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(jì)和社會(huì)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(qiáng)、高強(qiáng)、抗凍、抗?jié)B、耐腐蝕和低堿度等優(yōu)良特性,并且在造價(jià)方面和靈活性上都節(jié)省了很多人力和物力，真正達(dá)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(wèn)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(guò)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(wú)機(jī)膠凝材料^[2]。但是，硅酸鹽水泥自身的性能和特點(diǎn)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(guó)都在研究和發(fā)展專用水泥及特種水泥。1975年，由我國(guó)原國(guó)家建材局局長(zhǎng)王燕謀、原中國(guó)建筑材料科學(xué)研究院副院長(zhǎng)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(guó)家發(fā)明二等獎(jiǎng)^[3]。該品種水泥具有優(yōu)越快凝快硬、抗凍、抗腐蝕、抗裂、高強(qiáng)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(wú)水硫鋁酸鈣（3CaO·3Al2O₃·CaSO₄）、硅酸二鈣(2CaO·SiO₂)和鐵相(2CaO·Fe₂O₃-6CaO·2Al2O₃·Fe₂O₃)。無(wú)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(shì)特點(diǎn)

  硫鋁酸鹽水泥具有許多硅酸鹽水泥所沒(méi)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(diǎn)，對(duì)國(guó)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(duì)解決我國(guó)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(wèn)題具有重大的意義，十分契合國(guó)家大力發(fā)展循環(huán)經(jīng)濟(jì)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(lái)調(diào)整凝結(jié)硬化時(shí)間，使其能夠在數(shù)分鐘到數(shù)小時(shí)內(nèi)達(dá)到需要的強(qiáng)度。十分適合城市道路、高速公路、機(jī)場(chǎng)等工程的快速搶修，極大的縮短封道時(shí)間，具有很好的社會(huì)經(jīng)濟(jì)效益。使用硫鋁酸鹽水泥制成的超高強(qiáng)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(shí)即可達(dá)到設(shè)計(jì)強(qiáng)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(shí)以上，使得架橋速度提高十多倍，在我國(guó)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(wú)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(guó)南極考察站長(zhǎng)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(qiáng)度會(huì)降低，嚴(yán)重時(shí)會(huì)降低至50%，摻加抗硫酸鹽腐蝕劑后，會(huì)有較大程度的緩解，但仍然會(huì)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(hù)使用成本。而硫鋁酸鹽水泥結(jié)構(gòu)在海水中強(qiáng)度不降反而增長(zhǎng)，目前試驗(yàn)結(jié)果表明，同比淡水養(yǎng)護(hù)，28天強(qiáng)度能夠增長(zhǎng)130%以上。這對(duì)提高我國(guó)海洋建筑結(jié)構(gòu)的使用年限，節(jié)約社會(huì)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(duì)玻璃纖維腐蝕小，廣泛應(yīng)用于玻璃纖維增強(qiáng)混凝土。具有顏色淺的特性，可以通過(guò)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(diǎn)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(lán)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(guó)房地產(chǎn)市場(chǎng)的崛起，直接帶動(dòng)園林景觀市場(chǎng)容量增大，同時(shí)近幾年國(guó)家對(duì)樹木和山體實(shí)施了保護(hù)，塑石假山、仿木產(chǎn)品市場(chǎng)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(diǎn)

  塑石假山和自然山石相比，有干枯、缺少生氣等缺點(diǎn)。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?yàn)樽匀皇皆陂_(kāi)采方面已經(jīng)受到了國(guó)家政策的保護(hù)，其次塑石假山比自然山石制作的假山在造價(jià)方面也便宜很多，可以節(jié)省很多人力和物力，達(dá)到了“低碳”、“環(huán)?！钡墓π?。

  除上述兩個(gè)客觀原因，塑石假山同時(shí)擁有一些特點(diǎn)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(yáng)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(lái)的，具有用真石掇山、置石同樣的功能。

  塑石假山的特點(diǎn)主要表現(xiàn)在以下五點(diǎn)：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(yùn)和堆疊的巨型奇石。此外還可通過(guò)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(jià)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(jìn)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(jìn)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(shí)用方面，如街頭散置塑石、水廠塑石假山擋土墻等方面的實(shí)用功能^[6]

  4塑石假山目前存在的問(wèn)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(wèn)題：①由于水泥塑石假山對(duì)施工人員的技術(shù)水平要求較高，在施工過(guò)程中，容易發(fā)生皸裂、開(kāi)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(qiáng)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(guò)程中發(fā)生了局部沉陷，完成后的塑石沒(méi)有及時(shí)澆水養(yǎng)護(hù)由干縮造成的裂縫。②易噴性差。使用噴槍噴射時(shí)，易發(fā)生堵管、堵槍的現(xiàn)象，采取人工刮抹，費(fèi)時(shí)、費(fèi)力，成本高。③易掛性差。噴射或刮抹時(shí)易產(chǎn)生回彈或流掛，需反復(fù)噴射或刮抹，費(fèi)時(shí)、費(fèi)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(zhǎng)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(shí)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(jiàn)問(wèn)題見(jiàn)圖4.1。

圖4.1 普通水泥為原料的塑石假山出現(xiàn)的常見(jiàn)問(wèn)題

  5對(duì)塑石假山所出現(xiàn)問(wèn)題的解決辦法

  與硅酸鹽水泥不同，硫鋁酸鹽水泥具有早強(qiáng)、高強(qiáng)、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(shí)施循環(huán)經(jīng)濟(jì)和可持續(xù)發(fā)展戰(zhàn)略中具有更大優(yōu)勢(shì)。“塑泥”即塑石假山（仿木）專用材料，是由建筑材料工業(yè)技術(shù)情報(bào)研究所與相關(guān)園林設(shè)計(jì)施工單位共同研究開(kāi)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(qiáng)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(qiáng)、抗凍、抗裂、防水、易施工等性能，解決了目前市場(chǎng)上塑石假山制做材料的不足和缺點(diǎn)。

  5.1塑泥的優(yōu)點(diǎn)

  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(jiàn)圖2。

  （1）抗裂性能好

  塑泥從物理和化學(xué)兩方面進(jìn)行防裂、抗裂，可以顯著提高水泥砂漿的強(qiáng)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(kāi)裂等問(wèn)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(qiáng)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(huì)擴(kuò)散，從而防止水分從混凝土孔隙中滲透進(jìn)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(huì)有水分入侵，鋼筋就不會(huì)生銹，塑石假山整體主骨架不會(huì)被銹蝕而產(chǎn)生斷裂，這樣塑石假山的使用壽命可以達(dá)到上百年。

  （5）早期強(qiáng)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(shí)間直接影響下一道工序的進(jìn)行，影響著整體的施工進(jìn)度。普通砂漿常溫下凝結(jié)硬化時(shí)間大約需要一天，低溫下會(huì)大幅度延長(zhǎng)，負(fù)溫下不能硬化。本產(chǎn)品根據(jù)需要，凝結(jié)硬化時(shí)間可調(diào)，施工結(jié)束后1~2小時(shí)就能凝結(jié)硬化，即可進(jìn)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(shí)現(xiàn)面層整體上色，不會(huì)因?yàn)楸砻鎰兟涠羯?

  （7）易用性、提高經(jīng)濟(jì)效益

  工程施工過(guò)程中主要成本組成就是由人、材、機(jī)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(jìn)度，提高了經(jīng)濟(jì)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(rùn)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(dòng)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(dòng)強(qiáng)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(shí)砂漿下垂或者結(jié)團(tuán)等負(fù)面作用，這使得一次性施工厚層砂漿而不會(huì)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(jìn)行生產(chǎn)，使用專用包裝袋運(yùn)至現(xiàn)場(chǎng)，隨時(shí)供施工單位使用。整個(gè)過(guò)程不僅降低了原材料的消耗、還減少了粉塵飛揚(yáng)，對(duì)自然環(huán)境的保護(hù)起到了很好的作用。隨著社會(huì)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(dòng)強(qiáng)度低，現(xiàn)場(chǎng)揚(yáng)塵少，有利工人身體健康，更符合我國(guó)“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(bào)研究所和相關(guān)園林設(shè)計(jì)單位開(kāi)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(wèn)題，同時(shí)也很好的解決了市場(chǎng)要求與資源限制的矛盾，真正達(dá)到了“低碳”、“生態(tài)”、“環(huán)保”的要求，具有很好市場(chǎng)發(fā)展?jié)摿Α?

  參考文獻(xiàn)

  [1] 王燕謀, 蘇慕珍, 張量 .硫鋁酸鹽水泥[M]. 北京: 北京工業(yè)大學(xué)出版社, 1999.

  [2] 向才旺.水泥應(yīng)用[M]. 北京: 中國(guó)建材工業(yè)出版社, 1999: 1-2.

  [3]刁江京，辛志軍，張秋英.硫鋁酸鹽水泥的生產(chǎn)與應(yīng)用[M].北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社，2006.8.

  [4] 孟兆禎，毛培琳，黃慶喜，等.園林工程[M].北京：中國(guó)林業(yè)出版社，1995:201。

  [5] 卜復(fù)鳴.人工塑石假山[J].花園與設(shè)計(jì)，2006(5):14-15。

  [6] 蒙士齋. 現(xiàn)代園林塑石假山設(shè)計(jì)理論探究[D]. 河北農(nóng)業(yè)大學(xué),2011.

  [7] 毛培琳.中國(guó)園林假山[M].北京：中國(guó)建筑工業(yè)出版社，2004:119.