低热硅酸盐水泥的研究进展

黎茜　阳运霞　陈雪梅　王宁　曲良焕

[摘要]水电能源的开发和利用是一项长期的国家战略。通过介绍低热硅酸盐水泥及性能，总结出低热硅酸盐水泥的市场前景和利用低热硅酸盐水泥在制备水泥基功能材料，高性能混凝土方面的优势。

[关键词]低热硅酸盐水泥；水泥基功能材料；高性能混凝土文章编号：2095-4085（2015）11-0015-02

目前，大规模的水利水电工程建设中包含许多大体积混凝土结构的浇筑，传统的硅酸盐水泥以高钙阿利特为主导矿物，存在着许多难以克服的缺点，如水化热高，易产生温差裂缝，干缩率大，抗化学侵蚀性能差、后期强度低等，给工程的耐久性带来极大的影响。长期以来，大量专家学者都致力于水工混凝土开裂问题的研究，由此产生了中热硅酸盐水泥。但在实际应用中，开裂问题并没有得到很好的解决。发展一种新的无机功能胶凝材料以替代传统水泥刻不容缓。低热硅酸盐水泥，又称高贝利特水泥，应运而生了。

1低热硅酸盐水泥简介

1.1研发过程

1998年，中国建筑材料科学研究院、嘉华特种水泥股份有限公司（原四川嘉华企业（集团）股份有限公司）两个单位合作设立“高贝利特水泥”项目，共同协作，联合攻关；1999年，该项目被列为“九五”国家重点科技攻关“重中之重”专题项目，成为51个“两重”专题项目中惟一的建材行业项目；“十五”期间，国家将“高贝利特水泥的开发与应用研究”课题列入科技攻关计划中，为推动高贝利特水泥的产业化进程和规模化应用打下了良好的基础。

1.2成果优势

低热硅酸盐水泥是以适当成分的硅酸盐水泥熟料加入适量石膏，经磨细制成的具有低水化热的水硬性胶凝材料，是一种以硅酸二钙C₂S为主导矿物，铝酸三钙C₃S含量较低的水泥。其主要的技术优势在于：

（1）水化热低：3 d、7 d水化热值较同标号的硅酸盐水泥低约20%，极限温升值比硅酸盐水泥低15%以上，这些结果预示着低热硅酸盐水泥具有良好的热学性能，在大体积混凝土应用方面有很大的潜力。抗硫酸盐侵蚀能力强：就耐蚀性能看来，在不同试验龄期、不同侵蚀介质中，低热硅酸盐水泥的耐蚀系数均高于通用硅酸盐水泥，特别是抗硫酸盐侵蚀系数，比普通硅酸盐水泥高近一倍。

（2）抗干缩能力强：低热硅酸盐水泥各龄期的干缩率为普通硅酸盐水泥的50%～70%，且干缩稳定期较短，28 d后干缩率基本无变化。

耐磨性能好：经测定，低热硅酸盐水泥的磨损量仅为1.33 kg/m²，远低于《道路水泥》国家标准规定的3.60 kg/²的磨损量。

后期强度高：28天胶砂强度高于42.5 MPa，改性后超过57 MPa，90 d胶砂强度在60 MPa左右，改性后可达90MPa。

需水量低：坍落度经时损失小，混凝土外加剂适应性好，具有优良的施工性能。

（3）低能源消耗：通用硅酸盐水泥熟料以高钙阿利特为主导矿物，其烧成温度较高，一般在1450℃左右。在不考虑其他热损失的前提下，熟料的烧成热耗主要来自两个方面：一是熟料矿物（主要是阿利特矿物）的高温形成；二是生料中石灰石的分解。单矿物C3S的烧成温度在1450℃左右，C：S的烧成温度在1350℃左右。低热硅酸盐水泥熟料以C：S为主导矿物，生成温度较低。从整个生产过程来说，生产低热硅酸盐水泥可有效降低烧成温度100℃左右，从而降低10%左右的烧成能耗。

（4）低环境负荷：通常每生产1吨通用硅酸盐水泥熟料，消耗1.2～1.3吨石灰石，0.2～0.25吨粘土，0.1～0.2吨标准煤，排放约1吨C02及一定量的SO₃、NO_x。从这个方面看来，因为C2S比C₃S含钙量低，所以低热硅酸盐水泥熟料中CaO的含量较通用硅酸盐水泥熟料低，可以减少生料中石灰石资源的用量，且对石灰石原料品位要求较低，与生态环境比较协调，资源消耗少，废弃物排放少，环境负荷低。

3低热硅酸盐水泥的应用

当前我国水泥行业产能已经出现全局性、全方位的过剩，水泥企业部分生产线已限产、停产，竞争加剧，企业效益明显下滑。一方面，企业需要更多的生产类似低热硅酸盐水泥这样高性能，低资源消耗，低环境负荷，大用量的产品；另一方面，企业又必须认识到，单一的水泥产品已经不能满足当今社会需求，发展水泥基功能材料和商品混凝土势在必行。

（1）抗冲磨混凝土用抗冲磨剂，目前，我国水利水电工程中普遍应用有硅粉系列抗冲磨混凝土、改性环氧树脂砂浆和HF抗磨剂等，其均具有较好的抗冲磨能力。抗冲磨混凝土用抗冲磨剂的研制，充分利用了低热硅酸盐水泥水化热低、后期强度高、干缩小、自生体积变形为微膨胀的性能优点，针对其水化反应慢，早期强度低等不足之处进行改性，通过与砂、外加剂、矿物外掺料、填充材料的优化调配，最终使其具有早期强度高、后期强度增长稳定，与骨料粘结能力强、水化热释放低、抗裂优异等特点。用低热硅酸盐水泥配制的抗冲磨混凝土用抗冲磨剂凭借其优异的性能和低廉的价格，将具有广泛的市场前景。

（2）高性能混凝土。高性能混凝土（High per-formance concrete，HPC）是20世纪90年代发展起来的一种水泥基材料，其制备思路是选用优质的原材料（如高标号水泥、活性掺合料、优质集料等），使用高效减水剂降低混凝土的水胶比，添加活性矿物掺合料提高混凝土的填充密实度和改善水化产物的形态，有时还加入纤维增强或与钢管进行复合来提高混凝土的强度和韧性。与普通混凝土相比，高性能混凝土除了具有较高的抗折抗压强度外，还具有较高的抗劈拉强度、与钢筋的粘结强度，抗渗性、抗冻性、抗化学侵蚀、抗碳化以及耐磨性等也非常优异。使用高性能混凝土修建的高抗震等级建筑物越来越受到人们的青睐，也越来越适应当今社会的需要，市场前景非常广阔。

4结语

经过十多年的不断创新和进步，低热硅酸盐水泥凭借其优异的性能和在节能减排方面的突出贡献在建材行业脱颖而出，一方面能大幅度提高混凝土的强度，确保建筑物的寿命与安全，另一方面则显著减少水泥基材料的掺量，这对打破水泥工业低水平发展的格局，推动水泥工业的结构调整，将起到重要作用。