硫铝酸盐水泥在园林景观中的应用

2017/1/11
来源:建筑材料工业技术情报研究所 张钰 李长虹 何昌毓 齐冬有

核心提示:随着科技水平的提高,园林景观成为了人们享受的一部分。随着经济和社会的发展,以硫铝酸盐水泥为原料的塑石假山正在代替普通水泥为原料的假山,因硫铝酸盐水泥具有早强、高强、抗冻、抗渗、耐腐蚀和低碱度等优良特性,并且在造价方面和灵活性上都节省了很多人力和物力,真正达到了低碳、生态、环保的功效。

  摘要:随着科技水平的提高,园林景观成为了人们享受的一部分。随着经济和社会的发展,以硫铝酸盐水泥为原料的塑石假山正在代替普通水泥为原料的假山,因硫铝酸盐水泥具有早强、高强、抗冻、抗渗、耐腐蚀和低碱度等优良特性,并且在造价方面和灵活性上都节省了很多人力和物力,真正达到了低碳、生态、环保的功效。本文阐述了硫铝酸盐水泥自身的优异性能和目前塑石假山的现状及存在的问题,并分析了以硫铝酸盐水泥作为基础材料在园林景观中的应用及展望。

  关键词:硫铝酸盐水泥;塑石假山;塑泥

  1 前言

  经过近200多年的发展,水泥逐步形成了硅酸盐、铝酸盐、硫铝酸盐三大品种系列[1]。其中硅酸盐水泥是当今使用最为广泛的无机胶凝材料[2]。但是,硅酸盐水泥自身的性能和特点决定了它不能满足一些特殊工程的需要和施工新技术的需求,因此,世界各国都在研究和发展专用水泥及特种水泥。1975年,由我国原国家建材局局长王燕谋、原中国建筑材料科学研究院副院长苏慕珍等老一辈科学家研制硫铝酸盐水泥成功,于1982年和1987年分别获得国家发明二等奖[3]。该品种水泥具有优越快凝快硬、抗冻、抗腐蚀、抗裂、高强等特性,已广泛应用于各种工程建设中。

  2 硫铝酸盐水泥的特性及应用性能

  硫铝酸盐水泥与硅酸盐水泥的主要矿物成分不同,硫铝酸盐水泥熟料矿物主要是无水硫铝酸钙(3CaO·3Al2O3·CaSO4)、硅酸二钙(2CaO·SiO2)和铁相(2CaO·Fe2O3-6CaO·2Al2O3·Fe2O3)。无水硫铝酸钙具有较高的水化活性,能够快速水化并产生一定的体积膨胀。

  2.1硫铝酸盐水泥的优势特点

  硫铝酸盐水泥具有许多硅酸盐水泥所没有特殊性能,主要特性如下:

  (1)具有显著的节能减排特性

  硫铝酸盐水泥与硅酸盐水泥相比,石灰石配入量低20%左右,烧成温度低150℃左右,具有显著的碳排放低、能耗低的特点,对国家节能减排具有重大的意义。

  (2)具有高效利用工业废渣的特性

  改性硫铝酸盐水泥原料可以使用含有CaO、Al2O3、SiO2、SO3、Fe2O3等化学成分的工业废渣,如粉煤灰、煤矸石、赤泥、工业石膏等替代天然原料,能够有效的消纳和资源化利用工业废渣,这对解决我国大量工业废渣占用土地资源、污染环境、造成安全隐患等问题具有重大的意义,十分契合国家大力发展循环经济的政策。

  2.2 硫铝酸盐水泥的应用性能

  (1)具有良好的快凝快硬性能

  硫铝酸盐水泥可以根据使用需要来调整凝结硬化时间,使其能够在数分钟到数小时内达到需要的强度。十分适合城市道路、高速公路、机场等工程的快速抢修,极大的缩短封道时间,具有很好的社会经济效益。使用硫铝酸盐水泥制成的超高强灌浆材料应用于高速铁路盆式橡胶支座的灌浆,1~2小时即可达到设计强度,从而可以继续架设下一片桥梁,而使用普通水泥灌浆材料则需要24小时以上,使得架桥速度提高十多倍,在我国的高速铁路建设中发挥了重要的作用。

  (2)具有良好的抗冻性能

  普通水泥混凝土掺加防冻剂可以在0~-25℃下不结冰,但也无法硬化,而硫铝酸盐水泥混凝土可以在负温下正常硬化。在我国南极考察站长城站建设、哈大高速铁路冬季施工等工程中都起到了关键性作用。

  (3)具有良好的抗硫酸盐腐蚀性能

  硅酸盐水泥结构在海水中浸泡,强度会降低,严重时会降低至50%,掺加抗硫酸盐腐蚀剂后,会有较大程度的缓解,但仍然会降低,特别是在浪溅区硫酸盐腐蚀尤为严重,许多工程都需要在混凝土表面涂刷防腐层,增加了工程建设成本和维护使用成本。而硫铝酸盐水泥结构在海水中强度不降反而增长,目前试验结果表明,同比淡水养护,28天强度能够增长130%以上。这对提高我国海洋建筑结构的使用年限,节约社会资源具有重要的意义。

  (4)其他性能

  硫铝酸盐水泥具有低碱的特性,水化液相碱度低,对玻璃纤维腐蚀小,广泛应用于玻璃纤维增强混凝土。具有颜色浅的特性,可以通过调整彩色矿物的含量(微量),直接生产出白色、彩色水泥,可以广泛应用于装饰混凝土,仿石材等制品。

  3 塑石假山的种类及特点分析

  假山,是以造景游览为主要目的,充分结合其他多方面的功能作用,以自然山水为蓝本并加以艺术概括和提炼,以土、石等为材料,用人工再造的山水景物的通称[4]。自从2008年全国房地产市场的崛起,直接带动园林景观市场容量增大,同时近几年国家对树木和山体实施了保护,塑石假山、仿木产品市场容量逐渐提高,塑石假山仿木专用材料产业的发展前景相当可观。

  3.1 塑石假山的种类

  现代园林的塑石假山主要利用水泥、玻璃钢、GRC 等材料制成,包括水泥塑石假山和新型材料塑石假山2 大类。水泥塑石假山主要包括砖石骨架塑石假山和钢筋混凝土塑石假山2 大类[5],是现代园林中应用最早的形式。

  3.2 塑石假山的特点

  塑石假山和自然山石相比,有干枯、缺少生气等缺点。但塑石假山在园林造景中已逐渐替代自然山石假山,首先是因为自然石山在开采方面已经受到了国家政策的保护,其次塑石假山比自然山石制作的假山在造价方面也便宜很多,可以节省很多人力和物力,达到了“低碳”、“环保”的功效。

  除上述两个客观原因,塑石假山同时拥有一些特点是自然山石所不具备的。塑石假山是用雕塑艺术的手法仿造自然山石的一种园林工程。这种工艺是在继承发扬岭南庭园的山石景艺术和灰塑传统工艺的基础上发展起来的,具有用真石掇山、置石同样的功能。

  塑石假山的特点主要表现在以下五点:一是可以塑造出理想的园林建筑。塑石假山可以塑造出理想的艺术形象——雄伟、磅礴、富有力感的山石景,特别是能塑造难以采运和堆叠的巨型奇石。此外还可通过仿造,表现出黄腊石、英石、太湖石、钟乳石、千层石等不同石材所具有的风格。二是可以在非产石地区布置异地山石景。利用价格较低的材料,如砖、砂、水泥等,在不产石材地区布置异地山石景。三是施工灵活方便。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进入的地方,如室内花园、屋顶花园等,仍可塑造出壳体结构的、自重较轻的巨型山石。四是造型随意。塑石假山制作不受山石形状限制,可以预留位置栽培植物,进行绿化。五是塑石假山不仅仅体现在园林艺术方面,也充分体现在功能实用方面,如街头散置塑石、水厂塑石假山挡土墙等方面的实用功能[6]

  4塑石假山目前存在的问题

  塑石假山的出现,充分表现了其具有的生命力和艺术力。但是,普通水泥为原料的塑石假山不能很好的反映出自然山石的景观。一般施工单位使用配制的普通砂浆经常出现以下问题:①由于水泥塑石假山对施工人员的技术水平要求较高,在施工过程中,容易发生皲裂、开裂等现象,导致山体破坏,这严重影响了塑石假山的强度和观瞻[7]。产生裂缝的的原因主要有:内部结构的牢固程度不够,在水泥凝结过程中发生了局部沉陷,完成后的塑石没有及时浇水养护由干缩造成的裂缝。②易喷性差。使用喷枪喷射时,易发生堵管、堵枪的现象,采取人工刮抹,费时、费力,成本高。③易挂性差。喷射或刮抹时易产生回弹或流挂,需反复喷射或刮抹,费时、费料,增加成本。④施工环境受到室外温度的影响,低温下不能施工。⑤易褪色。水泥塑石假山长期暴露在露天环境中,容易发生褪色的现象。⑥表面返碱,影响美观。⑦凝结硬化时间不可控。⑧水分渗入面层,造成钢筋锈蚀,降低使用年限。普通水泥为原料的塑石假山出现的常见问题见图4.1。

图4.1

图4.1 普通水泥为原料的塑石假山出现的常见问题

  5对塑石假山所出现问题的解决办法

  与硅酸盐水泥不同,硫铝酸盐水泥具有早强、高强、抗冻、抗渗、耐腐蚀和低碱度等优良特性,生产能耗更低,生产中还能利用其它工业所不能利用的低品位原料和工业副产品,在实施循环经济和可持续发展战略中具有更大优势。“塑泥”即塑石假山(仿木)专用材料,是由建筑材料工业技术情报研究所与相关园林设计施工单位共同研究开发的特种干混沙浆系列产品之一,塑石假山底层专用料由复合抗裂胶凝材料、高强骨料、抗裂纤维、防水剂以及多种特殊功能添加剂制备而成,具有易喷、易挂、早强、抗冻、抗裂、防水、易施工等性能,解决了目前市场上塑石假山制做材料的不足和缺点。

  5.1塑泥的优点

  塑泥具有很好的抗裂性能、防水性能、防起碱性能以及易挂易喷等特性,已广泛应用于各种工程,见图2。

  (1)抗裂性能好

  塑泥从物理和化学两方面进行防裂、抗裂,可以显著提高水泥砂浆的强度。抗裂剂有效地解决了由表面光滑、不吸水而造成的表面抹灰困难和易开裂等问题,还可以大大减少砂浆的裂纹及空鼓现象的产生,增加砂浆强度,提高工程质量。

  (2)防水性能好

  塑泥面层硬化后具有疏水防水性能,类似荷叶防水的效果。水滴在面层表面呈球形,不会扩散,从而防止水分从混凝土孔隙中渗透进去,产生渗漏和钢筋锈蚀。

  (3)防起碱性能好

  塑泥面层硬化后,内部孔隙呈缩口状,孔隙多不连通,虹吸现象少,不易返碱。

  (4)防锈性

  塑泥主成分里含有防水剂,所以塑泥和钢筋接触面不会有水分入侵,钢筋就不会生锈,塑石假山整体主骨架不会被锈蚀而产生断裂,这样塑石假山的使用寿命可以达到上百年。

  (5)早期强度高,抗冻性能好

  塑石假山底层施工结束后,底层材料的硬化时间直接影响下一道工序的进行,影响着整体的施工进度。普通砂浆常温下凝结硬化时间大约需要一天,低温下会大幅度延长,负温下不能硬化。本产品根据需要,凝结硬化时间可调,施工结束后1~2小时就能凝结硬化,即可进行下道工序,冬季负温下也能正常施工。

  (6)颜色可调

  根据需要,可以制备成各种颜色,实现面层整体上色,不会因为表面剥落而掉色。

  (7)易用性、提高经济效益

  工程施工过程中主要成本组成就是由人、材、机构成,直接使用塑泥可以提高工人施工速度,减少了工人用量,加速了工程进度,提高了经济效益。

  (8)易喷性好

  塑泥改善了泵送性和剪切稀化性,降低水泥和砂粒之间的摩擦力,提高砂浆和膏体的润滑性、减少粘刀性,具有滑爽效应,使砂浆易于泵送;当剪切力克服屈服值后可降低砂浆的流动粘度,使泵送更方便,喷射性能好,提高输送效率,提高施工效率,减轻劳动强度,从而降低综合成本。

  (9)易挂性好

  塑泥提高了砂浆的稳定性和抗流挂性,克服在施工时砂浆下垂或者结团等负面作用,这使得一次性施工厚层砂浆而不会产生流挂或滑移现象(上钢丝网或者上墙提速一倍)。

  (10)低碳、生态、环保性

  塑泥的原材料可以把废弃的砂石重新利用,在接近封闭的条件下进行生产,使用专用包装袋运至现场,随时供施工单位使用。整个过程不仅降低了原材料的消耗、还减少了粉尘飞扬,对自然环境的保护起到了很好的作用。随着社会发展的需要,干混砂浆取代传统砂浆已是必然,其优异的操作性能,施工速度快,工人劳动强度低,现场扬尘少,有利工人身体健康,更符合我国“以人为本”的宗旨。

图2

图2 塑泥在塑石假山工程中的应用

  6结论

  建筑材料工业技术情报研究所和相关园林设计单位开展的硫铝酸盐水泥在园林景观中的研究,解决了普通水泥制作的塑石假山存在的问题,同时也很好的解决了市场要求与资源限制的矛盾,真正达到了“低碳”、“生态”、“环保”的要求,具有很好市场发展潜力。

  参考文献

  [1] 王燕谋, 苏慕珍, 张量 .硫铝酸盐水泥[M]. 北京: 北京工业大学出版社, 1999.

  [2] 向才旺.水泥应用[M]. 北京: 中国建材工业出版社, 1999: 1-2.

  [3]刁江京,辛志军,张秋英.硫铝酸盐水泥的生产与应用[M].北京:中国建材工业出版社,2006.8.

  [4] 孟兆祯,毛培琳,黄庆喜,等.园林工程[M].北京:中国林业出版社,1995:201。

  [5] 卜复鸣.人工塑石假山[J].花园与设计,2006(5):14-15。

  [6] 蒙士斋. 现代园林塑石假山设计理论探究[D]. 河北农业大学,2011.

  [7] 毛培琳.中国园林假山[M].北京:中国建筑工业出版社,2004:119.

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