納米二氧化硅復(fù)合水泥的制備

　　1.項(xiàng)目背景
　　經(jīng)過10多年的研究，國內(nèi)外許多科研人員在陶瓷、涂料、無機(jī)抗菌劑等領(lǐng)域利用納米材料已經(jīng)取得了較好的研究成果，為納米技術(shù)在建材行業(yè)中的進(jìn)一步應(yīng)用奠定了堅(jiān)實(shí)基礎(chǔ)。借用納米技術(shù)在建材行業(yè)中應(yīng)用的經(jīng)驗(yàn)，利用納米礦粉改善水泥混凝土材料的微觀結(jié)構(gòu)，從而提高水泥材料的物理力學(xué)性能和耐久性，已成為一個(gè)值得探索的課題。2001年，葉青等人最早提出了納米復(fù)合水泥結(jié)構(gòu)材料的概念，探討了應(yīng)用納米技術(shù)對(duì)水泥材料進(jìn)行改性的問題，結(jié)果表明：納米SiO₂（二氧化硅）的火山灰活性遠(yuǎn)大于硅灰的火山灰活性，摻入納米SiO₂的水泥漿體流動(dòng)性變小、凝結(jié)時(shí)間縮短、早期強(qiáng)度顯著提高。陳榮升等人對(duì)此作了進(jìn)一步研究。摻納米S i O2能更有效、更迅速地吸收界面上富集的Ca（OH）₂（氫氧化鈣），降低Ca（OH）2的取向程度。這些結(jié)果均有利于界面結(jié)構(gòu)的改善和界面物理力學(xué)性能的提高。納米SiO₂由于其特殊的結(jié)構(gòu)層次，對(duì)許多材料（包括混凝土等）都具有改性作用，因而成為了建筑學(xué)界的新寵，被譽(yù)為是21世紀(jì)的高科技材料。

　　將少量納米S i O2摻入混凝土中，即可輕易制備出超高強(qiáng)度和超高耐久性的混凝土。目前，大量的研究結(jié)果都證明了納米Si O₂對(duì)水泥具有良好的改性作用，但基本都處于實(shí)驗(yàn)室研究階段。傳統(tǒng)的化學(xué)制備納米SiO₂成本很高，這在一定程度上限制了納米SiO₂在水泥材料中的使用。為此，山東宏藝科技股份有限公司組織相關(guān)人員完成了納米SiO₂復(fù)合水泥項(xiàng)目，通過微孔熱交換技術(shù)，在控溫條件下焚燒稻殼制得納米SiO₂，不但從根本上解決了納米SiO₂制備成本相對(duì)較高的難題，還可以實(shí)現(xiàn)焚燒熱的綜合利用。

　　綜上所述，通過焚燒稻殼制備納米SiO₂來改性水泥，具有其他技術(shù)不可比擬的優(yōu)越性，市場前景廣闊。利用該技術(shù)可開發(fā)出一系列的超高強(qiáng)度和超高耐久性的水泥材料，在滿足特殊工程建設(shè)需要的同時(shí)，還能夠?yàn)槠髽I(yè)帶來巨大的經(jīng)濟(jì)效益和社會(huì)效益。

　　2.研究內(nèi)容
　　納米SiO₂復(fù)合水泥項(xiàng)目是在農(nóng)業(yè)廢棄物稻殼中制得納米SiO₂，利用其超高的火山灰活性，對(duì)水泥材料進(jìn)行改性，制備納米復(fù)合水泥結(jié)構(gòu)材料。研究內(nèi)容如下：

　?。?）納米結(jié)構(gòu)的生物SiO₂的制取。稻殼中含有約20%無定型的SiO₂，通過生物礦化方式富集，以納米顆粒的形態(tài)存在。利用微孔熱交換技術(shù)，在≤600℃的環(huán)境下將稻殼進(jìn)行控溫焚燒制得納米SiO₂。稻殼是農(nóng)業(yè)廢棄物，價(jià)廉易得，具有燃點(diǎn)低、SiO2含量高的優(yōu)點(diǎn)。同時(shí)，稻殼是可再生資源，符合可持續(xù)發(fā)展的要求。用稻殼進(jìn)行控溫焚燒來制取納米SiO₂，既能節(jié)約成本、減少環(huán)境污染，也能替代部分能源，實(shí)現(xiàn)熱源的綜合利用。

　　（2）納米SiO₂在水泥材料中的分散。利用微分散技術(shù)，超聲振蕩分散納米SiO₂顆粒，在高速混樣器中進(jìn)行干混或制成溶膠由拌和水帶入樣品，使納米SiO₂充分、均勻地分散到水泥漿中或混凝土拌和物中。

　?。?）界面上富集的Ca（OH ）₂的吸收。納米SiO₂與3CaO ·SiO₂（硅酸三鈣）水化生成的Ca （OH）₂之間發(fā)生二次水化反應(yīng)。利用納米SiO₂吸收和降低水泥硬化漿體本體中的Ca（OH ）₂，以提高水泥硬化漿體的強(qiáng)度，特別是早期強(qiáng)度。

　　3.技術(shù)亮點(diǎn)
　?。?）對(duì)稻殼中以生物礦化方式富集的納米SiO₂的含量，進(jìn)行了大量的調(diào)研和準(zhǔn)確的測試。
　?。?）利用微孔熱交換技術(shù)，在≤600℃的環(huán)境下對(duì)稻殼進(jìn)行控制焚燒，進(jìn)行納米SiO₂的提取。
　?。?）利用微分散技術(shù)，將納米SiO₂顆粒均勻分散在水泥漿中。
　?。?）納米SiO₂有效吸收水泥硬化漿體大理石界面中所富集的Ca （OH ）₂，有效細(xì)化界面中的Ca （OH）₂晶粒。我們進(jìn)行系統(tǒng)的測試，并得出其作用效果的詳盡報(bào)告。
　?。?）納米SiO₂對(duì)水泥結(jié)構(gòu)界面的改善起到了積極的促進(jìn)作用。我們對(duì)其改善程度進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究和詳細(xì)的測試，得到了有效的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

　　4.總體評(píng)價(jià)
　　2009年12月22日，受山東省經(jīng)貿(mào)委委托，臨沂市經(jīng)貿(mào)委組織有關(guān)專家組成鑒定委員會(huì)，對(duì)山東宏藝科技股份有限公司完成的納米SiO₂復(fù)合水泥項(xiàng)目進(jìn)行了鑒定。會(huì)議聽取了產(chǎn)品研發(fā)人員的匯報(bào)，審查了有關(guān)資料，考察了生產(chǎn)現(xiàn)場，經(jīng)認(rèn)真討論和質(zhì)詢，形成如下意見：

　?。?）經(jīng)查新，國內(nèi)尚未見有與本項(xiàng)目研究成果相同的報(bào)道，屬國內(nèi)首創(chuàng)。