21世紀,人類面臨著“人口膨脹、資源短缺與環境惡化”三大問題。隨著世界人口的膨脹,人類大規模建設活動的加劇,資源、能源短缺、環境破壞嚴重、生態環境惡化、物種滅絕等問題已對人類的生存與發展構成了極大的威脅。在工程建設領域,由于水泥基材料用量巨大,人類將面臨資源、環境的嚴峻挑戰。因此,發展綠色生態水泥混凝土材料是人類的不二選擇。建筑砂漿廣泛應用于砌筑、抹面、修補、灌漿及粘貼飾面材料等工程中,是建筑工程中用量較大的建筑材料之一,發展綠色建筑砂漿是發展綠色生態水泥混凝土材料的重要組成部分。
所謂綠色建筑砂漿(Green Building Mortar),是指在原材料及生產方式等方面具有資源、能源消耗低,大量利用廢棄資源,不破壞環境,更有利于環境,并且可以循環利用的特點的建筑砂漿。
目前配制建筑砂漿的膠凝材料主要是硅酸鹽類水泥。據統計我國約有25%-40%的水泥用于配制建筑砂漿。2007年我國水泥產量約為13.5億t,占世界水泥總產量的50%左右。自從英國人J·Aspdin 1824年發明波特蘭水泥以來,水泥混凝土(包括砂漿——砂漿在本質上是一種無粗骨料的混凝土)已成為當代更大宗的人造工程材料,在水泥混凝土給人類帶來巨大文明進步的同時,也帶來了十分嚴峻的資源、能源及環境問題。據估算,我國水泥生產的資源與能源消耗為:每生產1 t水泥熟料需石灰石1.4 t、黏土0-3 t、煤0.2 t,排放CO 1 t、部分有害氣體及大量粉塵等污染物團。據有關部門調查,我國能生產水泥的石灰石儲量僅500億t,可采量50%,僅夠水泥工業使用40~50年。由于硅酸鹽水泥的生產要消耗大量的礦物資源、能源并排放大量的溫室氣體,極不利于其可持續發展,如果以目前的生產方式和速度發展的話,水泥混凝土工業幾十年后將會面臨原料匱乏和環境惡化的嚴峻局面。因此研究開發新型綠色膠凝材料已經不可回避地擺在了我們的面前。
近年來國內外研究者已開始對建筑砂漿新型膠凝材料進行研究。劉紅宇等以70%粉煤灰、12%7j(泥、13%生石灰粉、2.5%脫硫石膏及2.5%添加劑等原料研制出建筑砂漿新型膠凝材料,用該膠凝材料和煤粉爐渣配制出強度等級為M15、M10,分層度不超過20 mm,凝結時間小于5 h,黏結強度大于0.2 MPa,收縮值小于1.1 mm/m的建筑砂漿硼;周萬良等用粉煤灰、氟石膏、水泥和砂配制出了一種新型砂漿:粉煤灰~氟石膏一水泥砌筑砂漿。當粉煤灰一氟石膏一水泥膠凝材料(簡稱FFC膠凝材料)中水泥
用量為5%、10%、15%和20%時,砂漿強度等級分別達到了M10、M15、M20和M25t~;鄢朝勇等以礦渣、粉煤灰為主要原料,摻入少量復合激發劑,研制出22.5~32.5級無熟料建筑砂漿新型膠凝材料啕;劉煥強等以粉煤灰、礦渣超細粉為主要原料,加入少量水泥及復合激發劑研制出利廢率高達70%的建筑砂漿膠結料研;張相紅用70%~80%的粉煤灰、10%~14%的硅酸鹽水泥熟料、5%的生石灰及5%的元明粉配制出高摻量粉煤灰建筑砂漿粉。
土耳其學者Duran Atis Cengiz等研究了不同堿激發劑對堿一礦渣砂漿性能的影響,發現用碳酸鈉作激發劑的堿一礦渣砂漿具有合適的強度、與波特蘭水泥砂漿類似的凝結時間和比較低的收縮。Ozkan Omer與Yuksel Isa研究了用廢玻璃粉與礦渣及粉煤灰取代部分水泥配制的砂漿的抗壓強度、抗硫酸鹽與氯鹽性、抗高溫性以及與堿硅酸鹽反應alkali.silica reaction(ASR)有關的膨脹性等性能,廢渣取代水泥量可達30%t- ;我國臺灣地區學者進行了用市政固體廢物焚燒爐產生的粉煤灰、礦渣等焚燒灰渣代替水泥配制砂漿的研究,替代水泥量可達20%,
抗壓強度比未替代者高10%,且未導致由于重金屬的濾出而產生的污染;韓國學者Yang Keun.Hyeok等報道了以粉煤灰和礦渣為原材料的堿激發活化的無水泥砂漿的性能的研究結果,