核電專用水泥生產(chǎn)的技術(shù)難關(guān)探討

鄧玉蓮 蔣杉平 劉品洪 楊茂鑫

（廣西魚峰水泥股份有限公司，廣西 柳州 545008）

核電專用水泥生產(chǎn)的技術(shù)難關(guān)探討

鄧玉蓮 蔣杉平 劉品洪 楊茂鑫

（廣西魚峰水泥股份有限公司，廣西 柳州 545008）

針對核電專用水泥的特殊技術(shù)要求，結(jié)合中熱硅酸鹽水泥、普通硅酸鹽水泥、道路硅酸鹽水泥等國家標(biāo)準(zhǔn)，將核電專用水泥的一道道技術(shù)難關(guān)逐一進(jìn)行攻克，生產(chǎn)出完全符合要求的核電專用水泥，贏得了客戶的高度評價。

核電專用水泥；水化熱；干縮率

（一）引言

核電專用水泥主要運(yùn)用于建設(shè)核電站，該水泥產(chǎn)品參照執(zhí)行法國標(biāo)準(zhǔn)，要求具有較高的抗壓強(qiáng)度（尤其是 3天抗壓強(qiáng)度），較低的水化熱、堿含量、氯離子、干縮率等綜合性能指標(biāo)。該水泥產(chǎn)品集中熱水泥、普通硅酸鹽水泥、道路水泥和核電水泥的特殊要求于一體，也就是說，核電水泥不但要滿足中熱水泥的水化熱標(biāo)準(zhǔn)，而且還要滿足道路水泥的干縮率要求和普通硅酸鹽水泥的強(qiáng)度要求，以及工程本身所要求的特殊要求，如堿含量及進(jìn)場水泥溫度等。要同時滿足多品種水泥不同的技術(shù)指標(biāo)要求，指標(biāo)范圍窄，生產(chǎn)難度大。

（二）技術(shù)難關(guān)

1.水泥的水化熱與水泥強(qiáng)度之間的矛盾

核電專用水泥的水化熱要求：d3≤251 kJ/kg，d28≤293 kJ/kg；水泥強(qiáng)度要求：R3≥17MPa，R28≥42.5Mpa；最大的難點(diǎn)在必須兼顧水泥的水化熱和強(qiáng)度，強(qiáng)度太高，水化熱必然超標(biāo)，所以必須找到一個平衡點(diǎn)。

2.水泥的干縮率難關(guān)

核電專用水泥的干縮率要求：28d≤1000μm/m；影響水泥干縮率的的關(guān)建性指標(biāo)有三個方面：

①水泥比表面積

②熟料礦物組成

③水泥SO3含量

但水泥中 SO3含量、比表面積、熟料礦物組成與水泥的強(qiáng)度和水化熱又是相輔相成的，水泥SO3和比表面積高低直接影響到水泥的強(qiáng)度，熟料的礦物組成又與水化熱悉悉相關(guān)，在此，必須多項(xiàng)指標(biāo)兼顧考慮。

3.水泥溫度高技術(shù)難關(guān)

核電專用水泥的進(jìn)場溫度要求≤60℃，而出磨水泥溫度夏季一般在120℃左右，通過水泥輸送系統(tǒng)進(jìn)入水泥庫后，水泥溫度一般還有95℃左右，很難達(dá)到工地施工要求。

（三）逐一解決核電專用水泥生產(chǎn)中碰到的難題

1.在水泥的水化熱與水泥強(qiáng)度之間找到一個平衡點(diǎn)

（1）通過合理的配料方案，解決熟料強(qiáng)度及熟料水化熱矛盾

在配料方案的設(shè)計上，參照中熱水泥多年的生產(chǎn)經(jīng)驗(yàn)，按照低水化熱要求進(jìn)行設(shè)計，即適宜的C3S和C3A含量，既保證熟料強(qiáng)度又保證水化熱，根據(jù)本公司1#窯的特性及核電專用水泥熟料的特殊礦物組成（C3A≤7%，C3S≤57%）進(jìn)行配料方案的設(shè)計，確定熟料的控制指標(biāo)為：LSF：91±1.5；SM：2.20±0.1；IM：0.75±0.1；f .c≤0.8%立升重≥1200g/L；C3A=1%～4%；C3S=54%～56%。

（2）原燃材料的選型

針對配料要求，對原燃材料進(jìn)行了專項(xiàng)采購：

1）原料質(zhì)量見表1

表1

2）煤炭質(zhì)量見表2

表2

2.水泥比表面積范圍的確定

由于本公司生產(chǎn)的核電專用水泥不添加任何的混合材，并為高鐵方案熟料以及 1#生產(chǎn)線的水泥磨為高細(xì)磨,故比面積很難控制，正常情況下水泥比表面積在340m2/Kg以上，并相當(dāng)不穩(wěn)定，水化熱也偏高，后經(jīng)采取調(diào)整水泥磨機(jī)內(nèi)研磨體的填充率及級配，出磨水泥的比表面積能控制在340 m2/Kg以下，SO3按其余水泥品種控制指標(biāo) 2.6±0.2%時，對應(yīng)的水化熱、強(qiáng)度見表3：

表3

從上表可知，水泥的比表面積控制在300～330m2/Kg之間，水泥水化熱較理想，并3天、28天抗壓強(qiáng)度達(dá)到合同要求。

3.突破水泥的干縮率難關(guān)

影響水泥干縮率的的關(guān)建性指標(biāo)有三個方面：

（1）水泥比表面積

隨著水泥顆粒的細(xì)化，一方面，水泥中小于 10μm的熟料顆粒含量增加，另一方面，由于C3S礦物的易磨性較好，C3S在水泥微細(xì)粉中的含量相應(yīng)增加，兩方面的作用，同樣都能提高水泥的早期水化率，使水泥水化硬化體的早期固水率提高，導(dǎo)致水泥石后期干縮率上升。所以較大的水泥細(xì)度有利于降低水泥干縮率，因此水泥的比表面積不宜過大，在保證強(qiáng)度的前提下，盡量降低比表面積。在針對水泥的水化熱也對水泥的比表面積作了相應(yīng)的分析，故以此為主要控制指標(biāo)。

（2）熟料礦物組成

熟料早強(qiáng)礦物含量是影響水泥干縮率的重要因素，早強(qiáng)礦物特別是C3A含量高，由于C3A的水化速度較快，它對水泥干縮率的影響幾乎是C3S的6倍，所以熟料中的C3A要控制在一個合理的范圍。在配料方案的設(shè)計中也對C3A含量作了相應(yīng)的規(guī)定，所以以此為主要控制指標(biāo)。

（3）水泥SO3含量的控制指標(biāo)

控制好水泥的SO3含量，也就控制住了石膏的摻加量，石膏摻量變化之所以對水泥干縮率產(chǎn)生影響，是因?yàn)槭嗯cC3A在一定條件下能形成膨脹性的鈣礬石從而減少了水泥的干縮變形。當(dāng)石膏摻量過小，則無法形成鈣礬石；當(dāng)石膏摻量過大時，一方面形成的鈣礬石晶體不斷成長，大晶體的鈣礬石的膨脹作用導(dǎo)致水泥石密實(shí)度下降，另一方面，過量的石膏由于本身強(qiáng)度較低，易在水泥石中形成強(qiáng)度的薄弱環(huán)節(jié)，降低了水泥抵抗干縮變形的能力，導(dǎo)致水泥干縮率上升。石膏能與熟料中 C3A、C4AF化合成 C3A·3C·32H2O、C3(A，F(xiàn))·3C·32H2O，石膏的最佳摻量必然與水泥中熟料礦物C3A、C4AF的含量有關(guān)。在熟料中C3A、C4AF含量確定的基礎(chǔ)上，固定水泥的比表面積（320m2/Kg）作最佳SO3控制指標(biāo)試驗(yàn)，具體數(shù)據(jù)見表4：

表4

從上表可以看出，核電專用水泥的SO3控制指標(biāo)以2.5±0.2%控制為最佳。

（4）突破水泥溫度高技術(shù)難關(guān)

對原有的水泥冷卻機(jī)進(jìn)行技改，即對冷卻機(jī)的進(jìn)水管路進(jìn)行技改，以提高水泥的冷卻效率，改造后每小時冷卻水泥從80噸提高到100噸，出入冷卻機(jī)水泥溫差可達(dá)40℃，對核電專用水泥進(jìn)行降溫, 經(jīng)試用,效果較好，出冷卻機(jī)的水泥溫度一般在70℃，并充分利用5個水泥散灰小倉進(jìn)一步降低水泥溫度，最重要的是在我公司防城港中轉(zhuǎn)站清出一個容量達(dá)6000噸的水泥庫，用于核電水泥的降溫使用，水泥溫度高問題得到了有效的解決。

（四）進(jìn)一步降低水泥的水化熱，提高水泥的后期強(qiáng)度

在水泥水化熱滿足要求的前提下，核電專用水泥的28天強(qiáng)度雖達(dá)到合同要求，但仍有偏低現(xiàn)象，經(jīng)采用多個廠家的水泥助磨劑進(jìn)行試驗(yàn)，優(yōu)選出B公司的水泥助磨劑，3天強(qiáng)度保持不變，28天強(qiáng)度上升約 6 MPa，徹底確保了核電專用水泥質(zhì)量。

（五）工業(yè)化大規(guī)模生產(chǎn)核電專用水泥質(zhì)量狀況

從一年多的核電專用水泥的生產(chǎn)情況來看，水泥質(zhì)量達(dá)到位預(yù)期的效果，并得到用戶的高度贊賞，具體質(zhì)量狀況見表5：

表5

（六）結(jié)束語

1.依托本公司濕磨干燒生產(chǎn)線獨(dú)特的工藝優(yōu)勢，將核電專用水泥研制成功，填補(bǔ)了廣西核電專用水泥品種生產(chǎn)的空白，一方面給廣西魚峰水泥股份有限公司帶來了良好的經(jīng)濟(jì)效益和社會效益；另一方面為廣西的核電建設(shè)做出了巨大貢獻(xiàn)。

2.核電專用水泥不同于通用水泥品種的質(zhì)量控制，其原燃材料、熟料、磨機(jī)球配等的穩(wěn)定性顯得憂為重要，熟料煅燒的好壞直接影響到水泥的質(zhì)量，包括水泥的性能。新的熟料生產(chǎn)后，必須待3天強(qiáng)度出結(jié)果，并對熟料的各過程控制質(zhì)量及熟料外觀對比研究后，才能預(yù)測該批水泥的控制指標(biāo)，這是長時間總結(jié)的經(jīng)驗(yàn)。

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TQ172.7

A

1008-1151(2011)06-0061-02

2011-03-12

鄧玉蓮（1974－），女，廣西全州人，廣西魚峰水泥股份有限公司品質(zhì)部副經(jīng)理，工程師，從事水泥生產(chǎn)質(zhì)量技術(shù)及水泥新產(chǎn)品研發(fā)。