黎茜　陽運霞　陳雪梅　王寧　曲良煥

[摘要]水電能源的開發(fā)和利用是一項長期的國家戰(zhàn)略。通過介紹低熱硅酸鹽水泥及性能，總結出低熱硅酸鹽水泥的市場前景和利用低熱硅酸鹽水泥在制備水泥基功能材料，高性能混凝土方面的優(yōu)勢。

[關鍵詞]低熱硅酸鹽水泥；水泥基功能材料；高性能混凝土文章編號：2095-4085（2015）11-0015-02

目前，大規(guī)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(tǒng)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(chǎn)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(chǎn)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(fā)展一種新的無機功能膠凝材料以替代傳統(tǒng)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(fā)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(yè)（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(xié)作，聯(lián)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(yè)項目；“十五”期間，國家將“高貝利特水泥的開發(fā)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(chǎn)業(yè)化進程和規(guī)模化應用打下了良好的基礎。

1.2成果優(yōu)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(jīng)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(yōu)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，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?？沽蛩猁}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(shù)均高于通用硅酸鹽水泥，特別是抗硫酸鹽侵蝕系數(shù)，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(wěn)定期較短，28 d后干縮率基本無變化。

耐磨性能好：經(jīng)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(guī)定的3.60 kg/²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(jīng)時損失小，混凝土外加劑適應性好，具有優(yōu)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。單礦物C3S的燒成溫度在1450℃左右，C：S的燒成溫度在1350℃左右。低熱硅酸鹽水泥熟料以C：S為主導礦物，生成溫度較低。從整個生產(chǎn)過程來說，生產(chǎn)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(huán)境負荷：通常每生產(chǎn)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C02及一定量的SO₃、NO_x。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(tài)環(huán)境比較協(xié)調(diào)，資源消耗少，廢棄物排放少，環(huán)境負荷低。

3低熱硅酸鹽水泥的應用

當前我國水泥行業(yè)產(chǎn)能已經(jīng)出現(xiàn)全局性、全方位的過剩，水泥企業(yè)部分生產(chǎn)線已限產(chǎn)、停產(chǎn)，競爭加劇，企業(yè)效益明顯下滑。一方面，企業(yè)需要更多的生產(chǎn)類似低熱硅酸鹽水泥這樣高性能，低資源消耗，低環(huán)境負荷，大用量的產(chǎn)品；另一方面，企業(yè)又必須認識到，單一的水泥產(chǎn)品已經(jīng)不能滿足當今社會需求，發(fā)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(huán)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(yōu)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(yōu)化調(diào)配，最終使其具有早期強度高、后期強度增長穩(wěn)定，與骨料粘結能力強、水化熱釋放低、抗裂優(yōu)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(yōu)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 per-formance concrete，HPC）是20世紀90年代發(fā)展起來的一種水泥基材料，其制備思路是選用優(yōu)質的原材料（如高標號水泥、活性摻合料、優(yōu)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(chǎn)物的形態(tài)，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?jié)B性、抗凍性、抗化學侵蝕、抗碳化以及耐磨性等也非常優(yōu)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(jīng)過十多年的不斷創(chuàng)新和進步，低熱硅酸鹽水泥憑借其優(yōu)異的性能和在節(jié)能減排方面的突出貢獻在建材行業(yè)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(yè)低水平發(fā)展的格局，推動水泥工業(yè)的結構調(diào)整，將起到重要作用。