1.项目背景

        经过10多年的研究，国内外许多科研人员在陶瓷、涂料、无机抗菌剂等领域利用纳米材料已经取得了较好的研究成果，为纳米技术在建材行业中的进一步应用奠定了坚实基础。借用纳米技术在建材行业中应用的经验，利用纳米矿粉改善水泥混凝土材料的微观结构，从而提高水泥材料的物理力学性能和耐久性，已成为一个值得探索的课题。2001年，叶青等人最早提出了纳米复合水泥结构材料的概念，探讨了应用纳米技术对水泥材料进行改性的问题，结果表明：纳米S i O2（二氧化硅）的火山灰活性远大于硅灰的火山灰活性，掺入纳米S i O2的水泥浆体流动性变小、凝结时间缩短、早期强度显著提高。陈荣升等人对此作了进一步研究。掺纳米S i O2能更有效、更迅速地吸收界面上富集的C a （O H ）2（氢氧化钙），降低C a （O H ）2的取向程度。这些结果均有利于界面结构的改善和界面物理力学性能的提高。纳米S i O2由于其特殊的结构层次，对许多材料（包括混凝土等）都具有改性作用，因而成为了建筑学界的新宠，被誉为是21世纪的高科技材料。
　　将少量纳米S i O2掺入混凝土中，即可轻易制备出超高强度和超高耐久性的混凝土。目前，大量的研究结果都证明了纳米S i O2对水泥具有良好的改性作用，但基本都处于实验室研究阶段。传统的化学制备纳米S i O2成本很高，这在一定程度上限制了纳米S i O2在水泥材料中的使用。为此，山东宏艺科技股份有限公司组织相关人员完成了纳米S i O2复合水泥项目，通过微孔热交换技术，在控温条件下焚烧稻壳制得纳米S i O2，不但从根本上解决了纳米S i O2制备成本相对较高的难题，还可以实现焚烧热的综合利用。
　　综上所述，通过焚烧稻壳制备纳米S i O2来改性水泥，具有其他技术不可比拟的优越性，市场前景广阔。利用该技术可开发出一系列的超高强度和超高耐久性的水泥材料，在满足特殊工程建设需要的同时，还能够为企业带来巨大的经济效益和社会效益。

　　2.研究内容

        纳米S i O2复合水泥项目是在农业废弃物稻壳中制得纳米S i O2，利用其超高的火山灰活性，对水泥材料进行改性，制备纳米复合水泥结构材料。研究内容如下：
　　（1）纳米结构的生物S i O2的制取。稻壳中含有约20%无定型的S i O2，通过生物矿化方式富集，以纳米颗粒的形态存在。利用微孔热交换技术，在≤600℃的环境下将稻壳进行控温焚烧制得纳米S i O2。稻壳是农业废弃物，价廉易得，具有燃点低、S i O2含量高的优点。同时，稻壳是可再生资源，符合可持续发展的要求。用稻壳进行控温焚烧来制取纳米S i O2，既能节约成本、减少环境污染，也能替代部分能源，实现热源的综合利用。
　　（2）纳米S i O2在水泥材料中的分散。利用微分散技术，超声振荡分散纳米S i O2颗粒，在高速混样器中进行干混或制成溶胶由拌和水带入样品，使纳米S i O2充分、均匀地分散到水泥浆中或混凝土拌和物中。
　　（3）界面上富集的C a （O H ）2的吸收。纳米S i O2与3C a O ·S i O2（硅酸三钙）水化生成的C a （O H ）2之间发生二次水化反应。利用纳米S i O2吸收和降低水泥硬化浆体本体中的C a （O H ）2，以提高水泥硬化浆体的强度，特别是早期强度。

　　3.技术亮点

        （1）对稻壳中以生物矿化方式富集的纳米S i O2的含量，进行了大量的调研和准确的测试。
　　（2）利用微孔热交换技术，在≤600℃的环境下对稻壳进行控制焚烧，进行纳米S i O2的提取。
　　（3）利用微分散技术，将纳米S i O2颗粒均匀分散在水泥浆中。
　　（4）纳米S i O2有效吸收水泥硬化浆体大理石界面中所富集的C a （O H ）2，有效细化界面中的C a （O H ）2晶粒。我们进行系统的测试，并得出其作用效果的详尽报告。
　　（5）纳米S i O2对水泥结构界面的改善起到了积极的促进作用。我们对其改善程度进行了实验研究和详细的测试，得到了有效的实验数据。

　　4.总体评价

        2009年12月22日，受山东省经贸委委托，临沂市经贸委组织有关专家组成鉴定委员会，对山东宏艺科技股份有限公司完成的纳米S i O2复合水泥项目进行了鉴定。会议听取了产品研发人员的汇报，审查了有关资料，考察了生产现场，经认真讨论和质询，形成如下意见：
　　（1）提供的鉴定材料齐全、完整，数据翔实可信，符合鉴定要求。
　　（2）纳米S i O2复合水泥项目应用微孔热交换技术和控温焚烧工艺，从农业废弃物稻壳中制取S i O2纳米粉，利用具有自主知识产权的超分散技术使纳米S i O2颗粒均匀分散在水泥矿粉中，制备出纳米S i O2复合水泥。该项目原料选取科学，工艺路线合理，整体技术居国内领先水平。
　　（3）纳米S i O2复合水泥产品经山东省水泥质量监督检验站检验，各项指标均符合中热硅酸盐水泥、低热硅酸盐水泥国家标准的要求。
　　（4）纳米S i O2复合水泥降低了单位水泥产品中熟料的用量，增加了固体废弃物的利用率。同时，借助助磨剂的作用，优化水泥的颗粒特性，降低水泥制备过程中的能源消耗，减少污染物的排放，具有显著的经济效益和社会效益。
　　（5）经查新，国内尚未见有与本项目研究成果相同的报道，属国内首创。

【作者】：赵洪义