纪森，庞来学

(1.济南市建设监理有限公司，山东 济南 250014；2.山东交通学院 材料科学与工程学院，山东 济南 250352)

1 水泥乳化沥青砂浆

水泥乳化沥青砂浆（CA）是我国高速铁路板式无砟轨道结构中的充填层材料，由乳化沥青、水泥、细骨料、水、消泡剂、减水剂、铝粉等材料采用特定设备及工艺拌制制成，具有良好的自流平性。在稍小的压力下，可完全填满支撑结构间的间隙（2～5 cm），并可对一些混凝土结构变形损伤在某一限度内进行修补[1]。

随着我国高速、快速铁路板式轨道的快速发展，水泥乳化沥青砂浆研究成为热点。水泥乳化沥青砂浆作为板式无砟轨道结构的关键组成部分，对保证轨道平顺性起到了填充、承力、传力、缓冲的作用，是保证列车在高速运行下平稳、舒适的关键材料，也是实现板式无砟轨道少维修、免维修的关键。CA砂浆所用配合比为：m（干料）：m（乳化沥青）：m（水）=（900～1 150）：（500～600）：（40-100），获得强度为3.20 MPa，弹性模量为288 MPa的砂浆，与C30、C40和C50混凝土相比，水泥乳化沥青砂浆的抗冲击韧性远大于混凝土并具有一定的隔震能力[2]。

2 光催化砂浆

污染物减排与控制成为目前迫切需要解决的重要课题之一。光催化砂浆在氮氧化物（NOx）的降解方面显示独特优势。以氮改性纳米TiO2粉体为光催化材料，掺入水泥基材料中制备的水泥砂浆、聚合物水泥砂浆应用余降解汽车尾气NOx的场合，比如城市建筑物的立面、围墙和城市道路周围的地面抹面。研究表明[3]，氮改性纳米TiO2粉体的掺量为10%时，光催化效率已达到60%以上。其原理为：

反应产物硝酸在降水过程中除去，达到降低大气污染的目的。

二氧化钛光催化砂浆降解NOx的能力受紫外光强度、NOx的流速、环境湿度等因素影响。紫外光强度高诱发TiO2更多的活性位点，能够显著提高光催化砂浆降解NOx的能力。较高的NOx流速和湿度会使光催化砂浆降解NOx能力下降[4-5]。

3 吸波砂浆

电磁辐射已成为一种新的社会公害，它不仅影响电子设备的正常运行，而且会通过热效应、非热效应、累积效应对人体造成直接或间接的伤害。对构筑物表面涂覆电磁屏蔽砂浆，减弱构筑物对电磁辐射所造成的反射污染具有广阔的应用前景。目前研究较多的有铁氧体、石墨、炭黑、碳纤维和钢纤维等电磁波吸收材料在水泥砂浆上的应用。

水泥材料中的金属氧化物本身具有一定的吸波性能，但是吸波性能差。用石墨粉、闭孔膨胀珍珠岩与硅酸盐水泥等材料制成具有电磁波吸收功能的砂浆层，当粒径为200目的石墨粉含量为20%wt时[6]，厚度由1 cm变为3 cm时，吸收峰增多由2个变为6个，吸收频带增宽且向低频移动，在2～3 GHz间吸波效果较差，在3～18 GHz间，最大反射率为-3 dB，最小吸收峰反射率达-27 dB。吸波砂浆层的抗压强度、软化系数均符合 《建筑保温砂浆》（GB/T20473-2006）标准。

以石墨和碳纤维为电磁屏蔽功能基元材料[7]，添加到砂浆中，部分取代砂浆中的砂，调整石墨和碳纤维电磁屏蔽功能基元材料的含量，发现在30～200 MHz频率范围内，电磁屏蔽效能SE较大，随着频率增加，屏蔽效能SE迅速降低。碳纤维的导电性和二维性使其在30 MHz～1.8 GHz范围内，其屏蔽效能大于石墨电磁屏蔽砂浆SEmin。

4 相变储能砂浆

相变储能材料，可以利用其物相的变化，从环境中吸收热（冷）量或向环境中释放热（冷）量来进行能量的储存和释放。将相变材料加入砂浆中制备成相变储能砂浆，将其作为环保节能型的建筑功能材料用于建筑墙体中，提高建筑物的舒适性和能源利用率。

以膨胀珍珠岩和陶砂为相变材料，系统研究了单独掺和复合掺对水泥砂浆储能研究[8]，结果表明：膨胀珍珠岩基相变材料掺、陶砂基相变材料掺以及二者复掺来说，导热系数分别降低到0.254 W/m· K、0.275 W/m·K和0.188 W/m·K。相变储能砂浆的蓄热系数较大，数值在11.38 W/m2·K～23.48 W/ m2·K之间。

以癸酸-月桂酸与膨胀珍珠岩复合储能颗粒为轻骨料，配制相变储能保温砂浆[9～10]，其相变温度为23.12℃，相变潜热为73.77 J·g-1。该砂浆可应用到建筑围护结构中，可以降低建筑能耗，在发展生态建筑领域具有广阔的应用前景。

5 防核辐射砂浆

科技的发展使核能作为一种新型能源被广泛应用于各个领域。同时核技术的发展使各种射线频繁出现在人们的日常生活中，已对人类身体健康造成严重危害。为此，学者们对辐射防护进行大量研究，开发一系列防护材料。水泥基防辐射材料是目前使用最为广泛的射线防护材料[11-12]。

防辐射基元材料一般为重晶石、沸石、硫酸渣型氧化铁粉等。依次以重晶石粉、沸石、硫酸渣氧化铁粉、高铝水泥、石膏的掺比试验取代标准砂的含量，根据国标GBJ203-83水泥砂浆用料参考，配制50号强度的水泥砂浆。研究砂浆对氡气辐射的屏蔽效果[13]，结果发现：随着功能基元材料的含量增加，防辐射水泥砂浆的屏蔽氡效果增大；氧化铁也可以作为建材防氡防辐射的基元材料。

在以重晶石为功能基元的防辐射砂浆中加入铅粉，利用铅自身对伽马射线的屏蔽性能，可以增强砂浆的防辐射性能。实验结果表明[14]，当铅粉掺量较低时，粒度较小的铅粉在砂浆体系中起细集料填充效应，能够改善孔结构，增强砂浆的力学性能；但是过量掺入，则会破坏水泥的水化过程，影响砂浆的耐久性。利用重晶石具有吸收X射线的性能，可以代替金属铅板屏蔽科研所、实验室及医院防X射线的建筑物。主要功能基元优选粒径为0.6～1.2 mm、无杂质的钡砂和细度为0.3 mm筛下的钡粉[15]。该建筑材料是使用代替铅板应用于探伤室，节约了工程造价，达到了屏蔽X射线的目的。

6 结语

随着城镇化建设的推进以及社会科技的发展，传统砂浆会逐渐向结构-功能复合转型，功能砂浆在工程建设领域将展现更加广泛的应用前景。功能砂浆的功能基元材料已引起更多关注，基元材料的活性、来源、选择等还需要有更多的突破，这将是功能砂浆研究的一个重要方向。

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