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(nèi)部溫度升高而超過外部溫度，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】TQ172.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】1674-0688（2020）09-0095-02

近幾年，我國經(jīng)濟(jì)發(fā)展迅速，“建設(shè)海洋強(qiáng)國”是我國實施的重大戰(zhàn)略之一，未來我國將從海洋資源開發(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)等方面推動海洋強(qiáng)國的建成。但是，海洋的復(fù)雜環(huán)境給工程建筑材料的性能發(fā)揮帶來巨大挑戰(zhàn)。2016年8月29日，由中國建筑材料科學(xué)研究總院牽頭的“十三五”國家重點研發(fā)計劃——“海洋工程高抗蝕基材料關(guān)鍵技術(shù)”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(chǎn)物穩(wěn)定和微結(jié)構(gòu)劣變機(jī)制等科學(xué)問題為研究目標(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)評價方法、標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范和生產(chǎn)示范，使我國海洋工程水泥基材料整體達(dá)到國際先進(jìn)水平[2]。廣西魚峰水泥股份有限公司是該項目“產(chǎn)、學(xué)、研、用”聯(lián)合攻關(guān)單位之一，本文就生產(chǎn)過程中發(fā)現(xiàn)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(jìn)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(yīng)提高C4AF和C2S的含量。但C2S早期強(qiáng)度低，所以不宜過多，C3S含量也不宜過少，否則水泥強(qiáng)度發(fā)展過慢。高抗蝕硅酸鹽水泥（簡稱高抗蝕水泥）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)合廣西魚峰水泥股份有限公司實際生產(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(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，7 d水化熱已分別達(dá)到243 kJ/kg和248 kJ/kg，超過技術(shù)指標(biāo)要求，因此在實際生產(chǎn)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(zhì)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(jīng)過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，熟料強(qiáng)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(chǎn)量和降低電耗有很大幫助。

3 水泥細(xì)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(rèn)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(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(jī)會就越多，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)境溫度對水化熱的影響

研究人員總結(jié)多年的生產(chǎn)實踐發(fā)現(xiàn)，環(huán)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(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

經(jīng)過不斷地生產(chǎn)實踐、總結(jié)和改進(jìn)，廣西魚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，水化熱達(dá)到高抗蝕水泥技術(shù)指標(biāo)要求。

我國海洋遼闊，隨著沿海經(jīng)濟(jì)的發(fā)展和海洋資源的開發(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(jī)，在今后的生產(chǎn)實踐中持續(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生產(chǎn)過程的影響，生產(chǎn)出質(zhì)優(yōu)且性能穩(wěn)定的高抗蝕水泥，爭取早日打開市場，為公司贏得市場的同時創(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)國夢——“十三五”國家重點研發(fā)計劃“海洋工程高抗蝕水泥基材料關(guān)鍵技術(shù)”項目正式啟動[J].中國建材報，2016（9）.

[2]郭隨華.海洋開發(fā)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(guān)鍵技術(shù)”項目概述[J].中國建材報，2016（10）.

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