浅谈影响高抗蚀硅酸盐水泥水化热的因素

李少成 覃金英 曾红霞

【摘 要】水化热是水泥在水化过程中放出的热量，水化热高的水泥会使混凝土内部温度升高而超过外部温度，从而引起较大的温度应力，使混凝土表面产生裂缝，严重影响混凝土的强度及其他性能。高抗蚀硅酸盐水泥是近年研发的新品种水泥，水化热较低。水化热是高抗蚀硅酸盐水泥的关键性控制指标之一，影响水化热的因素较多，文章结合生产实际就影响水化热的主要因素进行探讨。

【关键词】高抗蚀水泥;水化热;影响因素

【中图分类号】TQ172.7 【文献标识码】A 【文章编号】1674-0688（2020）09-0095-02

近几年，我国经济发展迅速，“建设海洋强国”是我国实施的重大战略之一，未来我国将从海洋资源开发、海洋经济发展、海洋科技创新、海洋生态文明建设、海洋权益维护等方面推动海洋强国的建成。但是，海洋的复杂环境给工程建筑材料的性能发挥带来巨大挑战。2016年8月29日，由中国建筑材料科学研究总院牵头的“十三五”国家重点研发计划——“海洋工程高抗蚀基材料关键技术”项目启动会在北京成功召开[1]。该项目以解决海洋因素作用下水化产物稳定和微结构劣变机制等科学问题为研究目标，建立“高抗蚀、低收缩、早强快硬”的海洋工程水泥基材料新体系、相应评价方法、标准规范和生产示范，使我国海洋工程水泥基材料整体达到国际先进水平[2]。广西鱼峰水泥股份有限公司是该项目“产、学、研、用”联合攻关单位之一，本文就生产过程中发现的影响高抗蚀硅酸盐水泥（简称高抗蚀水泥）水化热的主要因素进行探讨。

1 熟料矿物成分对水化热的影响

熟料主要由C3S、C2S、C3A、C4AF 4种矿物组成，各矿物的水化热和水化速率顺序是C3A>C3S>C4AF>C2S[3]。为降低水泥的水化热和放热速率，则必须降低熟料中的C3A和C3S的含量，相应提高C4AF和C2S的含量。但C2S早期强度低，所以不宜过多，C3S含量也不宜过少，否则水泥强度发展过慢。高抗蚀硅酸盐水泥（简称高抗蚀水泥）的技术要求是C3S含量≤50%，C4AF含量≥18%，7 d水化热≤240 kJ/kg。结合广西鱼峰水泥股份有限公司实际生产工艺条件，生产人员尝试了多种熟料配料方案，结果见表1。

从表1可以看出，在C3A、C4AF含量相当的情况下，C3S含量越多，熟料的水化热就越高。高抗蚀水泥是由高抗蚀水泥熟料加适量石膏磨细制成的，熟料水化热的高低对水泥水化热的高低有着直接影响，所以控制好熟料的水化热是关键。对于广西鱼峰水泥股份有限公司来说，虽然高抗蚀水泥熟料中C3S含量为52%时，高抗蚀水泥中C3S含量仍可以达到≤50%的要求，但是由表1可以看到，熟料矿物C3S在含量分别为51.52%和51.86%时，7 d水化热已分别达到243 kJ/kg和248 kJ/kg，超过技术指标要求，因此在实际生产过程中，为保险起见，C3S含量尽量不超过51%为宜。

2 熟料煅烧质量对水化热的影响

水泥熟料是生料中的主要氧化物CaO、SiO2、Al2O3、Fe2O3经过高温煅烧化合而成的，窑系统热工制度影响熟料煅烧质量。热工制度合理且稳定才能烧制出质量符合要求的熟料，热工制度是否稳定主要看工艺参数风、煤、料和窑速等的匹配及稳定与否。在熟料配方不变的情况下，不同的热工制度对熟料的水化热有较大影响。

从表2可以看出：①在产量、喂煤量、二次风温、三次风温、分解炉温度基本相同的情况下，窑速越低，熟料水化热越高;②在窑速相等，产量、二次风温、三次风温、分解炉温度基本相同的情况下，窑头喂煤量越多，熟料水化热越高。因此，生产过程要根据熟料质量选择匹配的窑况。

图1左侧是按普通熟料思路煅烧的熟料，右侧是按“薄料快烧”思路煅烧的熟料。从图1可以看出，按正常思路煅烧高抗蚀水泥熟料，将会出现大量B矿巢，相同的配料方案，熟料3 d和7 d水化热高出10～20 kJ/kg。所以，广西鱼峰水泥股份有限公司的高抗蚀水泥熟料煅烧提倡“薄料快烧”的操作思路，“薄料快烧”在提高熟料产量的同时，熟料强度有很大的提高，易磨性也得到较大的改善，对提高水泥磨台时产量和降低电耗有很大帮助。

3 水泥细度（比表面积）对水化热的影响

水泥的水化热大部分在水化初期（3～7 d）放出，一般可放出总热量的80%左右，以后逐渐减少。目前，公认的说法是水泥水化热的大小和速度主要取决于水泥熟料的矿物组成和细度，水泥熟料中C3S和C3A的含量越高，水泥细度越细，则水化热越大，放热速度越快。在熟料配方不变的情况下，研究人员对不同比表面积的中热水泥水化热变化情况进行了跟踪了解，结果见表3。

由表3可以看出，水泥比表面积越大，水化热越大。这是因为比表面积越大，与水接触的机会就越多，水化反应速度就越快，并且水化反应更充分，放出的热量就越多。

4 环境温度对水化热的影响

研究人员总结多年的生产实践发现，环境温度的高低对水泥水化热有一定的影响。在熟料配方不变、熟料煅烧质量相当、水泥细度（比表面积）基本一致的情况下，夏季时水化热高一些，其他季节则低一些。因此，每到炎热的夏季，为控制好水化热，在满足强度要求的前提下，需对熟料配方、窑况或水泥比表面积等方面进行适当调整。

5 结语

經过不断地生产实践、总结和改进，广西鱼峰水泥股份有限公司生产的高抗蚀水泥样品经有关单位检测，水化热达到高抗蚀水泥技术指标要求。

我国海洋辽阔，随着沿海经济的发展和海洋资源的开发，跨海大桥、港口码头、岛礁建设、海底隧道、海上石油钻井平台等工程越来越多[2]，高抗蚀水泥销售市场前景广阔，广西鱼峰水泥股份有限公司要抓住这一有利时机，在今后的生产实践中持续不断地总结和改进生产工艺，消除各种不利因素对生产过程的影响，生产出质优且性能稳定的高抗蚀水泥，争取早日打开市场，为公司赢得市场的同时创造良好的经济效益。

参 考 文 献

[1]郭随华.科技创新启航“十三五”海洋战略主力强国梦——“十三五”国家重点研发计划“海洋工程高抗蚀水泥基材料关键技术”项目正式启动[J].中国建材报，2016（9）.

[2]郭随华.海洋开发材料先行——中国建材总院“海洋工程工程高抗蚀水泥基材料关键技术”项目概述[J].中国建材报，2016（10）.

[3]王复生.现代水泥生产基础知识[M].北京：中国建材工业出版社，2014.