基于反向填充制備低碳水泥基材料

韓保東，劉 陽，魏士華，鄭克仁

(中南大學(xué)土木工程學(xué)院，長沙 410075)

0 引 言

硅酸鹽水泥是目前使用最廣泛的人工材料。2018年全球的水泥產(chǎn)量高達41億噸[1]，中國水泥產(chǎn)量約占世界總產(chǎn)量的一半。生產(chǎn)1 t水泥約排放1 t二氧化碳，水泥生產(chǎn)排放的二氧化碳達到總二氧化碳排放量的6%～10%[2-3]。為了減少水泥碳排放對環(huán)境造成的不利影響，實現(xiàn)水泥產(chǎn)業(yè)可持續(xù)發(fā)展，研究人員應(yīng)致力于水泥基材料的高性能化與低碳化[4]。目前，減小水泥、混凝土行業(yè)碳排放的主要途徑有兩條：(1)減少水泥用量；(2)提高水泥使用效率[5]。減少水泥用量主要是采用輔助膠凝材料(粉煤灰、磨碎的高爐礦渣和煅燒粘土等)或填料(石灰石粉等)替代部分水泥熟料。提高水泥使用效率的方法則包括提高混凝土結(jié)構(gòu)或構(gòu)件的強度等級，改善水泥基材料耐久性以減少總體材料消耗。

迄今為止，基于顆粒緊密堆積理論已開發(fā)出多種高強度水泥基材料，如高致密水泥基均勻體系(Densified with Small Particles，DSP)[6]，活性粉末混凝土(Reactive Powder Concrete，RPC)[7]，超高性能混凝土(Ultra-High Performance Concrete，UHPC)[8-9]等。如圖1(a)所示，這些材料中水泥顆粒形成堆積體系的主體部分，超細顆粒填充水泥顆粒間空隙以提高體系的堆積密實度。這些超細粉體包括粉煤灰、硅灰等活性材料或者石灰石粉、石英粉等惰性填料。這類水泥基材料的特點是堆積密實度高，水灰比小，水泥水化程度低。以UHPC為例，其水固比為0.14～0.20，水泥水化程度僅為30%～40%[10]，大部分水泥未能充分水化，僅僅起到填料的作用，水泥使用效率很低。

為了提高水泥使用效率，減少水泥用量，研究提出了基于反向填充達到緊密堆積的設(shè)想。……