淺談?dòng)绊懜呖刮g硅酸鹽水泥水化熱的因素

李少成 覃金英 曾紅霞

【摘 要】水化熱是水泥在水化過(guò)程中放出的熱量，水化熱高的水泥會(huì)使混凝土內(nèi)部溫度升高而超過(guò)外部溫度，從而引起較大的溫度應(yīng)力，使混凝土表面產(chǎn)生裂縫，嚴(yán)重影響混凝土的強(qiáng)度及其他性能。高抗蝕硅酸鹽水泥是近年研發(fā)的新品種水泥，水化熱較低。水化熱是高抗蝕硅酸鹽水泥的關(guān)鍵性控制指標(biāo)之一，影響水化熱的因素較多，文章結(jié)合生產(chǎn)實(shí)際就影響水化熱的主要因素進(jìn)行探討。

【關(guān)鍵詞】高抗蝕水泥;水化熱;影響因素

【中圖分類號(hào)】TQ172.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】1674-0688（2020）09-0095-02

近幾年，我國(guó)經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，“建設(shè)海洋強(qiáng)國(guó)”是我國(guó)實(shí)施的重大戰(zhàn)略之一，未來(lái)我國(guó)將從海洋資源開(kāi)發(fā)、海洋經(jīng)濟(jì)發(fā)展、海洋科技創(chuàng)新、海洋生態(tài)文明建設(shè)、海洋權(quán)益維護(hù)等方面推動(dòng)海洋強(qiáng)國(guó)的建成。但是，海洋的復(fù)雜環(huán)境給工程建筑材料的性能發(fā)揮帶來(lái)巨大挑戰(zhàn)。2016年8月29日，由中國(guó)建筑材料科學(xué)研究總院牽頭的“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃——“海洋工程高抗蝕基材料關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)目啟動(dòng)會(huì)在北京成功召開(kāi)[1]。該項(xiàng)目以解決海洋因素作用下水化產(chǎn)物穩(wěn)定和微結(jié)構(gòu)劣變機(jī)制等科學(xué)問(wèn)題為研究目標(biāo)，建立“高抗蝕、低收縮、早強(qiáng)快硬”的海洋工程水泥基材料新體系、相應(yīng)評(píng)價(jià)方法、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和生產(chǎn)示范，使我國(guó)海洋工程水泥基材料整體達(dá)到國(guó)際先進(jìn)水平[2]。廣西魚(yú)峰水泥股份有限公司是該項(xiàng)目“產(chǎn)、學(xué)、研、用”聯(lián)合攻關(guān)單位之一，本文就生產(chǎn)過(guò)程中發(fā)現(xiàn)的影響高抗蝕硅酸鹽水泥（簡(jiǎn)稱高抗蝕水泥）水化熱的主要因素進(jìn)行探討。

1 熟料礦物成分對(duì)水化熱的影響

熟料主要由C3S、C2S、C3A、C4AF 4種礦物組成，各礦物的水化熱和水化速率順序是C3A>C3S>C4AF>C2S[3]。為降低水泥的水化熱和放熱速率，則必須降低熟料中的C3A和C3S的含量，相應(yīng)提高C4AF和C2S的含量。但C2S早期強(qiáng)度低，所以不宜過(guò)多，C3S含量也不宜過(guò)少，否則水泥強(qiáng)度發(fā)展過(guò)慢。高抗蝕硅酸鹽水泥（簡(jiǎn)稱高抗蝕水泥）的技術(shù)要求是C3S含量≤50%，C4AF含量≥18%，7 d水化熱≤240 kJ/kg。結(jié)合廣西魚(yú)峰水泥股份有限公司實(shí)際生產(chǎn)工藝條件，生產(chǎn)人員嘗試了多種熟料配料方案，結(jié)果見(jiàn)表1。

從表1可以看出，在C3A、C4AF含量相當(dāng)?shù)那闆r下，C3S含量越多，熟料的水化熱就越高。高抗蝕水泥是由高抗蝕水泥熟料加適量石膏磨細(xì)制成的，熟料水化熱的高低對(duì)水泥水化熱的高低有著直接影響，所以控制好熟料的水化熱是關(guān)鍵。對(duì)于廣西魚(yú)峰水泥股份有限公司來(lái)說(shuō)，雖然高抗蝕水泥熟料中C3S含量為52%時(shí)，高抗蝕水泥中C3S含量仍可以達(dá)到≤50%的要求，但是由表1可以看到，熟料礦物C3S在含量分別為51.52%和51.86%時(shí)，7 d水化熱已分別達(dá)到243 kJ/kg和248 kJ/kg，超過(guò)技術(shù)指標(biāo)要求，因此在實(shí)際生產(chǎn)過(guò)程中，為保險(xiǎn)起見(jiàn)，C3S含量盡量不超過(guò)51%為宜。

2 熟料煅燒質(zhì)量對(duì)水化熱的影響

水泥熟料是生料中的主要氧化物CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3經(jīng)過(guò)高溫煅燒化合而成的，窯系統(tǒng)熱工制度影響熟料煅燒質(zhì)量。熱工制度合理且穩(wěn)定才能燒制出質(zhì)量符合要求的熟料，熱工制度是否穩(wěn)定主要看工藝參數(shù)風(fēng)、煤、料和窯速等的匹配及穩(wěn)定與否。在熟料配方不變的情況下，不同的熱工制度對(duì)熟料的水化熱有較大影響。

從表2可以看出：①在產(chǎn)量、喂煤量、二次風(fēng)溫、三次風(fēng)溫、分解爐溫度基本相同的情況下，窯速越低，熟料水化熱越高;②在窯速相等，產(chǎn)量、二次風(fēng)溫、三次風(fēng)溫、分解爐溫度基本相同的情況下，窯頭喂煤量越多，熟料水化熱越高。因此，生產(chǎn)過(guò)程要根據(jù)熟料質(zhì)量選擇匹配的窯況。

圖1左側(cè)是按普通熟料思路煅燒的熟料，右側(cè)是按“薄料快燒”思路煅燒的熟料。從圖1可以看出，按正常思路煅燒高抗蝕水泥熟料，將會(huì)出現(xiàn)大量B礦巢，相同的配料方案，熟料3 d和7 d水化熱高出10～20 kJ/kg。所以，廣西魚(yú)峰水泥股份有限公司的高抗蝕水泥熟料煅燒提倡“薄料快燒”的操作思路，“薄料快燒”在提高熟料產(chǎn)量的同時(shí)，熟料強(qiáng)度有很大的提高，易磨性也得到較大的改善，對(duì)提高水泥磨臺(tái)時(shí)產(chǎn)量和降低電耗有很大幫助。

3 水泥細(xì)度（比表面積）對(duì)水化熱的影響

水泥的水化熱大部分在水化初期（3～7 d）放出，一般可放出總熱量的80%左右，以后逐漸減少。目前，公認(rèn)的說(shuō)法是水泥水化熱的大小和速度主要取決于水泥熟料的礦物組成和細(xì)度，水泥熟料中C3S和C3A的含量越高，水泥細(xì)度越細(xì)，則水化熱越大，放熱速度越快。在熟料配方不變的情況下，研究人員對(duì)不同比表面積的中熱水泥水化熱變化情況進(jìn)行了跟蹤了解，結(jié)果見(jiàn)表3。

由表3可以看出，水泥比表面積越大，水化熱越大。這是因?yàn)楸缺砻娣e越大，與水接觸的機(jī)會(huì)就越多，水化反應(yīng)速度就越快，并且水化反應(yīng)更充分，放出的熱量就越多。

4 環(huán)境溫度對(duì)水化熱的影響

研究人員總結(jié)多年的生產(chǎn)實(shí)踐發(fā)現(xiàn)，環(huán)境溫度的高低對(duì)水泥水化熱有一定的影響。在熟料配方不變、熟料煅燒質(zhì)量相當(dāng)、水泥細(xì)度（比表面積）基本一致的情況下，夏季時(shí)水化熱高一些，其他季節(jié)則低一些。因此，每到炎熱的夏季，為控制好水化熱，在滿足強(qiáng)度要求的前提下，需對(duì)熟料配方、窯況或水泥比表面積等方面進(jìn)行適當(dāng)調(diào)整。

5 結(jié)語(yǔ)

經(jīng)過(guò)不斷地生產(chǎn)實(shí)踐、總結(jié)和改進(jìn)，廣西魚(yú)峰水泥股份有限公司生產(chǎn)的高抗蝕水泥樣品經(jīng)有關(guān)單位檢測(cè)，水化熱達(dá)到高抗蝕水泥技術(shù)指標(biāo)要求。

我國(guó)海洋遼闊，隨著沿海經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和海洋資源的開(kāi)發(fā)，跨海大橋、港口碼頭、島礁建設(shè)、海底隧道、海上石油鉆井平臺(tái)等工程越來(lái)越多[2]，高抗蝕水泥銷售市場(chǎng)前景廣闊，廣西魚(yú)峰水泥股份有限公司要抓住這一有利時(shí)機(jī)，在今后的生產(chǎn)實(shí)踐中持續(xù)不斷地總結(jié)和改進(jìn)生產(chǎn)工藝，消除各種不利因素對(duì)生產(chǎn)過(guò)程的影響，生產(chǎn)出質(zhì)優(yōu)且性能穩(wěn)定的高抗蝕水泥，爭(zhēng)取早日打開(kāi)市場(chǎng)，為公司贏得市場(chǎng)的同時(shí)創(chuàng)造良好的經(jīng)濟(jì)效益。

參 考 文 獻(xiàn)

[1]郭隨華.科技創(chuàng)新啟航“十三五”海洋戰(zhàn)略主力強(qiáng)國(guó)夢(mèng)——“十三五”國(guó)家重點(diǎn)研發(fā)計(jì)劃“海洋工程高抗蝕水泥基材料關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)目正式啟動(dòng)[J].中國(guó)建材報(bào)，2016（9）.

[2]郭隨華.海洋開(kāi)發(fā)材料先行——中國(guó)建材總院“海洋工程工程高抗蝕水泥基材料關(guān)鍵技術(shù)”項(xiàng)目概述[J].中國(guó)建材報(bào)，2016（10）.

[3]王復(fù)生.現(xiàn)代水泥生產(chǎn)基礎(chǔ)知識(shí)[M].北京：中國(guó)建材工業(yè)出版社，2014.