低熱硅酸鹽水泥的研究進展

黎 茜 陽運霞 陳雪梅 王 寧 曲良煥

(1.嘉華特種水泥股份有限公司，四川 樂山614003;2.重慶一三六地質隊，重慶404100)

目前，大規模的水利水電工程建設中包含許多大體積混凝土結構的澆筑，傳統的硅酸鹽水泥以高鈣阿利特為主導礦物，存在著許多難以克服的缺點，如水化熱高，易產生溫差裂縫，干縮率大，抗化學侵蝕性能差、后期強度低等，給工程的耐久性帶來極大的影響。長期以來，大量專家學者都致力于水工混凝土開裂問題的研究，由此產生了中熱硅酸鹽水泥。但在實際應用中，開裂問題并沒有得到很好的解決。發展一種新的無機功能膠凝材料以替代傳統水泥刻不容緩。低熱硅酸鹽水泥，又稱高貝利特水泥，應運而生了。

1 低熱硅酸鹽水泥簡介

1.1 研發過程

1998 年，中國建筑材料科學研究院、嘉華特種水泥股份有限公司(原四川嘉華企業(集團)股份有限公司)兩個單位合作設立“高貝利特水泥”項目，共同協作，聯合攻關;1999 年，該項目被列為“九五”國家重點科技攻關“重中之重”專題項目，成為51個“兩重”專題項目中惟一的建材行業項目;“十五”期間，國家將“高貝利特水泥的開發與應用研究”課題列入科技攻關計劃中，為推動高貝利特水泥的產業化進程和規模化應用打下了良好的基礎。

1.2 成果優勢

低熱硅酸鹽水泥是以適當成分的硅酸鹽水泥熟料加入適量石膏，經磨細制成的具有低水化熱的水硬性膠凝材料，是一種以硅酸二鈣C2S 為主導礦物，鋁酸三鈣C3S 含量較低的水泥。其主要的技術優勢在于:

(1)水化熱低:3 d、7 d 水化熱值較同標號的硅酸鹽水泥低約20%，極限溫升值比硅酸鹽水泥低15%以上［1］，這些結果預示著低熱硅酸鹽水泥具有良好的熱學性能，在大體積混凝土應用方面有很大的潛力。抗硫酸鹽侵蝕能力強:就耐蝕性能看來，在不同試驗齡期、不同侵蝕介質中，低熱硅酸鹽水泥的耐蝕系數均高于通用硅酸鹽水泥，特別是抗硫酸鹽侵蝕系數，比普通硅酸鹽水泥高近一倍。

(2)抗干縮能力強:低熱硅酸鹽水泥各齡期的干縮率為普通硅酸鹽水泥的50% ～70%，且干縮穩定期較短，28 d 后干縮率基本無變化。

耐磨性能好:經測定，低熱硅酸鹽水泥的磨損量僅為1.33 kg/m2，遠低于《道路水泥》國家標準規定的3.60 kg/m2的磨損量。

后期強度高:28 天膠砂強度高于42.5 MPa，改性后超過57 MPa，90 d 膠砂強度在60 MPa 左右，改性后可達90MPa。

需水量低:坍落度經時損失小，混凝土外加劑適應性好，具有優良的施工性能。

(3)低能源消耗:通用硅酸鹽水泥熟料以高鈣阿利特為主導礦物，其燒成溫度較高，一般在1450℃左右。在不考慮其他熱損失的前提下，熟料的燒成熱耗主要來自兩個方面:一是熟料礦物(主要是阿利特礦物)的高溫形成;二是生料中石灰石的分解［2］。單礦物C3S 的燒成溫度在1 450 ℃左右，C2S 的燒成溫度在1 350 ℃左右。低熱硅酸鹽水泥熟料以C2S為主導礦物，生成溫度較低。從整個生產過程來說，生產低熱硅酸鹽水泥可有效降低燒成溫度100 ℃左右，從而降低10%左右的燒成能耗。

(4)低環境負荷:通常每生產1 噸通用硅酸鹽水泥熟料，消耗1.2 ～1.3 噸石灰石，0.2 ～0.25 噸粘土，0.1 ～0.2 噸標準煤，排放約1 噸CO2及一定量的SO3、NOx。從這個方面看來，因為C2S 比C3S含鈣量低，所以低熱硅酸鹽水泥熟料中CaO 的含量較通用硅酸鹽水泥熟料低，可以減少生料中石灰石資源的用量，且對石灰石原料品位要求較低，與生態環境比較協調，資源消耗少，廢棄物排放少，環境負荷低。

3 低熱硅酸鹽水泥的應用

當前我國水泥行業產能已經出現全局性、全方位的過剩，水泥企業部分生產線已限產、停產，競爭加劇，企業效益明顯下滑。一方面，企業需要更多的生產類似低熱硅酸鹽水泥這樣高性能，低資源消耗，低環境負荷，大用量的產品;另一方面，企業又必須認識到，單一的水泥產品已經不能滿足當今社會需求，發展水泥基功能材料和商品混凝土勢在必行。

(1)抗沖磨混凝土用抗沖磨劑，目前，我國水利水電工程中普遍應用有硅粉系列抗沖磨混凝土、改性環氧樹脂砂漿和HF 抗磨劑等，其均具有較好的抗沖磨能力。抗沖磨混凝土用抗沖磨劑的研制，充分利用了低熱硅酸鹽水泥水化熱低、后期強度高、干縮小、自生體積變形為微膨脹的性能優點，針對其水化反應慢，早期強度低等不足之處進行改性，通過與砂、外加劑、礦物外摻料、填充材料的優化調配，最終使其具有早期強度高、后期強度增長穩定，與骨料粘結能力強、水化熱釋放低、抗裂優異等特點。用低熱硅酸鹽水泥配制的抗沖磨混凝土用抗沖磨劑憑借其優異的性能和低廉的價格，將具有廣泛的市場前景。

(2)高性能混凝土。高性能混凝土(High performance concrete，HPC)是20 世紀90 年代發展起來的一種水泥基材料，其制備思路是選用優質的原材料(如高標號水泥、活性摻合料、優質集料等)，使用高效減水劑降低混凝土的水膠比，添加活性礦物摻合料提高混凝土的填充密實度和改善水化產物的形態，有時還加入纖維增強或與鋼管進行復合來提高混凝土的強度和韌性。與普通混凝土相比，高性能混凝土除了具有較高的抗折抗壓強度外，還具有較高的抗劈拉強度、與鋼筋的粘結強度，抗滲性、抗凍性、抗化學侵蝕、抗碳化以及耐磨性等也非常優異。使用高性能混凝土修建的高抗震等級建筑物越來越受到人們的青睞，也越來越適應當今社會的需要，市場前景非常廣闊。

4 結 語

經過十多年的不斷創新和進步，低熱硅酸鹽水泥憑借其優異的性能和在節能減排方面的突出貢獻在建材行業脫穎而出，一方面能大幅度提高混凝土的強度，確保建筑物的壽命與安全，另一方面則顯著減少水泥基材料的摻量，這對打破水泥工業低水平發展的格局，推動水泥工業的結構調整，將起到重要作用。

［1］趙平，劉克忠，隋同波，等. 粉煤灰對高貝利特水泥和混凝土的工作性、強度及水化熱的影響［J］. 水泥，2002，(3):1－4.

［2］胡曙光，著.《特種水泥》［M］. 武漢:武漢理工大學出版社，1999.