分不蒸發(fā)，二氧化碳也無法滲入，硬化將停止；加上氫氧化鈣易溶于水，已硬化的石灰遇水還會溶解潰散。因此，石灰不宜在長期潮濕和受水浸泡的環(huán)境中使用。

石灰在硬化過程中，要蒸發(fā)掉大量的水分，引起體積顯著收縮，易出現(xiàn)干縮裂縫。所以，石灰不宜單獨使用，一般要摻入砂、紙筋、麻刀等材料，以減少收縮，增加抗拉強度，并能節(jié)約石灰。

石灰具有較強的堿性，在常溫下，能與玻璃態(tài)的活性氧化硅或活性氧化鋁反應(yīng)，生成有水硬性的產(chǎn)物，產(chǎn)生膠結(jié)。因此，石灰還是建筑材料工業(yè)中重要的原材料。

膠凝材料石膏

石膏膠凝材料是一種以硫酸鈣（CaSO4）為主要成分的氣硬性無機膠凝材料。其品種主要有建筑石膏、高強石膏、粉刷石膏、無水石膏水泥、高溫煅燒石膏等。其中，以半水石膏（CaSO4·1/2H2O）為主要成分的建筑石膏和高強石膏在建筑工程中應(yīng)用較多，最常用的是建筑石膏。

建筑石膏是以β型半水石膏β-CaSO4·1/2H2O）為主要成分，不添加任何外加劑的粉狀膠結(jié)料，主要用于制作石膏建筑制品。建筑石膏色白，雜質(zhì)含量很少，粒度很細，亦稱型石膏，也是制作裝飾制品的主要原料。由于建筑石膏顆粒較細，比表面積較大，故拌合時需水量較大，因而強度較低。

建筑石膏的技術(shù)性質(zhì)

1.凝結(jié)硬化快。石膏漿體的初凝和終凝時間都很短，一般初凝時間為幾分鐘至十幾分鐘，終凝時間在半小時以內(nèi)，大約一星期左右完全硬化。為滿足施工要求，需要加入緩凝劑，如硼砂、酒石酸鉀鈉、檸檬酸、聚乙烯醇、石灰活化骨膠或皮膠等。

2.硬化時體積微膨脹。石膏漿體凝結(jié)硬化時不像石灰、水泥那樣出現(xiàn)收縮，反而略有膨脹（膨脹率約為1%），使石膏硬化體表面光滑飽滿，可制作出紋理細致的浮雕花飾。

3.硬化后孔隙率高。石膏漿體硬化后內(nèi)部孔隙率可達50～60%，因而石膏制品具有表觀密度較小、強度較低、導(dǎo)熱系數(shù)小、吸聲性強、吸濕性大、可調(diào)節(jié)室內(nèi)溫度和濕度的特點。

4.防火性能好。石膏制品在遇火災(zāi)時，二水石膏將脫出結(jié)晶水，吸熱蒸發(fā)，并在制品表面形成蒸汽幕和脫水物隔熱層，可有效減少火焰對內(nèi)部結(jié)構(gòu)的危害。建筑石膏制品在防火的同時自身也會遭到損壞，而且石膏制品也不宜長期用于靠近65℃以上高溫的部位，以免二水石膏在此溫度下失去結(jié)晶水，從而失去強度。

5.耐水性和抗凍性差。建筑石膏硬化體的吸濕性強，吸收的水分會減弱石膏晶粒間的結(jié)合力，使強度顯著降低；若長期浸水，還會因二水石膏晶體逐漸溶解而導(dǎo)致破壞石膏制品吸水飽和后受凍，會因孔隙中水分結(jié)晶膨脹而破壞。所以，石膏制品的耐水性和抗凍性較差，不宜用于潮濕部位。為提高其耐水性，可加入適量的水泥、礦渣等水硬性材料，也可加入有機防水劑等，可改善石膏制品的孔隙狀態(tài)或使孔壁具有憎水性。

氣硬性膠凝材料是非水硬性膠凝材料的一種。

非水硬性膠凝材料的一種。只能在空氣中硬化，也只能在空氣中保持和發(fā)展其強度的稱氣硬性膠凝材料，如石灰、石膏、菱苫土和水玻璃等；氣硬性膠凝材料一般只適用于干燥環(huán)境中，而不宜用于潮濕環(huán)境，更不可用于水中。

氣硬性膠凝材料只能在空氣中硬化并保持或維持提高其強度的膠凝材料。