硫鋁酸鹽水泥在園林景觀中的應(yīng)用

  摘要：隨著科技水平的提高，園林景觀成為了人們享受的一部分。隨著經(jīng)濟和社會的發(fā)展，以硫鋁酸鹽水泥為原料的塑石假山正在代替普通水泥為原料的假山，因硫鋁酸鹽水泥具有早強、高強、抗凍、抗?jié)B、耐腐蝕和低堿度等優(yōu)良特性,并且在造價方面和靈活性上都節(jié)省了很多人力和物力，真正達到了低碳、生態(tài)、環(huán)保的功效。本文闡述了硫鋁酸鹽水泥自身的優(yōu)異性能和目前塑石假山的現(xiàn)狀及存在的問題，并分析了以硫鋁酸鹽水泥作為基礎(chǔ)材料在園林景觀中的應(yīng)用及展望。

  關(guān)鍵詞：硫鋁酸鹽水泥；塑石假山；塑泥

  1 前言

  經(jīng)過近200多年的發(fā)展，水泥逐步形成了硅酸鹽、鋁酸鹽、硫鋁酸鹽三大品種系列^[1]。其中硅酸鹽水泥是當(dāng)今使用最為廣泛的無機膠凝材料^[2]。但是，硅酸鹽水泥自身的性能和特點決定了它不能滿足一些特殊工程的需要和施工新技術(shù)的需求，因此，世界各國都在研究和發(fā)展專用水泥及特種水泥。1975年，由我國原國家建材局局長王燕謀、原中國建筑材料科學(xué)研究院副院長蘇慕珍等老一輩科學(xué)家研制硫鋁酸鹽水泥成功，于1982年和1987年分別獲得國家發(fā)明二等獎^[3]。該品種水泥具有優(yōu)越快凝快硬、抗凍、抗腐蝕、抗裂、高強等特性，已廣泛應(yīng)用于各種工程建設(shè)中。

  2 硫鋁酸鹽水泥的特性及應(yīng)用性能

  硫鋁酸鹽水泥與硅酸鹽水泥的主要礦物成分不同，硫鋁酸鹽水泥熟料礦物主要是無水硫鋁酸鈣（3CaO·3Al2O₃·CaSO₄）、硅酸二鈣(2CaO·SiO₂)和鐵相(2CaO·Fe₂O₃-6CaO·2Al2O₃·Fe₂O₃)。無水硫鋁酸鈣具有較高的水化活性，能夠快速水化并產(chǎn)生一定的體積膨脹。

  2.1硫鋁酸鹽水泥的優(yōu)勢特點

  硫鋁酸鹽水泥具有許多硅酸鹽水泥所沒有特殊性能，主要特性如下：

  （1）具有顯著的節(jié)能減排特性

  硫鋁酸鹽水泥與硅酸鹽水泥相比，石灰石配入量低20%左右，燒成溫度低150℃左右，具有顯著的碳排放低、能耗低的特點，對國家節(jié)能減排具有重大的意義。

  （2）具有高效利用工業(yè)廢渣的特性

  改性硫鋁酸鹽水泥原料可以使用含有CaO、Al2O₃、SiO₂、SO₃、Fe₂O₃等化學(xué)成分的工業(yè)廢渣，如粉煤灰、煤矸石、赤泥、工業(yè)石膏等替代天然原料，能夠有效的消納和資源化利用工業(yè)廢渣，這對解決我國大量工業(yè)廢渣占用土地資源、污染環(huán)境、造成安全隱患等問題具有重大的意義，十分契合國家大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟的政策。

  2.2 硫鋁酸鹽水泥的應(yīng)用性能

  （1）具有良好的快凝快硬性能

  硫鋁酸鹽水泥可以根據(jù)使用需要來調(diào)整凝結(jié)硬化時間，使其能夠在數(shù)分鐘到數(shù)小時內(nèi)達到需要的強度。十分適合城市道路、高速公路、機場等工程的快速搶修，極大的縮短封道時間，具有很好的社會經(jīng)濟效益。使用硫鋁酸鹽水泥制成的超高強灌漿材料應(yīng)用于高速鐵路盆式橡膠支座的灌漿，1~2小時即可達到設(shè)計強度，從而可以繼續(xù)架設(shè)下一片橋梁，而使用普通水泥灌漿材料則需要24小時以上，使得架橋速度提高十多倍，在我國的高速鐵路建設(shè)中發(fā)揮了重要的作用。

  （2）具有良好的抗凍性能

  普通水泥混凝土摻加防凍劑可以在0~-25℃下不結(jié)冰，但也無法硬化，而硫鋁酸鹽水泥混凝土可以在負(fù)溫下正常硬化。在我國南極考察站長城站建設(shè)、哈大高速鐵路冬季施工等工程中都起到了關(guān)鍵性作用。

  （3）具有良好的抗硫酸鹽腐蝕性能

  硅酸鹽水泥結(jié)構(gòu)在海水中浸泡，強度會降低，嚴(yán)重時會降低至50%，摻加抗硫酸鹽腐蝕劑后，會有較大程度的緩解，但仍然會降低，特別是在浪濺區(qū)硫酸鹽腐蝕尤為嚴(yán)重，許多工程都需要在混凝土表面涂刷防腐層，增加了工程建設(shè)成本和維護使用成本。而硫鋁酸鹽水泥結(jié)構(gòu)在海水中強度不降反而增長，目前試驗結(jié)果表明，同比淡水養(yǎng)護，28天強度能夠增長130%以上。這對提高我國海洋建筑結(jié)構(gòu)的使用年限，節(jié)約社會資源具有重要的意義。

  （4）其他性能

  硫鋁酸鹽水泥具有低堿的特性，水化液相堿度低，對玻璃纖維腐蝕小，廣泛應(yīng)用于玻璃纖維增強混凝土。具有顏色淺的特性，可以通過調(diào)整彩色礦物的含量（微量），直接生產(chǎn)出白色、彩色水泥，可以廣泛應(yīng)用于裝飾混凝土，仿石材等制品。

  3 塑石假山的種類及特點分析

  假山，是以造景游覽為主要目的，充分結(jié)合其他多方面的功能作用，以自然山水為藍本并加以藝術(shù)概括和提煉，以土、石等為材料，用人工再造的山水景物的通稱^[4]。自從2008年全國房地產(chǎn)市場的崛起，直接帶動園林景觀市場容量增大，同時近幾年國家對樹木和山體實施了保護，塑石假山、仿木產(chǎn)品市場容量逐漸提高，塑石假山仿木專用材料產(chǎn)業(yè)的發(fā)展前景相當(dāng)可觀。

  3.1 塑石假山的種類

  現(xiàn)代園林的塑石假山主要利用水泥、玻璃鋼、GRC 等材料制成，包括水泥塑石假山和新型材料塑石假山2 大類。水泥塑石假山主要包括磚石骨架塑石假山和鋼筋混凝土塑石假山2 大類^[5]，是現(xiàn)代園林中應(yīng)用最早的形式。

  3.2 塑石假山的特點

  塑石假山和自然山石相比，有干枯、缺少生氣等缺點。但塑石假山在園林造景中已逐漸替代自然山石假山，首先是因為自然石山在開采方面已經(jīng)受到了國家政策的保護，其次塑石假山比自然山石制作的假山在造價方面也便宜很多，可以節(jié)省很多人力和物力，達到了“低碳”、“環(huán)?！钡墓π?。

  除上述兩個客觀原因，塑石假山同時擁有一些特點是自然山石所不具備的。塑石假山是用雕塑藝術(shù)的手法仿造自然山石的一種園林工程。這種工藝是在繼承發(fā)揚嶺南庭園的山石景藝術(shù)和灰塑傳統(tǒng)工藝的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，具有用真石掇山、置石同樣的功能。

  塑石假山的特點主要表現(xiàn)在以下五點：一是可以塑造出理想的園林建筑。塑石假山可以塑造出理想的藝術(shù)形象——雄偉、磅礴、富有力感的山石景，特別是能塑造難以采運和堆疊的巨型奇石。此外還可通過仿造，表現(xiàn)出黃臘石、英石、太湖石、鐘乳石、千層石等不同石材所具有的風(fēng)格。二是可以在非產(chǎn)石地區(qū)布置異地山石景。利用價格較低的材料，如磚、砂、水泥等，在不產(chǎn)石材地區(qū)布置異地山石景。三是施工靈活方便。塑石假山施工不受地形、地物限制，在重量很大的巨型山石不宜進入的地方，如室內(nèi)花園、屋頂花園等，仍可塑造出殼體結(jié)構(gòu)的、自重較輕的巨型山石。四是造型隨意。塑石假山制作不受山石形狀限制，可以預(yù)留位置栽培植物，進行綠化。五是塑石假山不僅僅體現(xiàn)在園林藝術(shù)方面，也充分體現(xiàn)在功能實用方面，如街頭散置塑石、水廠塑石假山擋土墻等方面的實用功能^[6]

  4塑石假山目前存在的問題

  塑石假山的出現(xiàn)，充分表現(xiàn)了其具有的生命力和藝術(shù)力。但是，普通水泥為原料的塑石假山不能很好的反映出自然山石的景觀。一般施工單位使用配制的普通砂漿經(jīng)常出現(xiàn)以下問題：①由于水泥塑石假山對施工人員的技術(shù)水平要求較高，在施工過程中，容易發(fā)生皸裂、開裂等現(xiàn)象，導(dǎo)致山體破壞，這嚴(yán)重影響了塑石假山的強度和觀瞻[7]。產(chǎn)生裂縫的的原因主要有：內(nèi)部結(jié)構(gòu)的牢固程度不夠，在水泥凝結(jié)過程中發(fā)生了局部沉陷，完成后的塑石沒有及時澆水養(yǎng)護由干縮造成的裂縫。②易噴性差。使用噴槍噴射時，易發(fā)生堵管、堵槍的現(xiàn)象，采取人工刮抹，費時、費力，成本高。③易掛性差。噴射或刮抹時易產(chǎn)生回彈或流掛，需反復(fù)噴射或刮抹，費時、費料，增加成本。④施工環(huán)境受到室外溫度的影響，低溫下不能施工。⑤易褪色。水泥塑石假山長期暴露在露天環(huán)境中，容易發(fā)生褪色的現(xiàn)象。⑥表面返堿，影響美觀。⑦凝結(jié)硬化時間不可控。⑧水分滲入面層，造成鋼筋銹蝕，降低使用年限。普通水泥為原料的塑石假山出現(xiàn)的常見問題見圖4.1。

圖4.1 普通水泥為原料的塑石假山出現(xiàn)的常見問題

  5對塑石假山所出現(xiàn)問題的解決辦法

  與硅酸鹽水泥不同，硫鋁酸鹽水泥具有早強、高強、抗凍、抗?jié)B、耐腐蝕和低堿度等優(yōu)良特性，生產(chǎn)能耗更低，生產(chǎn)中還能利用其它工業(yè)所不能利用的低品位原料和工業(yè)副產(chǎn)品，在實施循環(huán)經(jīng)濟和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中具有更大優(yōu)勢?！八苣唷奔此苁偕剑ǚ履荆Ｓ貌牧?，是由建筑材料工業(yè)技術(shù)情報研究所與相關(guān)園林設(shè)計施工單位共同研究開發(fā)的特種干混沙漿系列產(chǎn)品之一，塑石假山底層專用料由復(fù)合抗裂膠凝材料、高強骨料、抗裂纖維、防水劑以及多種特殊功能添加劑制備而成，具有易噴、易掛、早強、抗凍、抗裂、防水、易施工等性能，解決了目前市場上塑石假山制做材料的不足和缺點。

  5.1塑泥的優(yōu)點

  塑泥具有很好的抗裂性能、防水性能、防起堿性能以及易掛易噴等特性，已廣泛應(yīng)用于各種工程，見圖2。

  （1）抗裂性能好

  塑泥從物理和化學(xué)兩方面進行防裂、抗裂，可以顯著提高水泥砂漿的強度?？沽褎┯行У亟鉀Q了由表面光滑、不吸水而造成的表面抹灰困難和易開裂等問題，還可以大大減少砂漿的裂紋及空鼓現(xiàn)象的產(chǎn)生，增加砂漿強度，提高工程質(zhì)量。

  （2）防水性能好

  塑泥面層硬化后具有疏水防水性能，類似荷葉防水的效果。水滴在面層表面呈球形，不會擴散，從而防止水分從混凝土孔隙中滲透進去，產(chǎn)生滲漏和鋼筋銹蝕。

  （3）防起堿性能好

  塑泥面層硬化后，內(nèi)部孔隙呈縮口狀，孔隙多不連通，虹吸現(xiàn)象少，不易返堿。

  （4）防銹性

  塑泥主成分里含有防水劑，所以塑泥和鋼筋接觸面不會有水分入侵，鋼筋就不會生銹，塑石假山整體主骨架不會被銹蝕而產(chǎn)生斷裂，這樣塑石假山的使用壽命可以達到上百年。

  （5）早期強度高，抗凍性能好

  塑石假山底層施工結(jié)束后，底層材料的硬化時間直接影響下一道工序的進行，影響著整體的施工進度。普通砂漿常溫下凝結(jié)硬化時間大約需要一天，低溫下會大幅度延長，負(fù)溫下不能硬化。本產(chǎn)品根據(jù)需要，凝結(jié)硬化時間可調(diào)，施工結(jié)束后1~2小時就能凝結(jié)硬化，即可進行下道工序，冬季負(fù)溫下也能正常施工。

  （6）顏色可調(diào)

  根據(jù)需要，可以制備成各種顏色，實現(xiàn)面層整體上色，不會因為表面剝落而掉色。

  （7）易用性、提高經(jīng)濟效益

  工程施工過程中主要成本組成就是由人、材、機構(gòu)成，直接使用塑泥可以提高工人施工速度，減少了工人用量，加速了工程進度，提高了經(jīng)濟效益。

  （8）易噴性好

  塑泥改善了泵送性和剪切稀化性，降低水泥和砂粒之間的摩擦力，提高砂漿和膏體的潤滑性、減少粘刀性，具有滑爽效應(yīng)，使砂漿易于泵送；當(dāng)剪切力克服屈服值后可降低砂漿的流動粘度，使泵送更方便，噴射性能好，提高輸送效率，提高施工效率，減輕勞動強度，從而降低綜合成本。

  （9）易掛性好

  塑泥提高了砂漿的穩(wěn)定性和抗流掛性，克服在施工時砂漿下垂或者結(jié)團等負(fù)面作用，這使得一次性施工厚層砂漿而不會產(chǎn)生流掛或滑移現(xiàn)象(上鋼絲網(wǎng)或者上墻提速一倍)。

  （10）低碳、生態(tài)、環(huán)保性

  塑泥的原材料可以把廢棄的砂石重新利用，在接近封閉的條件下進行生產(chǎn)，使用專用包裝袋運至現(xiàn)場，隨時供施工單位使用。整個過程不僅降低了原材料的消耗、還減少了粉塵飛揚，對自然環(huán)境的保護起到了很好的作用。隨著社會發(fā)展的需要，干混砂漿取代傳統(tǒng)砂漿已是必然，其優(yōu)異的操作性能，施工速度快，工人勞動強度低，現(xiàn)場揚塵少，有利工人身體健康，更符合我國“以人為本”的宗旨。

圖2 塑泥在塑石假山工程中的應(yīng)用

  6結(jié)論

  建筑材料工業(yè)技術(shù)情報研究所和相關(guān)園林設(shè)計單位開展的硫鋁酸鹽水泥在園林景觀中的研究，解決了普通水泥制作的塑石假山存在的問題，同時也很好的解決了市場要求與資源限制的矛盾，真正達到了“低碳”、“生態(tài)”、“環(huán)?！钡囊?，具有很好市場發(fā)展?jié)摿Α?

  參考文獻

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