淺談影響高抗蝕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程中放出的熱量，水化熱高的水泥會使混凝土內部溫度升高而超過外部溫度，從而引起較大的溫度應力，使混凝土表面產生裂縫，嚴重影響混凝土的強度及其他性能。高抗蝕硅酸鹽水泥是近年研發的新品種水泥，水化熱較低。水化熱是高抗蝕硅酸鹽水泥的關鍵性控制指標之一，影響水化熱的因素較多，文章結合生產實際就影響水化熱的主要因素進行探討。

【關鍵詞】高抗蝕水泥;水化熱;影響因素

【中圖分類號】TQ172.7 【文獻標識碼】A 【文章編號】1674-0688（2020）09-0095-02

近幾年，我國經濟發展迅速，“建設海洋強國”是我國實施的重大戰略之一，未來我國將從海洋資源開發、海洋經濟發展、海洋科技創新、海洋生態文明建設、海洋權益維護等方面推動海洋強國的建成。但是，海洋的復雜環境給工程建筑材料的性能發揮帶來巨大挑戰。2016年8月29日，由中國建筑材料科學研究總院牽頭的“十三五”國家重點研發計劃——“海洋工程高抗蝕基材料關鍵技術”項目啟動會在北京成功召開[1]。該項目以解決海洋因素作用下水化產物穩定和微結構劣變機制等科學問題為研究目標，建立“高抗蝕、低收縮、早強快硬”的海洋工程水泥基材料新體系、相應評價方法、標準規范和生產示范，使我國海洋工程水泥基材料整體達到國際先進水平[2]。廣西魚峰水泥股份有限公司是該項目“產、學、研、用”聯合攻關單位之一，本文就生產過程中發現的影響高抗蝕硅酸鹽水泥（簡稱高抗蝕水泥）水化熱的主要因素進行探討。

1 熟料礦物成分對水化熱的影響

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，相應提高C4AF和C2S的含量。但C2S早期強度低，所以不宜過多，C3S含量也不宜過少，否則水泥強度發展過慢。高抗蝕硅酸鹽水泥（簡稱高抗蝕水泥）的技術要求是C3S含量≤50%，C4AF含量≥18%，7 d水化熱≤240 kJ/kg。結合廣西魚峰水泥股份有限公司實際生產工藝條件，生產人員嘗試了多種熟料配料方案，結果見表1。

從表1可以看出，在C3A、C4AF含量相當的情況下，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制成的，熟料水化熱的高低對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鍵。對于廣西魚峰水泥股份有限公司來說，雖然高抗蝕水泥熟料中C3S含量為52%時，高抗蝕水泥中C3S含量仍可以達到≤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，7 d水化熱已分別達到243 kJ/kg和248 kJ/kg，超過技術指標要求，因此在實際生產過程中，為保險起見，C3S含量盡量不超過51%為宜。

2 熟料煅燒質量對水化熱的影響

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

從表2可以看出：①在產量、喂煤量、二次風溫、三次風溫、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，產量、二次風溫、三次風溫、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，生產過程要根據熟料質量選擇匹配的窯況。

圖1左側是按普通熟料思路煅燒的熟料，右側是按“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，將會出現大量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”在提高熟料產量的同時，熟料強度有很大的提高，易磨性也得到較大的改善，對提高水泥磨臺時產量和降低電耗有很大幫助。

3 水泥細度（比表面積）對水化熱的影響

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，公認的說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度，水泥熟料中C3S和C3A的含量越高，水泥細度越細，則水化熱越大，放熱速度越快。在熟料配方不變的情況下，研究人員對不同比表面積的中熱水泥水化熱變化情況進行了跟蹤了解，結果見表3。

由表3可以看出，水泥比表面積越大，水化熱越大。這是因為比表面積越大，與水接觸的機會就越多，水化反應速度就越快，并且水化反應更充分，放出的熱量就越多。

4 環境溫度對水化熱的影響

研究人員總結多年的生產實踐發現，環境溫度的高低對水泥水化熱有一定的影響。在熟料配方不變、熟料煅燒質量相當、水泥細度（比表面積）基本一致的情況下，夏季時水化熱高一些，其他季節則低一些。因此，每到炎熱的夏季，為控制好水化熱，在滿足強度要求的前提下，需對熟料配方、窯況或水泥比表面積等方面進行適當調整。

5 結語

經過不斷地生產實踐、總結和改進，廣西魚峰水泥股份有限公司生產的高抗蝕水泥樣品經有關單位檢測，水化熱達到高抗蝕水泥技術指標要求。

我國海洋遼闊，隨著沿海經濟的發展和海洋資源的開發，跨海大橋、港口碼頭、島礁建設、海底隧道、海上石油鉆井平臺等工程越來越多[2]，高抗蝕水泥銷售市場前景廣闊，廣西魚峰水泥股份有限公司要抓住這一有利時機，在今后的生產實踐中持續不斷地總結和改進生產工藝，消除各種不利因素對生產過程的影響，生產出質優且性能穩定的高抗蝕水泥，爭取早日打開市場，為公司贏得市場的同時創造良好的經濟效益。

參 考 文 獻

[1]郭隨華.科技創新啟航“十三五”海洋戰略主力強國夢——“十三五”國家重點研發計劃“海洋工程高抗蝕水泥基材料關鍵技術”項目正式啟動[J].中國建材報，2016（9）.

[2]郭隨華.海洋開發材料先行——中國建材總院“海洋工程工程高抗蝕水泥基材料關鍵技術”項目概述[J].中國建材報，2016（10）.

[3]王復生.現代水泥生產基礎知識[M].北京：中國建材工業出版社，2014.