以C2S為主要礦物組成的低碳水泥初探

□□楊南如

以C2S為主要礦物組成的低碳水泥初探

Low Carbon Cement Production Composed by C2S

□□楊南如

1 前言

《水泥技術(shù)》2010年第1期刊登了韓仲琦《步入低碳經(jīng)濟(jì)時代的水泥工業(yè)》[1]一文，文中對水泥生產(chǎn)過程中主要排放源和如何減排作了較為詳細(xì)精辟的敘述和介紹，同時也提到開發(fā)低碳型水泥新產(chǎn)品和堿激發(fā)膠凝材料。前者主要著重介紹硫鋁酸鹽水泥、氟鋁酸鹽水泥、鋁酸鹽水泥和阿利尼特水泥等，這類水泥需要CaCO3的量相對較少，排放的CO2也較少，的確是低碳型的水泥，值得在原有的基礎(chǔ)上或深入研究或擴(kuò)大生產(chǎn)。但是嚴(yán)格地說這類水泥是特殊的、非硅酸鹽水泥，生產(chǎn)過程中消耗鋁礬土的量較大；從它們具有的性能看，可用于一些需要特殊性能的工程，但它們并不一定能夠替代硅酸鹽水泥。筆者曾在《水泥技術(shù)》2005年發(fā)表《從科學(xué)發(fā)展觀看傳統(tǒng)水泥工藝改革的必然》[2]一文，文中提到改變現(xiàn)有硅酸鹽水泥熟料的礦物組成，生產(chǎn)高β－C2S含量的水泥熟料，但沒有著重從水泥工業(yè)的減排出發(fā)?，F(xiàn)時有關(guān)應(yīng)對全球氣溫變化的問題較為突出，2009年我國CO2的排放量已是全球第一，只是因?yàn)槲覈丝诒姸?，使平均排放量在世界平均排放量以下。我國近期雖然還沒有減排CO2的具體指標(biāo)，但是我國已經(jīng)承諾在2020年要在單位國內(nèi)生產(chǎn)總值CO2排放比2005年下降40%～50%，充分體現(xiàn)了我國政府高度重視節(jié)能減排的政治決心與國家意志，這也就要求各行業(yè)都要承擔(dān)起相應(yīng)的責(zé)任，尤其是排放CO2較大的行業(yè)，水泥工業(yè)是其中之一。

水泥工業(yè)如何做到減排？已經(jīng)有不少的措施，本人也曾經(jīng)對這個問題有些設(shè)想，并在一些場合談過?，F(xiàn)在從低碳水泥出發(fā)，就生產(chǎn)高C2S水泥熟料作進(jìn)一步的闡述。

2 生產(chǎn)以C2S為主要熟料礦物的水泥

與C3S比較，C2S所需要的CaCO3要少，排放的CO2也少，如果以單位kg計(jì)，每生產(chǎn)1kgC3S排放CO2約579g，而每公斤C2S則排放512g，這說明如果生產(chǎn)以C2S為主要礦物的水泥，在每噸水泥熟料中減少1kgC3S，代以C2S就少排放67gCO2。一般每噸硅酸鹽水泥熟料中C3S往往達(dá)到600kg，如果減少1／2，可以減排20kg，我國目前年產(chǎn)水泥熟料至少9～10億噸，這就可以減少CO2的排放1800～2000萬噸，也是可觀的。

但是人們憂慮的是，C3S減少將會引起水泥早期強(qiáng)度降低，其實(shí)，事物都是可以改變的。為提高C2S的早期強(qiáng)度，也有許多活化措施[3]，本文不擬對這方面作詳細(xì)介紹，而著重介紹高C2S水泥熟料及其特性。

2.1 非計(jì)量化學(xué)C2S的性質(zhì)

常捷[4]曾對非化學(xué)計(jì)量的C2S進(jìn)行過研究，他在試驗(yàn)中取CaO／SiO2=2.2，外加3%NaF，略加水混合并壓成試塊，經(jīng)100℃烘干.再在1100℃煅燒，空氣淬冷。另配CaO／SiO2=2和CaO／SiO2=3的試樣作為對比。發(fā)現(xiàn)在C／S=2.2的試樣中，存在一定量的C3S，經(jīng)過測試，證明了C／S=2.2的試樣不僅水化程度（結(jié)合水）和Ca（OH）2的含量均高于其他兩種，而且強(qiáng)度也最高，是否可以理解為，當(dāng)C2S中含有一定量的C3S,并以NaF作礦化劑、在較低的溫度下燒成時，這樣的C2S將具有較高的早期活性。需要說明，這僅僅是在實(shí)驗(yàn)室的工作,沒有進(jìn)行過生產(chǎn)性的試驗(yàn)。

2.2 生產(chǎn)以C2S為主要礦物的水泥

（1）高C2S水泥的基本性能

近年來，國際上也有“低能水泥”（低能耗水泥）的研究[5]，其中一種就是高β－C2S含量硅酸鹽水泥熟料。我國隋同波等[6]前幾年也進(jìn)行過這方面的研究，并作了生產(chǎn)性試驗(yàn)，這種高β－C2S水泥的化學(xué)成分熟料礦物組成見表1，性能見表2。

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表2中的數(shù)據(jù)表明，HBC熟料中的C3S含量雖然不到PC熟料的1／2，高C2S含量水泥的早期強(qiáng)度不如硅酸鹽水泥，但也能夠達(dá)到52.5等級，它的28d強(qiáng)度，不論是抗折強(qiáng)度或抗壓強(qiáng)度基本上與硅酸鹽水泥一致，3個月以后就遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過了硅酸鹽水泥。另一組實(shí)驗(yàn)，取C3S和C2S含量分別為26.7%和51%的HBC，C3S和C2S含量分別為55.1%和23.4%（C4AF均為15.8%）的PC，兩種水泥的抗壓強(qiáng)度見表3。

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結(jié)果也同樣說明，高C2S水泥雖然3、7d的強(qiáng)度略低，但28d與PC接近，90d以后就大大超過了PC水泥的強(qiáng)度。這些結(jié)果說明，現(xiàn)有的硅酸鹽水泥熟料的礦物組成雖已有比較固定的范圍，但不是不可以改變的。一般水泥熟料中C3S占60%左右，必須將熟料燒成溫度提高到1450℃，這將使C2S的活性降低，早期的水化性能發(fā)揮不出來。而生產(chǎn)高含量的C2S水泥除可以降低燒成溫度外，更重要的是可以減少CO2的排放量。

（2）高C2S水泥熟料的特性

高C2S水泥熟料及水泥的其他性能也是很好的，特別是水化熱較低。隋同波等[7]對高C2S水泥早期水化放熱的實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，HBC的3d和7d的水化熱分別為193kJ／kg和222kJ／kg，這相當(dāng)于低熱礦渣水泥水化放熱的水平（分別為230kJ／kg和255kJ／kg），而且絕熱溫升較同等級的傳統(tǒng)硅酸鹽水泥約降低50%。

劉秉金[8]曾對不同C2S含量的高C2S水泥作了研究，結(jié)果列于表4。

C2S的水化慢，水化熱較低，表4中的數(shù)據(jù)同樣說明了高C2S水泥各個齡期的水化熱都比普通硅酸鹽水泥低。

根據(jù)隋同波的研究[7]，PC和HBC的耐磨性相近，各個齡期的干縮性卻不到硅酸鹽水泥的 50%，28d為0.057%，而且以后就趨于穩(wěn)定。它們的抗海水侵蝕的性能在28d以內(nèi)比傳統(tǒng)的硅酸鹽水泥略差，但是在3%的Na2SO4的溶液中180d的耐蝕系數(shù)還能保持在1以上，而硅酸鹽水泥只有0.57。

隋同波等[9]的另一組實(shí)驗(yàn)，是將HBC、HBC＋15%礦渣、PC、PC＋20%粉煤灰的水泥膠砂，在標(biāo)準(zhǔn)條件及在38℃、50℃、60℃和70℃下養(yǎng)護(hù)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，高C2S水泥膠砂的強(qiáng)度隨養(yǎng)護(hù)溫度的升高而增高，如HBC1d的強(qiáng)度從20℃的 6.0MPa升高到 29.6MPa，28d抗壓強(qiáng)度甚至到73.9MPa；同樣 PC28d的強(qiáng)度卻從 57.8MPa下降到45.5MPa，這個現(xiàn)象也是高C2S水泥的一個優(yōu)點(diǎn)。

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（3）高C2S水泥混凝土的性能

水泥主要用于配制混凝土，一些研究者也對C2S水泥混凝土的性能作了研究，現(xiàn)簡要介紹如下。

隋同波等[10－12]將上述所制備的高C2S水泥配制成不同等的混凝土，測試了混凝土的多種性能，并與同等級的硅酸鹽水泥混凝土作比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)HBC混凝土早期強(qiáng)度略低于PC混凝土，但是28d強(qiáng)度已接近，而28d以后的強(qiáng)度卻高于PC混凝土，而且HBC水泥混凝土的抗折強(qiáng)度和劈力抗拉強(qiáng)度遠(yuǎn)比PC水泥混凝土高。至于其他的性能，如：對減水劑的適應(yīng)性、混凝土的工作性、抗凍性（不論是否加引氣劑）、抗?jié)B性、抗碳化性能、干縮性能等均與同等級的PC水泥混凝土相近，甚至優(yōu)于PC混凝土。

王政、巴恒靜等[13]研究了高C2S水泥混凝土的各種力學(xué)性能，他們的研究指出，與同等級的硅酸鹽水泥混凝土相比，高C2S水泥混凝土除早期強(qiáng)度略低于硅酸鹽水泥混凝土外，其他的力學(xué)性能均優(yōu)于后者，如表5所示。

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表5中40和60分別代表混凝土的等級，H則是加減水劑的試樣。

混凝土的彈性模量是混凝土重要力學(xué)性能之一，該報道表明，HBC混凝土的的抗壓和抗拉彈性模量與PC混凝土相當(dāng)，但極限拉伸卻是HBC混凝土的大。

同樣，混凝土的抗裂性能實(shí)驗(yàn)也表明HBC混凝土的抗裂性能優(yōu)于普通水泥混凝土。

這些實(shí)驗(yàn)結(jié)果均充分說明，高含量C2S水泥的性能和用它制作的混凝土的性能，除28d前的強(qiáng)度略低外，其他各項(xiàng)性能都是很好的。而生產(chǎn)高C2S的水泥熟料除燒成熱耗低，所用石灰石少，從而排放的CO2也少，還可以利用低品位的石灰石。在應(yīng)用這種水泥制備混凝土?xí)r，水化放熱量少，C2S在水化后生成的Ca(OH)2也少，水化產(chǎn)物C－S－H凝膠的CaO／SiO2低，這對混凝土的耐久性是有益的。這一改革礦物組成的措施，可以避免用優(yōu)質(zhì)石灰石，這對缺乏高品位石灰石的某些地區(qū)，開發(fā)含砂（土）量高的石灰石的應(yīng)用，亦是一種可行而有益的方法。

3 合成以C2S為主要礦物水泥的新方法——低溫水熱合成粉煤灰水泥[14、15]

上世紀(jì)70年代末，由閔盤榮、楊南如、鐘白茜、嚴(yán)生等借鑒水熱合成法創(chuàng)建了一種制備水泥的新方法——低溫合成粉煤灰水泥，并得到當(dāng)時電力部和江蘇省電力局的大力支持。在實(shí)驗(yàn)室研究結(jié)果和工藝改進(jìn)的基礎(chǔ)上，制備了一定量的水泥，在淮南煤礦做了噴射煤礦頂?shù)脑囼?yàn)，效果較好，進(jìn)行了鑒定，被認(rèn)為優(yōu)于當(dāng)時用的“紅星一號”外加劑。此后，又曾在鎮(zhèn)江柬壁電廠進(jìn)行了中間試驗(yàn)，采用沸騰煅燒的工藝建成了一條年產(chǎn)5000t的生產(chǎn)線。雖然試驗(yàn)的結(jié)果很理想，但因?yàn)榉N種原因，未能得到推廣，是很可惜的。應(yīng)該承認(rèn)，這是一種低能耗、低污染的、低排放的特種水泥生產(chǎn)的新工藝。

3.1 新方法的構(gòu)思

這個方法啟示于石灰－粉煤灰磚的制備工藝。在上世紀(jì)60～70年代，為利用和解決粉煤灰（當(dāng)時粉煤灰都是濕法排放，很難用于做水泥的混合材料），很多電廠都建立石灰－粉煤灰磚車間，可以就近利用電廠的蒸汽，采用常壓蒸氣養(yǎng)護(hù)。由于所得到的磚在空氣中容易受CO2的碳化作用，在使用過程中產(chǎn)生剝落，同時與當(dāng)時主要使用的粘土磚相比，成本相對較高，再加上這是電廠的副業(yè)，一般都是由工廠職工的家屬進(jìn)行生產(chǎn)和管理，沒有相應(yīng)的技術(shù)能力和管理水平，因此電廠都不愿意繼續(xù)生產(chǎn)。我們科研小組分析了石灰－粉煤灰磚的生產(chǎn)過程和產(chǎn)品中的產(chǎn)物，認(rèn)為可以就這種生產(chǎn)工藝來生產(chǎn)粉煤灰水泥，并命名為低溫合成粉煤灰水泥（或低氧化鈣粉煤灰水泥）。

3.2 低溫合成粉煤灰水泥的工藝流程

這種水泥的主要原料是石灰和粉煤灰，利用原來石灰－粉煤灰磚廠的設(shè)備進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)研究，在研究結(jié)果的基礎(chǔ)上得出最佳的工藝如下：

這里需要說明的是：

（1）石灰與粉煤灰的比例在1：4，一般按有效CaO的量為22%±2%左右；

（2）晶種是原來已經(jīng)制成的磚，約加1%，對石灰和粉煤灰間的反應(yīng)有促進(jìn)作用，另外還需要加1%左右的石膏；

（3）碾壓是利用原來車間制備石灰－粉煤灰磚的輥壓盤磨，發(fā)現(xiàn)經(jīng)過碾壓混合，對粉煤灰有活化作用；

（4）煅燒的溫度不必過高，一般不高于800℃，此時已經(jīng)可以形成有膠凝性的礦物，溫度過高，會使生成的礦物膠凝性降低；

（5）冷卻應(yīng)該采取空氣急冷，目的為保持產(chǎn)品中的C2S為β型，使不轉(zhuǎn)變?yōu)棣眯汀?/p>

3.3 低溫合成粉煤灰水泥礦物形成及機(jī)理

考慮到粉煤灰中的主要成分是SiO2和Al2O3，為探討低CaO－粉煤灰水泥的形成機(jī)理，曾分別對2CaOSiO2、3CaO－Al2O3、CaO－粉煤灰體系先在100℃蒸養(yǎng)，繼而在低溫煅燒，以了解其中生成的礦物以及礦物形成的機(jī)理。

將3CaO－Al2O3－H2O體系和2CaO－SiO2－H2O體系混合物料壓制成塊，在100℃蒸氣下蒸養(yǎng)一定的時間，對產(chǎn)物進(jìn)行XRD和DTA分析。CaO－Al2O3－H2O體系在293～498K（20～225℃）間唯一穩(wěn)定的化合物是3CaO·Al2O3·6H2O，這是立方晶型的水化物，水化和凝結(jié)均較快，具有一定的機(jī)械力學(xué)的性能；當(dāng)環(huán)境溫度低于25℃,生成的水化物為片狀的C2AH8或CAH10，具有較好的膠凝性和強(qiáng)度；但當(dāng)環(huán)境溫度高于25℃時，這些低鈣鋁酸鹽水化物就將轉(zhuǎn)變?yōu)镃3AH6，同時強(qiáng)度下降。

在試驗(yàn)中3CaO－Al2O3－H2O經(jīng)過100℃蒸養(yǎng)后的產(chǎn)物確實(shí)是C3AH6，當(dāng)加熱時，在350℃前有少許吸熱效應(yīng)，應(yīng)該是吸附水的除去。當(dāng)加熱到350℃，有明顯的吸熱效應(yīng)，而XRD譜上主要的強(qiáng)衍射峰沒有變化，只是峰的數(shù)目減少，這說明在350℃的情況下，產(chǎn)物中水的量減少了。在進(jìn)一步的測定后，發(fā)現(xiàn)此時脫去4.5分子的水，原來的C3AH6轉(zhuǎn)變?yōu)镃3AH1.5，晶體結(jié)構(gòu)基本保持原來的立方晶型。當(dāng)溫度繼續(xù)升高到550℃時又出現(xiàn)一個吸熱效應(yīng)，這時XRD譜上的衍射峰有了變化，原有的強(qiáng)峰減弱，出現(xiàn)了新的衍射峰。最后當(dāng)溫度達(dá)到750℃，DTA上不再有新的熱效應(yīng)出現(xiàn)，而XRD衍射譜則表現(xiàn)出和原來C3AH6完全不同的峰，經(jīng)過核查，這是C12A7礦物。

這樣就可以把3CaO－Al2O3－H2O體系在100℃蒸養(yǎng)，經(jīng)過加熱到750℃的反應(yīng)過程和生成物歸納如下：

對2CaO－SiO2－H2O體系 （考慮到CaO－粉煤灰體系中混合物的CaO含量較少，在反應(yīng)過程中不可能生成C3S，所以采用2CaO－SiO2－H2O體系），按同樣的工藝進(jìn)行處理，并在不同的處理過程取樣進(jìn)行XRD和DTA測定分析。初步確定在這個體系中，經(jīng)過常壓蒸養(yǎng)生成的水化物是CSH（II），經(jīng)加熱在120℃、540℃和840℃有吸熱效應(yīng)，它們分別是CSH（II）的脫水、Ca（OH）2的脫水分解和CaCO3的分解（體系中之所以會有CaCO3是因?yàn)樵谡麴B(yǎng)過程中是開放式的，空氣中的CO2與體系中的Ca（OH）2作用生成了CaCO3）。

將蒸養(yǎng)生成的硅酸鈣水化物經(jīng)加熱，并在不同的溫度取樣作XRD分析，試樣加熱到500℃，CSH脫水，并生成了無定型的CS，所以只有CH的衍射峰。當(dāng)溫度升高到750℃，CH分解，代之CaO，同時出現(xiàn)了β－C2S和少量的γ－C2S。有關(guān)在水熱合成形成C2S的過程和機(jī)理以及性能將在《活性β－C2S》一文中作詳細(xì)介紹。

根據(jù)上面兩個體系的結(jié)果，可以對石灰－粉煤灰－H2O體系生成粉煤灰水泥的過程和機(jī)理作以下描述。

此體系按 25%石灰和75%粉煤灰加水混合，在100℃蒸養(yǎng)后，它們的XRD圖中除原來粉煤灰中的石英和莫來石外，出現(xiàn)了C3AH6、CSH(II)和CaCO3，分別對應(yīng)了C－A－H、C－S－H體系經(jīng)100℃水熱合成后生成的產(chǎn)物。這樣就可以確定，粉煤灰－石灰體系經(jīng)過100℃蒸養(yǎng)，CaO和粉煤灰中玻璃體中的SiO2和Al2O3分別反應(yīng)，生成了相應(yīng)的水化物：2CaO·SiO2·xH2O和3CaO·Al2O3· 6H2O。將水熱合成的試樣在750～800℃進(jìn)行煅燒，煅燒試樣的XRD圖顯示有β－C2S、C12A7和CaCO3。為進(jìn)一步確認(rèn)礦物，還用萃取法分別測定了生成物C／S和C／A的比例，確是C2S和C12A7。這樣就可以確定：石灰－粉煤灰體系在100℃蒸養(yǎng)和750～800℃煅燒將進(jìn)行以下反應(yīng)：

經(jīng)過750～800℃煅燒后，將發(fā)生如下反應(yīng)：

反應(yīng)產(chǎn)生的CaO將在加熱過程中繼續(xù)與SiO2或Al2O3反應(yīng)，生成C2S和鋁酸鈣?？梢?，在低溫合成粉煤灰水泥中，除含有βC2S，同時還有硅酸鹽水泥熟料中不存在而在某些鋁酸鹽水泥熟料中有的C12A7。

3.4 低溫粉煤灰水泥的特性

從低溫煅燒、石灰－粉煤灰水泥的礦物組成，可以預(yù)計(jì)它具有快凝、早強(qiáng)、后期強(qiáng)度也能繼續(xù)發(fā)展的特點(diǎn)。

（1）標(biāo)準(zhǔn)稠度、凝膠時間、安定性

低溫合成的粉煤灰水泥的比重只有2.6左右，同時生成的礦物粒度較小，粉煤灰中含有少量的碳，所以需水量較大，一般達(dá)到40%或更高。

由于C12A7的存在，所以低溫合成粉煤灰水泥的凝結(jié)時間較快，初凝和終凝時間分別在10～30min和20～60min，但凝結(jié)時間可以采取適當(dāng)?shù)拇胧┘右哉{(diào)節(jié)。

試樣中存在少量的游離CaO，但水泥的安定性卻始終合格，其原因在于水泥是低溫下燒成，存在的游離CaO未經(jīng)高溫死燒，因此在水泥凝結(jié)期間它已經(jīng)反應(yīng)。

（2）強(qiáng)度

強(qiáng)度試驗(yàn)是按照當(dāng)時的國家標(biāo)準(zhǔn)GB175－77進(jìn)行的，但是由于低溫合成粉煤灰水泥的需水量較大，因此無法按規(guī)定的W／C=0.46成型，而是取0.55，即使如此，該水泥的強(qiáng)度仍然能夠達(dá)到當(dāng)時標(biāo)準(zhǔn)所要求的325號，表6是1～365d的強(qiáng)度。

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如果采用適當(dāng)?shù)臏p水劑，降低W／C，則水泥的強(qiáng)度可以達(dá)到當(dāng)時標(biāo)準(zhǔn)的425。從數(shù)據(jù)還可以看到，這種水泥的早期強(qiáng)度，尤其是抗折強(qiáng)度很高，早期強(qiáng)度發(fā)展較快，后期強(qiáng)度的發(fā)展雖然沒有硅酸鹽水泥快，但卻穩(wěn)定增長，在所進(jìn)行的試驗(yàn)中，沒有出現(xiàn)過強(qiáng)度倒縮的現(xiàn)象。

有意義的是，低溫合成粉煤灰水泥中膠凝性的礦物β－C2S和C12A7的總量大約在50%左右（因?yàn)榧尤氲腃aO只有22%左右），但還有較高的強(qiáng)度，如能進(jìn)一步將其中尚未反應(yīng)的SiO2和Al2O3激發(fā)，則預(yù)計(jì)性能還能進(jìn)一步提高和改善。

（3）抗硫酸鹽腐蝕性

試樣浸泡在5%的Na2SO4溶液中6個月，其抗折強(qiáng)度指數(shù)為水中養(yǎng)護(hù)試體的1.17倍；如將試體浸泡在飽和石膏溶液中一年，其抗腐蝕指數(shù)為1.12?？梢姷蜏睾铣煞勖夯宜嗟目够瘜W(xué)腐蝕的性能是非常好的，究其原因可歸于水泥中不存在C3S和C3A。

（4）耐凍性

該水泥的耐凍性與礦渣硅酸鹽水泥相近，但略差于普通硅酸鹽水泥。

（5）抗大氣穩(wěn)定性

該水泥的大氣穩(wěn)定性略差，由于成型時的水／灰比較高，同時水泥漿體液相的pH值只有11.0，造成它的抗大氣穩(wěn)定性較差。

3.5 低溫合成粉煤灰水泥的用途

從低溫合成粉煤灰水泥性能的特點(diǎn)出發(fā)，它較適宜用于：

（1）地下工程和酸堿環(huán)境

由于低溫合成粉煤灰水泥的抗水性和抗酸腐蝕的性能好，因此比較適用于對強(qiáng)度要求不是太高的地下工程和隧道。

（2）制作巷道的噴射水泥

利用低溫合成粉煤灰水泥初凝時間快、初凝和終凝時間較接近，適用于作煤礦坑道或隧道的噴射水泥。在實(shí)驗(yàn)室研究的基礎(chǔ)上，曾在淮南發(fā)電廠綜合利用廠內(nèi)建立年產(chǎn)10000t低溫合成粉煤灰噴射水泥生產(chǎn)線（在粉煤灰水泥中加入20%～25%硅酸鹽水泥熟料），先后三次用于淮南煤礦和淮北煤礦井下巷道的噴錨支護(hù)工程，進(jìn)行了實(shí)噴巷道201m、修補(bǔ)巷道240m的工程試驗(yàn)，經(jīng)8～15個月的考驗(yàn)，噴射混凝土的各項(xiàng)技術(shù)指標(biāo)滿足國家建委（79）建發(fā)施字第28號批準(zhǔn)的《錨桿噴射混凝土支護(hù)設(shè)計(jì)施工規(guī)定》的要求。參加試驗(yàn)的單位有淮南煤炭基地會戰(zhàn)指揮部科研所和九十六工程處、安徽省水利科研處、淮南煤炭學(xué)院等10個單位，該項(xiàng)目于1981年6月由當(dāng)時的電力工業(yè)部在淮南組織了鑒定。鑒定委員會有正副主任4人、委員21人，包括煤炭、建材、水利水電、高校等方面的專家。鑒定委員會在聽取了試驗(yàn)報告、察看了現(xiàn)場噴射坑道試驗(yàn)后，給出的鑒定意見可概括為：“具備了制得質(zhì)量穩(wěn)定的產(chǎn)品的基本條件，粉煤灰噴射水泥的性能可以滿足配制國家規(guī)定的井下巷道噴射混凝土的要求，根據(jù)已施工的噴射混凝土支護(hù)巷道的實(shí)踐工程效果是好的，施工技術(shù)也是易于掌握的，因此是一種有推廣價值的新品種噴射水泥?！辫b定意見還指出：“粉煤灰噴射水泥的研制成功，對節(jié)約能源和資源，利用工業(yè)廢渣，保護(hù)環(huán)境等方面具有一定的經(jīng)濟(jì)和實(shí)際意義；它以低溫合成熟料為主要組分，其生產(chǎn)實(shí)踐和使用實(shí)踐在國內(nèi)外都是沒用的，具有一定的科學(xué)意義。”當(dāng)時已經(jīng)注意到節(jié)約能源與資源、利用工業(yè)廢渣、保護(hù)環(huán)境的意義，但還沒有減少CO2的排放的考慮和意識。

（3）與普通硅酸鹽水泥互摻使用

上世紀(jì)80年代有一些立窯水泥廠生產(chǎn)的水泥熟料早期強(qiáng)度較低，有時安定性不合格，為此曾經(jīng)將立窯生產(chǎn)的水泥與低溫合成粉煤灰水泥以不同的比例摻混，不僅安定性合格，而且提高了早期強(qiáng)度，尤其是早期的抗折強(qiáng)度，從而可以將硅酸鹽水泥的強(qiáng)度提高一個標(biāo)號。

鑒于在淮南發(fā)電廠綜合利用廠的生產(chǎn)線是間隙時生產(chǎn)，因此1982年經(jīng)電力部和江蘇省電力局批準(zhǔn)，在江蘇鎮(zhèn)江柬壁電廠建立了一條年產(chǎn)5000t的低溫合成粉煤灰水泥的生產(chǎn)線，采用了混合料成球、蒸養(yǎng)，用兩臺沸騰爐進(jìn)行烘干和燒成，這種工藝在當(dāng)時的水泥行業(yè)也是沒有的。中間試驗(yàn)進(jìn)行了約兩年，生產(chǎn)了數(shù)千噸水泥，分別在江陰水泥廠、邗江水泥廠（小旋窯）、南京水泥廠、丹徒水泥廠、海安商業(yè)局水泥廠進(jìn)行了長期的試驗(yàn)。下面僅舉兩組數(shù)據(jù)給以說明。

江陰水泥廠達(dá)不到325號的立窯水泥，在加低溫合成粉煤灰水泥15%～30%后，28d的抗壓強(qiáng)度都可超過40MPa。

如果與不同比例的礦渣硅酸鹽水泥混合，其抗壓強(qiáng)度和抗折強(qiáng)度的結(jié)果如表8所示。

從表7、8的兩組數(shù)據(jù)可以看出，加入低溫合成粉煤灰水泥對硅酸鹽水泥和礦渣硅酸鹽水泥的強(qiáng)度都有增長的作用，不僅是28d以內(nèi)的強(qiáng)度，即使是后期強(qiáng)度也有增長的效果。尤其值得一提的是，當(dāng)將低溫合成粉煤灰水泥以不同的比例與硅酸鹽水泥配制成混合水泥時，不論是早期或后期的強(qiáng)度都比單一水泥的強(qiáng)度高，這是很有意義的。但粉煤灰硅酸鹽水泥和火山灰硅酸鹽水泥與低溫合成粉煤灰水泥互摻后卻將降低強(qiáng)度。

當(dāng)時由于各種原因，實(shí)驗(yàn)未能繼續(xù)，使得一項(xiàng)新的水泥生產(chǎn)方法、工藝和技術(shù)未能得到發(fā)展，但就其特點(diǎn)——節(jié)能、減排、對環(huán)境友好各方面來考慮，是當(dāng)今生產(chǎn)低碳水泥的一個可嘗試的措施和途徑。

4 結(jié)束語

（1）長期以來，β－C2S之所以被認(rèn)為是強(qiáng)度發(fā)展最慢的水泥熟料礦物，其根本原因是為了在硅酸鹽水泥熟料中得到C3S，而將煅燒的溫度提高到1450℃，使C2S原有的性能得不到發(fā)揮。也就是說，在煅燒硅酸鹽水泥熟料時，是以犧牲C2S的性能為代價的。從本文中所列舉的以C2S為主要礦物組成的水泥，性能并不是如想象的差，某些性能甚至高于以C3S為主要礦物組成的水泥。在當(dāng)今應(yīng)對氣候變化的要求下，作為水泥工作者是否也可以超脫原有硅酸鹽水泥熟料組成的束縛，生產(chǎn)以C2S為主要礦物組成的低碳水泥。

（2）文中所舉的低溫合成粉煤灰水泥的例子說明，在700～800℃左右從水化的硅酸鹽脫水形成的β－C2S是一種高活性的β－C2S。因此，對硅酸鹽水泥的生產(chǎn)工藝，是否也可以有一定的變革，不用高溫煅燒，而采用先水熱合成再低溫煅燒的過程生產(chǎn)低碳、低能耗的環(huán)境友好水泥。有關(guān)活性β－C2S的形成機(jī)理、形貌、水化及性能將另文撰寫。

本文所提出的方法和設(shè)想，雖然還不夠成熟，還有待改進(jìn)和深入試驗(yàn)，但是值得探討并付諸實(shí)踐。

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1001－6171（2010）04－0020－06

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2010－04－30； 編輯：趙 蓮