[摘要] 本文總結(jié)了礦物摻合料在混凝土材料中的作用，指出了活性效應(yīng)的地位及其對其它效應(yīng)的影響。分析激發(fā)膠凝材料活性的方法及其作用方式，從對混凝土材料性能的影響出發(fā)，提出激發(fā)膠凝材料活性時(shí)應(yīng)注意的問題。在此基礎(chǔ)上提出目前在化學(xué)活化膠凝材料領(lǐng)域的一個(gè)研究方向，實(shí)現(xiàn)這一目標(biāo)所面臨的困難，以及解決這一問題的一些思路。
[關(guān)鍵詞] 膠凝材料 活化 作用 思路
1 引言
在混凝土材料中，膠凝材料是不可缺少的一個(gè)重要的組成部分。膠凝材料通過水化等反應(yīng)，將砂、石等材料膠結(jié)在一起，形成具有較好力學(xué)性能和耐久性能的混凝土材料。袁潤章等在分析水泥礦物的膠凝性時(shí)曾指出[1 ] ，水泥礦物具有膠凝能力的本質(zhì)與條件可以歸結(jié)為三點(diǎn)：(1) 水泥熟料礦物的活性決定于其結(jié)構(gòu)的不穩(wěn)定性，這種結(jié)構(gòu)不穩(wěn)定性的原因或者是由于它是介穩(wěn)的高溫型結(jié)構(gòu)，或者是由于在礦物中形成了有限的固熔體，或者是由于微量元素的摻雜使晶格排列的規(guī)律性受到某種程度的影響， 或者是這些原因兼而有之； (2) 在晶體結(jié)構(gòu)中存在著活性陽離子。結(jié)構(gòu)中活性陽離子存在的原因或者是由于不規(guī)則的配位和配位數(shù)降低，或者是由于結(jié)構(gòu)的變形，或者是由于它們在結(jié)構(gòu)中電場分布的不均勻性，或者是這些原因兼而有之； (3) 膠凝材料硬化的決定性條件是能否形成足夠數(shù)量的穩(wěn)定的水化物，以及這些水化物能否彼此連生并形成網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)。然而，除了水泥以外，一些工業(yè)廢渣，如礦渣、粉煤灰、硅灰等也是在高溫下形成的，甚至在一些天然礦物(如沸石等) 中，也具有這些不穩(wěn)定的結(jié)構(gòu)特征。這些潛在能量的存在表明，這些礦物和工業(yè)廢渣具有潛在的活性，這些材料也可以通過一些反應(yīng)將砂、石等材料膠結(jié)在一起，形成具有較好性能的混凝土材料。因此，它們也可以作為一種膠凝材料，或者與其它組分結(jié)合，構(gòu)成新的膠凝材料體系。目前，這些礦物摻合料已經(jīng)成為混凝土材料中的一個(gè)重要組分，而且是膠凝材料的一個(gè)重要的組成部分。但是， 由于組成和形成過程的差異，這些材料的活性遠(yuǎn)不及水泥熟料礦物。
從化學(xué)動力學(xué)角度看，礦物摻合料的反應(yīng)速度較慢，尤其在冬季及北方地區(qū)，由于氣溫低，當(dāng)在混凝土中摻入礦物摻合料時(shí)，因其活性發(fā)揮較慢，使得早期強(qiáng)度降低，凝結(jié)時(shí)間延長，脫模時(shí)間延長，影響施工進(jìn)度，不能滿足實(shí)際工程的需要。正是由于這一原因，使得礦物摻合料在混凝土中的應(yīng)用受到很大的限制。近幾十年來，一些研究者們開展了大量的工作，以尋求提高礦物摻合料活性的方法，但在怎樣把這些礦物摻合料的潛能全部發(fā)揮出來，使之由被動的填充材料愈來愈多地轉(zhuǎn)向質(zhì)優(yōu)價(jià)廉的寶貴資源方面還有待進(jìn)一步創(chuàng)新。
本文從礦物摻合料在混凝土中的作用入手，分析礦物摻合料的活性效應(yīng)與其它效應(yīng)的關(guān)系和激發(fā)礦物摻合料活性的方式方法，提出選擇激發(fā)方法時(shí)應(yīng)注意的問題，以及對激發(fā)礦物摻合料活性方法的一些新構(gòu)思，試圖通過多學(xué)科相互借鑒與交叉的思維方式，尋找充分活化礦物摻合料新的突破點(diǎn)。
2 在混凝土材料中礦物摻合料的作用及對其性能的影響
沈旦申在研究粉煤灰在混凝土中的作用時(shí)提出了粉煤灰效應(yīng)假說[2 ] ，把粉煤灰對混凝土可能發(fā)生的效應(yīng)歸結(jié)為“形態(tài)效應(yīng)”、“活性效應(yīng)”和“微集料效應(yīng)”三項(xiàng)基本效應(yīng)。
所謂形態(tài)效應(yīng)，泛指各種應(yīng)用于混凝土中的礦物質(zhì)粉料，由其顆粒的外觀形貌、內(nèi)部結(jié)構(gòu)、表面性質(zhì)、顆粒級配等物理性狀所產(chǎn)生的效應(yīng)。
所謂活性效應(yīng)，是指混凝土中礦物摻合料的活性成分所產(chǎn)生的化學(xué)效應(yīng)。
所謂微集料效應(yīng)，是指礦物摻合料微細(xì)顆粒均勻分布于水泥漿體的基相中，就象微細(xì)集料一樣，改善混凝土的結(jié)構(gòu)和性能。
實(shí)際上，上述三種基本效應(yīng)是所有礦物摻合料在混凝土中的作用形式，不僅粉煤灰如此，其它礦物摻合料也是如此，差別僅僅是作用程度的不同?；钚孕?yīng)是礦物摻合料在混凝土中作用的一個(gè)重要組成部分。礦物摻合料之所以得到普遍的應(yīng)用，就是因?yàn)樗哂幸欢ǖ姆磻?yīng)能力，形成類似于水泥熟料水化產(chǎn)物的反應(yīng)產(chǎn)物，這些反應(yīng)產(chǎn)物的形成， 使混凝土材料的結(jié)構(gòu)得到改善。勿容置疑，活性效應(yīng)是礦物摻合料對混凝土材料性能貢獻(xiàn)的一個(gè)重要方面?；钚孕?yīng)是微集料效應(yīng)發(fā)揮的基本保證。礦物摻合料的微集料效應(yīng)來自于三個(gè)方面:一是這些礦物微粉顆粒本身具有較高的強(qiáng)度；二是這些礦物微粉顆粒與水化產(chǎn)物之間具有較好的粘結(jié)性能；三是這些礦物微粉顆粒在水泥漿體中分散狀態(tài)良好， 有助于新拌混凝土和硬化混凝土均勻性的改善，也有助于混凝土中孔隙的填充與“細(xì)化”。其中礦物微粉顆粒與水化產(chǎn)物之間具有較好的粘結(jié)性能是其它兩者的基礎(chǔ)。只有當(dāng)微集料顆粒與水化產(chǎn)物緊密結(jié)合時(shí)它較高的自身強(qiáng)度才能發(fā)揮作用，使孔細(xì)化的效果才能得以體現(xiàn)。只有在這一前提下，它的優(yōu)越的性能才能得到利用和發(fā)揮。微集料顆粒的界面反應(yīng)是提高其界面性能的一個(gè)重要途徑。因此，礦物質(zhì)粉料活性效應(yīng)的發(fā)揮是微集料效應(yīng)發(fā)揮的前提和保證?；钚孕?yīng)是形態(tài)效應(yīng)作用效果的延續(xù)。礦物摻合料的形態(tài)效應(yīng)僅僅決定了混凝土材料的初始結(jié)構(gòu)，隨著礦物摻合料各種反應(yīng)的進(jìn)行，可以使混凝土材料的結(jié)構(gòu)得到進(jìn)一步的改善，而這些反應(yīng)的程度和速度則取決于它的活性效應(yīng)。從對混凝土材料性能的影響上看，活性效應(yīng)是形態(tài)效應(yīng)的延續(xù)和發(fā)展， 它使混凝土性能得到進(jìn)一步的改善。由此可見，充分挖掘礦物摻合料的活性潛力有著特別重要的意義。同時(shí)，也應(yīng)該看到，礦物摻合料在混凝土中的作用是由三個(gè)效應(yīng)組成的，在挖掘它的活性效應(yīng)潛力的同時(shí)也應(yīng)該注意兼顧它的其它效應(yīng)。
3 激發(fā)水泥基膠凝材料的方式
在摻有礦物摻合料水泥基材料的水化反應(yīng)過程中存在著兩類反應(yīng)：一是水化反應(yīng)，主要是指水泥熟料礦物的水化反應(yīng)。由于礦渣中也存在著一些水泥熟料礦物，它們也可以直接與水反應(yīng)，這一反應(yīng)也屬于水化反應(yīng)；二是火山灰反應(yīng)。作者在研究粉煤灰水泥水化動力學(xué)時(shí)發(fā)現(xiàn)[3 ] ，這兩類反應(yīng)并非是孤立進(jìn)行的，而是相互影響、相互促進(jìn)。因此，激發(fā)水泥基膠凝材料的方式也可以分成兩類:一是促進(jìn)水化反應(yīng)；二是促進(jìn)火山灰反應(yīng)。促進(jìn)水化反應(yīng)方式的作用對象是水泥熟料礦物，通過適當(dāng)?shù)拇胧?，促進(jìn)熟料礦物的水化。盡管這一類措施不直接作用于火山灰反應(yīng)，但由于水化反應(yīng)與火山灰反應(yīng)的相互影響， 也會間接地加速火山灰反應(yīng)過程。促進(jìn)火山灰反應(yīng)方式的作用對象是火山灰質(zhì)礦物。同樣，盡管這一類措施不直接作用于水化反應(yīng)，也可以通過這兩類反應(yīng)間的相互作用來加速水化反應(yīng)。盡管這兩類激發(fā)方式對兩類反應(yīng)都會產(chǎn)生影響，但它們的作用點(diǎn)、對兩類反應(yīng)的作用程度都是不同的。從對水泥基膠凝材料性能的影響來看，激發(fā)水化反應(yīng)的措施對水泥基膠凝材料性能的影響在早期較顯著，而激發(fā)火山灰反應(yīng)的措施對水泥基膠凝材料性能的影響則在后期比在早期更顯著。
不同的礦物摻合料由于組成的差異，它們的反應(yīng)方式也不完全相同，因此，也應(yīng)采取不同類型的激發(fā)措施。對于礦渣，由于存在著相當(dāng)數(shù)量的水泥熟料礦物，這些礦物必將發(fā)生水化反應(yīng)過程。因此，應(yīng)著重采取激發(fā)水化反應(yīng)的措施。對于一些火山灰質(zhì)材料，如低鈣粉煤灰、硅灰等，則是以火山灰反應(yīng)為主，特別是當(dāng)火山灰材料摻量較大時(shí)，更應(yīng)該注重激發(fā)火山灰反應(yīng)活性。當(dāng)火山灰材料摻量較小時(shí)，可以考慮采用激發(fā)水化反應(yīng)的措施，以加速水化反應(yīng)來帶動火山灰反應(yīng)，這對改善水泥基材料的早期性能有一定的作用。
4 激發(fā)膠凝材料的方法
為了激發(fā)膠凝材料的活性，研究者們開展了大量的研究工作，開辟了各種激發(fā)途徑，這些方法大體可分為三類。
(1) 機(jī)械活化
機(jī)械活化是一種物理激發(fā)方法，通過機(jī)械力的作用，將膠凝材料磨細(xì)，增加新的活性表面，加速反應(yīng)過程。機(jī)械活化的作用方式取決于機(jī)械力的作用對象。如果粉磨對象是火山灰質(zhì)材料，其作用方式則是激發(fā)火山灰反應(yīng)。同樣，也可以通過粉磨具有水泥熟料礦物的微粒來激發(fā)水化反應(yīng)。值得注意的是機(jī)械作用可能改變顆粒的形貌，因此，可能影響其形態(tài)效應(yīng)。采取這一方法時(shí)應(yīng)綜合考慮對活性效應(yīng)和形態(tài)效應(yīng)的影響，平衡其得失。
(2) 化學(xué)活化
所謂化學(xué)活化，是通過一些有機(jī)或無機(jī)的化學(xué)激發(fā)劑來激發(fā)其活性?；瘜W(xué)激發(fā)劑大體有以下幾類：
a 堿性激發(fā)劑
常用的堿性激發(fā)劑有氫氧化鈣、氫氧化鈉等。這類激發(fā)劑由于它比水分子較易進(jìn)入礦渣、粉煤灰等礦物摻合料網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)的內(nèi)部孔穴，并能與活性陰離子比較激烈地互相作用，因而促進(jìn)結(jié)構(gòu)的解體和溶解。另外，溶液中Ca2 + 離子濃度增加，又促進(jìn)了Ca (OH) 2 與礦物摻合料中活性SiO2 和活性Al2O3 化合，生成水化硅酸鈣和水化鋁酸鈣等水化物。一般來說，堿金屬離子比堿土金屬離子更容易進(jìn)入膠凝材料結(jié)構(gòu)的內(nèi)部，因此，具有更強(qiáng)的激發(fā)作用。但堿金屬離子的存在有可能導(dǎo)致堿集料反應(yīng)。
b 硫酸鹽類激發(fā)劑
常用的硫酸鹽激發(fā)劑有石膏、硫酸鈉等。只有在一定的堿性環(huán)境中，再加入一定的石膏，礦渣活性才能充分發(fā)揮出來。但在生產(chǎn)過程中同時(shí)加入兩種外加劑，難度較大，生產(chǎn)不好控制，計(jì)量也難以精確。此外，加入硫酸鈉等一些含堿金屬離子的硫酸鹽激發(fā)劑也會對混凝土的耐久性帶來不利的影響。
c 硅酸鹽類激發(fā)劑
常用的硅酸鹽類激發(fā)劑有水玻璃或固體硅酸鈉。一些研究表明，這一類激發(fā)劑對礦渣有較好的激發(fā)效果，但對一些火山灰質(zhì)材料激發(fā)效果較差。
d 碳酸鹽類激發(fā)劑
碳酸鹽激發(fā)劑常用碳酸鈉，這種激發(fā)劑通常用于激發(fā)礦渣的活性，對于火山灰質(zhì)材料的激發(fā)效果并不明顯。
e 其它類型激發(fā)劑
除上述四類激發(fā)劑外，也有采用明礬石(主要成分為K2 SO4 ·Al2 ( SO4 ) 3 ·4Al (O H) 3 ) 、亞硝酸鹽和一些鋁酸鹽作為激發(fā)劑，但其激發(fā)效果并不理想。
從其激發(fā)機(jī)理來看，大體上表現(xiàn)為兩種作用：一是打破玻璃體的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)，使其解體和溶解，在水溶液中建立起對新形成的水化產(chǎn)物是過飽和的溶液， 以實(shí)現(xiàn)水化產(chǎn)物的成核、生長、再彼此交叉搭接，形成水化產(chǎn)物的網(wǎng)狀結(jié)構(gòu)；二是與這些材料中的某些組分反應(yīng)形成水化物。礦渣粉、粉煤灰等礦物摻合料玻璃體的聚合度高，怎樣使之?dāng)噫I，由高聚體變?yōu)榈途垠w。根據(jù)玻璃結(jié)構(gòu)的特征，要使玻璃結(jié)構(gòu)解體， 在水溶液中必須具有足夠數(shù)量的極性分子和離子， 而且要求這些極性分子或離子能夠進(jìn)入玻璃體內(nèi)部，特別是堿金屬離子進(jìn)入玻璃體結(jié)構(gòu)后，打破玻璃體結(jié)構(gòu)中的橋氧鍵，形成較弱的金屬離子鍵。由此看來，只有堿性物質(zhì)能夠打破玻璃體結(jié)構(gòu)。而其它的一些離子僅僅是與膠凝材料中的某些組分反應(yīng)形成水化物。水泥熟料礦物主要由各種硅酸鹽、鋁酸鹽等“微晶子”聚集而成，這些微晶子是極度變形的晶體。因此，不需要解體就能與水反應(yīng)，一些無機(jī)鹽類也可以與其反應(yīng)形成水化物。粉煤灰等一些火山灰礦物則是以玻璃體結(jié)構(gòu)為主，因此，必須依靠堿來打破這種網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)才能發(fā)揮其活性。在礦渣中也存在著一定數(shù)量的微晶子，它們也不需要解體就能與水反應(yīng)。此外，礦渣中還存在著大量的玻璃體，這種結(jié)構(gòu)需要激發(fā)。但礦渣的玻璃體結(jié)構(gòu)與粉煤灰等不同，在礦渣的玻璃體結(jié)構(gòu)中存在著較多的非橋氧鍵， 甚至存在著一定數(shù)量的金屬離子鍵，這些鍵易于打破。因此，硫酸鈉、硅酸鈉等一些激發(fā)劑對礦渣都表現(xiàn)出一定的激發(fā)效果，當(dāng)有堿性激發(fā)劑存在時(shí)，激發(fā)效果更好。
(3) 熱活化
熱活化是通過提高溫度的途徑來激發(fā)礦物摻合料的潛在活性。由于膠凝材料的反應(yīng)速度與溫度關(guān)系很大，因此這種途徑可有效增強(qiáng)其水化速度，發(fā)揮其潛在活性。但在實(shí)際使用中因其增加工藝的復(fù)雜程度且增加生產(chǎn)成本，使得本來希望利用礦物摻合料來降低企業(yè)生產(chǎn)成本的優(yōu)勢減弱甚至變?yōu)橄喾矗?失去了綜合利用的意義，而且在現(xiàn)澆混凝土工程中也難以采用。
5 激發(fā)膠凝材料活性時(shí)應(yīng)注意的幾個(gè)問題
5.1 激發(fā)膠凝材料活性時(shí)應(yīng)注意各組分之間的平衡
無論是水化反應(yīng)還是火山灰反應(yīng)都是化學(xué)反應(yīng)，當(dāng)某一反應(yīng)物消失時(shí)，反應(yīng)也將停止。反應(yīng)物的存在是反應(yīng)進(jìn)行的先決條件。因此，必需注意各組分之間的平衡，否則，激發(fā)其活性也就失去意義。作者曾指出[4 ] ，隨著水泥水化的進(jìn)行及水化產(chǎn)物的生成，鈣、硅、硫、鋁等元素之間存在著一種動態(tài)平衡， 在確定各種物料配比及加入激發(fā)劑時(shí)必須注意對不同齡期這種平衡關(guān)系的影響規(guī)律。破壞了這種平衡，即便活性再高，也不能得到所需要的反應(yīng)產(chǎn)物， 因而也就不能獲得所期望的性能。
5.2 激發(fā)膠凝材料活性時(shí)應(yīng)注意對混凝土各種性能的影響
工程對混凝土的性能要求是多方面的，因此，在選擇激發(fā)膠凝材料活性方法時(shí)不能單純地考慮強(qiáng)度性能，必須兼顧其它方面的性能。由于目前所采用的許多激發(fā)劑都含有一定量的堿金屬離子，因此，有兩個(gè)方面的問題尤其需要引起研究者的注意。
(1) 堿集料反應(yīng)問題。當(dāng)混凝土中含有活性集料時(shí)，堿的存在有可能導(dǎo)致堿集料反應(yīng)。當(dāng)然，礦物摻合料可以抑制堿硅反應(yīng)，但在高堿含量情況下，即便摻入大量的礦物摻合料，堿硅反應(yīng)仍可能發(fā)生，對此不能掉以輕心。加入激發(fā)劑時(shí)應(yīng)注意控制混凝土的堿含量。
(2) 干縮變形問題。干縮變形是導(dǎo)致混凝土開裂的一個(gè)重要方面。在約束條件下，混凝土的干縮受到限制，在混凝土內(nèi)部產(chǎn)生內(nèi)應(yīng)力，當(dāng)這種內(nèi)應(yīng)力大于混凝土抗拉極限時(shí)，混凝土將開裂。一些研究表明[ 5 ] ，在膠凝材料用量相同時(shí)，水泥堿含量越高， 混凝土的干縮變形越大。礦物摻合料及激發(fā)劑帶入的堿對混凝土的干縮變形有什么影響？ 需要進(jìn)行一些研究。因此，在選擇激發(fā)方法時(shí)應(yīng)充分注意這一方面的影響。
6 對于激發(fā)膠凝材料活性方法的一些思考
從上述分析可以看出，激發(fā)膠凝材料的方法很多，但這些方法都存在著一些問題。因此，應(yīng)該根據(jù)礦物摻合料的種類和工程的實(shí)際情況合理采用。例如，對于優(yōu)質(zhì)的Ⅰ級粉煤灰，不要采用機(jī)械活化的方法來激發(fā)其活性；對于礦渣可采用機(jī)械活化與化學(xué)活化相結(jié)合的方法來激發(fā)其活性；對于一些火山灰材料，如果集料是非活性的，且抗裂性要求不高時(shí)， 可考慮采用一定數(shù)量的堿性激發(fā)劑。如果集料是活性的，則應(yīng)以機(jī)械活化為主，適當(dāng)?shù)剡x擇一些激發(fā)水化反應(yīng)的激發(fā)劑來間接地加速火山灰反應(yīng)。
目前，化學(xué)活化方法主要是采用一些堿性物質(zhì)作為激發(fā)劑，在實(shí)際工程中，這些激發(fā)劑的使用受到很多的限制，其它的激發(fā)劑效果大多數(shù)不太理想。因此，開發(fā)不含堿或低堿的激發(fā)劑是當(dāng)前亟待解決的問題。然而，從礦物摻合料的結(jié)構(gòu)分析，開發(fā)不含堿或低堿的激發(fā)劑困難較大。因此，需要從觀念上有一個(gè)較大的轉(zhuǎn)變，借鑒其它領(lǐng)域的一些思維模式， 才有可能較好地解決這一問題。以下提供一些思路，僅供研究者們參考。
(1) 介穩(wěn)晶型
從結(jié)晶化學(xué)角度可知，晶格缺陷越多越不穩(wěn)定。因此， “活化”反應(yīng)物晶格使其缺陷增多，使反應(yīng)物的位能提高，有利于平衡向生成產(chǎn)物一邊移動。關(guān)鍵在于怎樣“活化”晶格？ 怎樣“創(chuàng)造”晶格缺陷？
(2) 晶核形成與晶體生長
對于一些溶解沉淀反應(yīng)，反應(yīng)物與反應(yīng)產(chǎn)物的溶解度差則是這一反應(yīng)的驅(qū)動力。由物理化學(xué)知識可知，物質(zhì)的溶解度與其顆粒的曲率半徑有關(guān)，曲率半徑越小，溶解度越高。在反應(yīng)的初期沒有反應(yīng)產(chǎn)物存在，在這一條件下形成反應(yīng)產(chǎn)物的晶體，通常需要較高的過飽和度。這意味著在反應(yīng)的初期，反應(yīng)物與反應(yīng)產(chǎn)物的溶解度差比正常情況下小。如果在正常情況下反應(yīng)物與反應(yīng)產(chǎn)物的溶解度差不大，不能形成足夠的過飽和度，反應(yīng)產(chǎn)物則不能形成，反應(yīng)也就不能進(jìn)行。若引入一些反應(yīng)產(chǎn)物的“晶種”，使反應(yīng)產(chǎn)物在這些晶種上結(jié)晶長大，則可以提高反應(yīng)初期反應(yīng)物與反應(yīng)產(chǎn)物的溶解度差，增大反應(yīng)的驅(qū)動力，使反應(yīng)可以進(jìn)行，或者使反應(yīng)可以更快的進(jìn)行。在水泥水化反應(yīng)中，有一些反應(yīng)屬于溶解沉淀反應(yīng)。引入一些相應(yīng)的反應(yīng)產(chǎn)物“晶種”，可能會對這些反應(yīng)起到有益的作用。
(3) 顆粒分散
礦粉、粉煤灰等粉狀物料加水后容易聚集，粘結(jié)在一起，減少了與水和激發(fā)劑的接觸面積，影響反應(yīng)的繼續(xù)進(jìn)行。適當(dāng)?shù)丶尤胍恍┓稚?，使其分散物料顆粒，增大反應(yīng)表面，將是提高反應(yīng)速度的一個(gè)途徑。外加劑的應(yīng)用是混凝土科學(xué)的一場革命，它之所以作為混凝土的一個(gè)不可缺少的組分，恰恰是因?yàn)樗苡行У胤稚⑺囝w粒。因此，研制適宜礦渣、粉煤灰等礦物摻合料的表面活性劑也是應(yīng)該引起注意的問題之一。
(4) 化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)
一個(gè)化學(xué)反應(yīng)是否發(fā)生？ 反應(yīng)朝著什么方向進(jìn)行？是由向熵增加的方向，這是熱力學(xué)第二定律。但是，熱力學(xué)上可能發(fā)生的反應(yīng)在實(shí)際中不一定都是可行的，有的反應(yīng)進(jìn)行得如此之慢，甚至幾千年、幾萬年才能有微小的變化。因此更有實(shí)際意義的是反應(yīng)速度。決定反應(yīng)速度的有:反應(yīng)物的數(shù)量、溫度、界面面積、能量勢壘等等因素。通常采用的熱激活就是考慮了提高反應(yīng)物的溫度來加速水化反應(yīng)。采用的物理激發(fā)就是通過磨細(xì)礦物摻合料、增大反應(yīng)界面面積的途徑來加速反應(yīng)。另外一個(gè)措施就是采用催化劑。所謂催化，就是將一個(gè)能壘較高的反應(yīng)通過形成中間產(chǎn)物分解成多步能壘較低的反應(yīng)。由于分步反應(yīng)過程的能壘降低，反應(yīng)則易于進(jìn)行。怎樣通過引入中介介質(zhì)、形成介穩(wěn)晶型、活化晶格、破鍵、解聚等路徑跨越反應(yīng)能壘，也將是繼續(xù)探索活化膠凝材料的突破點(diǎn)之一。
(5) 石油的裂解
石油是各種不同鏈長有機(jī)物分子的集合體，其中一些鏈長較短的油稱之為輕油，它們具有較低的燃點(diǎn)，較易燃燒，常用作飛機(jī)、汽車等的燃料。一些鏈長較長的油稱之為重油，燃點(diǎn)較高，不易燃燒。為了獲得更多的燃料油，人們通過裂解的辦法將重油的長鏈打斷，形成短鏈的輕油。這一過程與玻璃體的斷鍵很相似。是否可借鑒石油工業(yè)中裂解方法的一些思路，運(yùn)用到礦物摻合料的活化方面來？ 特別是催化裂解的一些新的科研成果，如果能結(jié)合水泥化學(xué)方面的知識，并充分考慮到礦物摻合料的結(jié)構(gòu)特征，也許能獲得突破性的發(fā)現(xiàn)。
上述思路僅是作者提出的一種多學(xué)科交叉借鑒的思維方式，所舉例子及一些觀點(diǎn)，沒有做深入地探索和研究，可能不一定正確，提出來謹(jǐn)供探討。
7 結(jié)論
(1) 活性效應(yīng)是礦物摻合料對混凝土材料性能貢獻(xiàn)的一個(gè)重要部分，也是其它效應(yīng)發(fā)揮的基礎(chǔ)。只有充分地發(fā)揮活性效應(yīng)，礦物摻合料的形態(tài)效應(yīng)和微集料效應(yīng)才能得以體現(xiàn)和較好地利用。同時(shí)， 在激發(fā)膠凝材料的活性時(shí)也應(yīng)該兼顧其它效應(yīng)的作用。
(2) 盡管激發(fā)膠凝材料活性的方法很多，但作用方式大體可分為兩類:一是促進(jìn)熟料礦物的水化反應(yīng)；二是促進(jìn)火山灰反應(yīng)。由于這兩類反應(yīng)之間的相互作用，盡管兩類激發(fā)方式的作用對象不同，但對這兩類反應(yīng)都會有不同程度的影響。
(3) 在實(shí)際工程中對混凝土材料的性能要求是多方面的，因此，在激發(fā)膠凝材料時(shí)必須綜合考慮對膠凝材料多種性能的影響。由于堿對混凝土耐久性和抗裂性的影響，以及實(shí)際工程對混凝土堿含量的限制，尋找無堿或低堿的激發(fā)劑將成為化學(xué)活化膠凝材料領(lǐng)域的一個(gè)重要研究方向。
(4) 本文提出的化學(xué)平衡、介穩(wěn)晶型、晶核形成與晶體生長、化學(xué)反應(yīng)動力學(xué)、分散及斷鍵、石油裂解等方面設(shè)想僅是提出一種多學(xué)科交叉借鑒的思維模式，能否作為尋找新的突破點(diǎn)的平臺，有待于探索與驗(yàn)證。
(5) 目前激發(fā)膠凝材料活性的方法很多，在礦物摻合料的應(yīng)用中取得了一些成果。但若使這些礦物摻合料的潛在活性充分地激活，真正地由被動的充填材料轉(zhuǎn)化為具有高活性、高分散性的優(yōu)質(zhì)廉價(jià)膠凝材料，還有很長的一段路。因此，必須轉(zhuǎn)變觀念，借鑒其它領(lǐng)域的研究思路，尋找新的突破點(diǎn)，才有可能取得突破性的進(jìn)展。
(6) 無機(jī)化學(xué)、有機(jī)化學(xué)、物理化學(xué)、生物化學(xué)、食品加工、醫(yī)學(xué)等多學(xué)科跨行業(yè)相互借鑒交叉，可能為尋找活化礦物摻合料的途徑開創(chuàng)一個(gè)新的發(fā)展空間。
參考文獻(xiàn)
[1 ]《膠凝材料學(xué)》編寫組1 膠凝材料學(xué)1 北京:中國建筑工業(yè)出版社，19801
[2 ] 沈旦申1 粉煤灰混凝土1 北京:中國鐵道出版社，19891
[3 ] 王愛勤，楊南如，鐘白茜，張承志1 粉煤灰水泥的水化動力學(xué)1《硅酸鹽學(xué)報(bào)》，1997 年4 月，Vol125 ， No16A ，pp123 - 129
[4 ] 王愛勤，張承志，孫偉1 廢渣及外摻物對粉煤灰的綜合作用1 東南大學(xué)學(xué)報(bào)11996 年11 月，Vol126 ， No12 ，pp159 - 163
[5 ] 廉慧珍，覃維祖譯1 混凝土的可見與不可見裂縫1 清華大學(xué)土木工程系建筑材料研究所，2001 年11 月，pp25
[作者簡介] 王愛勤(1958 ———) ，女，工學(xué)博士，高級工程師，嘉華建材(中國) 有限公司總工程師。
