2024-04-29 全国重大建筑工程中标项目统计周报
上周全国重大建筑工程中标项目统计周报（4.22~4.28）
凝石技术
2005/06/27 00:00
来源：上海蓝资科技
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1．凝石技术
1．1．凝石的涵义 ．
凝石技术是依据大地成岩理论和自然界相容原理，以主体和配体的二元组分设计和结构设计为核心，初步形成的硅铝基胶凝材料的理论体系与技术体系。凝石包括三个含义：凝石代表一套仿地成岩理论，凝石是凝结起来的石头，具有与大自然相容的组分和坚硬、耐久的类岩石性能，是对大地成岩仿真的实践；凝石又代表一种社会经济的绿色循环，凝石可以全面利用固体排放物，可以清洁生产，可以制备凝石水泥，凝石节省资源、节约能源、保护生态，是资源一能源一环境一材料领域良性循环的载体；凝石还代表一代新的建筑胶凝材料文明，人类建筑文明经历了千年的石灰“三合土”时代、百年的水泥“混凝土"时代，即将迎来可持续发展的第三代建筑胶凝材料文明。
1．2．基胶凝体系建立的意义
铝基胶凝材料的理论和技术体系是凝石技术的基础。硅铝基胶凝体系源于自然界客
观规律的启示。
按照地质矿物学理论，地壳本身就是由以铝硅酸盐体系为主的矿物构成的(见图1—1)。可见，铝硅质矿物约占地壳总量的3／4，资源“遍地都有”，并且经历了数以亿年计的耐久“考验”【l】。可见，“铝硅酸盐体系”意味着丰富的天然资源，类岩石物质具有稳定的物质结构。
图1 凝石与地壳各元素对比
火山灰常温常压下成岩变化在热力学上成立。地质学认为[2-3]，地壳上的岩石通过地质作用在不停转化之中，天然火山碎屑等物质受到具有化学活性的成岩流体作用，在常温、常压条件下通过沉积、变质过程，可转变成长期稳定存在的铝硅酸盐岩石，如沸石岩、砂岩等。
事实上，来自工业生产的大量高温工业固体排放物(如粉煤灰、水淬渣等)，正是人类在自觉不自觉地进行着火山成岩中“火山灰化”过程的物理模拟，制造了各种冠以“废弃物”为名的人造“火山灰”!这些人造“火山灰”是已储存了大量能量(潜能)的硅铝基介稳态物料，它们是研究发展硅铝基胶凝体系的廉价主体原料。
火山灰所形成岩石的岩性和物相与两部分因素直接相关：其一，与火山灰自身的化学组成和物相有关；其二，与火山灰成岩所遇的成岩介质条件(化学质、水质等)和环境条件(温度、压力等)有关。这一自然界规律为本研究所提出的“二元化"(主体和配体)匹配仿岩设计原则和硅铝基胶凝材料二元清洁制备模式在技术思路上提供了启示。
因此，不同于传统水泥的高钙基胶凝体系(如图2)，以仿地成岩理论为指导建立硅铝基胶凝体系，利用大量固体排放物作为凝石主体原料制备新型胶凝材料，对有效解决当今经济可持续发展所面临的资源短缺、生态危机、混凝土结构耐久性等问题具有重要的科学意义。
图2 各物料钙与硅铝之比[CaO/(SiO2+AL2O3)]
1．3．凝石技术现状
凝石具有凝胶和岩石双重特性，包括了“硅铝基胶凝体系"和“仿地成岩"双重内容。强化凝石固结过程的动力学条件是仿地成岩的凝石技术研究关键，目前工作主要从组分匹配原则、成岩过程系统功理论、紧密堆积规则和中性定则四方面进行研究。
凝石的物质构成是仿照天然岩石的化学构成设计的。凝石是由主体及配体两部分物料(二元)组成，要求两者相配能在常温条件下水化凝结成岩石。主体材料是选自具有高潜能非平衡态的非晶(微晶)化的物料(如粉煤灰、矿渣等)；配体材料的选用是根据岩石矿物化学组成，选择能使主体物料潜能发挥并与之相容成岩的复合活化成岩流体，配体是对主体形成岩石所缺成分的补充。凝石二元化仿地设计(如图3、图4)使胶凝材料湿制备的清洁生产模式得以实现。
图3 凝石二元匹配-仿地成岩设计
图4 高温固体排放物凝石化过程示意图
凝石与水泥成分及水化硬化机理不同(如表1)。图5是水泥混凝土与凝石混凝土断裂面对比实物图，可以看出水泥混凝土属于“界面断裂”，凝石混凝土属于“穿筋断裂”。凝石水化28天后的微观结构明显不同于水泥(如图6)，凝石水化后的结构呈微晶体状，很难分清楚产物的形貌；而水泥水化体中有明显的针状钙矾石、片状氢氧化钙等结晶水化物出现。
图5 水泥混凝土与凝石混凝土对比
图6 凝石与水泥电镜分析对比
凝石具有固砂固土，耐腐蚀，高强等特点。凝石B与水泥材料强度性能比较的试验结果如图7，可见凝石材料的抗折强度、抗压强度远高于52．5·普通水泥强度，凝石材料具有早强、高强及高的抗折强度等力学性能。凝石在酸、碱等侵蚀液中浸泡，随着时间增加，凝石材料的强度反而出现不同程度的增长(如图8)。凝石硬化体还具有良好的抗冻融性能(如图9)。
图7 凝石B与水泥材料强度性能比较
图8 凝石材料试件在侵蚀溶液中浸泡后强度与侵蚀时间的关系
图9 凝石B抗冻融试验
凝石材料先后在矿山、军事工程和抗洪抢险等特殊领域的开展了工程应用基础研究。凝石初级产品在加拿大最大的镍矿公司(INCO)进行井下充填试验，已经过6年的考验，如图lO(b)。在首钢建成重载试验路段(1O一50吨车通过频率为3．5辆／分钟)，与同路段水泥混凝土对比，抗断裂及抗磨情况优于水泥混凝土，如图lO(c)。某钢铁集团公司5．000米2储水池顶盖结构工程，自2004年7月开始建设，上面作为溜冰场已投入使用，各种指标良好，现正在观测当中，如图lO(a)。对应用凝石产品修建的厂房结构、设备基础和道路建设混凝土(凝石材料成岩剂为实验室配制，废渣粉为委托加工)的监测表明，28天强度达到设计等级，90天强度为设计等级的1．5倍，目前强度仍在增长。
a)凝石5000M3溜冰场
b)充填试验
c)凝石B路面试验
图10 凝石工程应用基础
凝石技术已进人中试阶段(如图11)。蓝博凝石材料有限公司年产30万吨凝石生产线已建成试生产，并已试产出8000吨建筑凝石和道路凝石成品；50万吨凝石生产线也正在紧张建设之中，年产5万吨特种凝石生产线已完成建设，即将进入试生产阶段。
30万吨凝石中试验
50万吨凝石生产线主体建筑
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