低碱中热、中抗硫酸盐水泥的生产方法

许维芳，杨祥和

（南京中联水泥有限公司，江苏 南京 211123）

0 引言

因核电站建设需求，南京中联水泥公司进行了低碱中抗硫酸盐水泥的研制与生产。核电专用的抗硫酸盐水泥具有低碱、抵抗硫酸盐侵蚀性能和水化热较低的特点，主要用于受硫酸盐侵蚀，同时伴有冻融和干湿作用的海港工程、水利工程及地下工程等。此水泥的主要特点：①抗硫酸盐侵蚀好：中抗硫酸盐硅酸盐水泥一般可抵抗硫酸根浓度2 500 mg/ L的侵蚀介质。②水化热较低：抗硫水泥熟料具有较低的C3A和C3S，具备中等水化热的要求，因此水化热较低，干缩小，适用于大体积混凝土工程。③其它性能：抗硫酸盐水泥的胀缩、抗渗、抗折、弹模、抗冻等性能优于普通硅酸盐水泥。

根据连云港田湾核电站3#、4#机组的施工技术质量要求，研发生产了田湾核电站3#、4#机组专用的低碱中热中抗硫酸盐硅酸盐42.5水泥 （以下简称“中抗水泥”）。为了满足田湾核电站对水泥质量性能的要求，南京中联水泥公司对生产技术方案反复调整试验，利用钢渣、硅石等低碱材料，历时三个月最终由日产1000 t的1#窑完成此特种熟料的生产，并于2012年1月试制出一批水泥样品，通过了国家水泥质检中心检测，3月正式开始批量生产。南京中联水泥公司申请并获得了“中热硅酸盐水泥”和“中抗硫酸盐硅酸盐水泥”的生产许可证。

表1 主要性能指标

表2 原燃材料质量要求

表3 生熟料过程控制指标

1 核电水泥的主要性能指标

连云港田湾核电站3#、4#机组所需中抗水泥的主要指标见表1。

2 生产控制指标的确定

熟料烧成是产品生产的关键点，经过充分考虑，采用日产1 000 t的1#窑进行烧成，中抗水泥熟料的生产方案是经过多次试验后确定的，控制KH：0.87±0.01；N：2.5±0.05；P：1.0±0.05，采用中饱和比和低铝氧率进行配料，出窑熟料中的C3S控制在53.0%左右，C3A控制在3.8%左右，碱含量则控制在0.4%～0.5%。

2.1 原燃材料质量要求

为保证生料质量，在生产前将生料库清库。同时使用钢渣、硅石等材料作为辅料，满足了三率值和碱含量的要求（表2）。

2.2 生产过程内控指标（表3）

细化控制要求，增加检测频次，跟踪原燃材料、半成品以及成品的质量状况。

3 烧成过程控制

3.1 加强煅烧操作，稳定窑的热工制度

由于采用了硅石配料，质地坚硬，生料在煅烧过程中比较耐火，因此要适当提高分解炉及窑内温度，分解炉出口温度由880～900℃，二次风温由1 050℃提高至1 120℃。由于用煤量增加，必须严格控制窑内及C1筒出口的CO含量，及时调整投入的煤量，控制好高温风机及尾排风机的风阀开度，使煤充分燃烧。由于高铁低铝配料，熟料烧成范围变窄，需控制好熟料结粒，防止窑内结蛋，窑速比平时加快0.3 r/min，同时加强熟料的冷却，控制好篦冷机的料层和篦速，保证熟料得到冷却充分。

3.2 严格控制出窑熟料的质量

熟料升重≥1 250 g/L，f-CaO≤0.8%(最好控制在0.3%～0.6%)，为保持熟料成分符合要求，还要保证熟料的强度，应对烧成的熟料进行严格筛选，将熟料KH波动控制在0.01范围内，严格控制入窑生料和出窑熟料的成分，检测或预判出不合格的熟料并调入旁库，因此配料要相当稳定，煤粉灰份及发热量也需相当稳定。为了完善特种水泥的指标控制，化验室增配了水化热、线膨胀率、混凝土坍落度等检测项目，每天对进入成品库的熟料进行混凝土测试，对每批生产的熟料进行水化热和14 d线膨胀率检验，其结果应当满足田湾核电站的相应要求（表4、表5）。

4 水泥粉磨过程控制

表4 国家水泥质检中心水泥检测结果

表5 特种水泥检测项目

按标准要求，水泥组份由熟料与石膏组成，不允许掺入其他材料。水泥比表面积内控指标为300～320 m2/kg，SO31.8%～2.4%。水泥粉磨配料采用天然二水石膏，SO3含量达33%～35%。在粉磨过程中，采用Φ3.2×13 m磨机，带Φ1400×400 mm辊压机，配N2000高效涡流水平选粉机粉磨系统，成品细度一般在5%～7%，比表面积合格率达92.4%。由于比表面积高低直接影响水泥的水化热，在出磨水泥中严格控制比表面积，使其小于340 m2/kg，经过多次跟踪测量，比表面积平均达342 m2/kg时，3 d水化热平均达241 kJ/kg，7 d水化热平均达290 kJ/kg，已接近标准的上限值。在制定的比表面积内控标准内，该种熟料磨制的水泥，水化热小于标准上限值达30～40 kJ/kg，效果比较理想。其他粉磨控制指标，在水泥标准制定的范围内即可，与水化热没有关联。

田湾核电站已使用4批次该特种水泥，使用效果尤其是混凝土工作状态较以往有明显提高，同时该水泥水化热、抗硫酸盐性符合要求，28 d强度基本稳定在50 MPa以上，各项性能指标完全达到设计预期。通过此次研发核电水泥，南京中联水泥公司累积了大量技术力量与宝贵经验，为今后生产G级油井水泥、高抗水泥等特种产品打好了基础。